DE102009035484A1 - Galvanic flat cell for lithium ion battery in vehicle e.g. electric vehicle, has electrode stack with electrodes that are of same polarity, where electrode stack is gas tightly surrounded by foil made of plastic - Google Patents

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Abstract

The cell (1) has an electrode stack (2) with electrodes that are of same polarity and electroconductively interconnected to poles (4.1, 4.2). The stack is gas tightly surrounded by a foil (3) made of plastic such as Teflon(RTM: PTFE). Electrical connection elements are formed by pole arrester lugs (5) connected with the poles. The foil is locked by welding process. Remaining volume is formed within the foil between the stack and the foil and filled with inert gas (6) such as argon. The electrodes are designed as an anode made of aluminum foil, and a cathode made of copper foil.

Description

Die Erfindung betrifft eine galvanische Flachzelle für eine Batterie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to a galvanic flat cell for a Battery according to the preamble of claim 1.

Nach dem Stand der Technik sind Hochvolt-Batterien, z. B. Lithium-Ionen-Batterien, für Fahrzeuganwendungen bekannt, die insbesondere aus mehreren elektrisch in Reihe und/oder parallel verschalteten Einzelzellen aufgebaut sind.To the prior art are high-voltage batteries, z. B. lithium-ion batteries, known for vehicle applications, in particular from several electrically in series and / or parallel interconnected single cells are constructed.

Insbesondere in Elektrofahrzeugen, Hybridfahrzeugen und Mildhybridfahrzeugen werden aus galvanischen Flachzellen (auch Einzelzellen genannt) gebildete Batterien eingesetzt.Especially in electric vehicles, hybrid vehicles and mild hybrid vehicles are made of galvanic flat cells (also called single cells) formed batteries used.

Aus der DE 42 40 339 C1 sind Flachzellen bekannt, in denen Elektrodenfolien in Form von mit elektrochemisch wirksamen Materialien beschichteten Alu- und Kupferfolien ausgebildet sind. Die Elektrodenfolien sind zu einem Elektrodenstapel zusammengefasst, wobei die einzelnen Elektrodenfolien durch einen Separator, vorzugsweise eine Folie, voneinander elektrisch und auch räumlich getrennt sind.From the DE 42 40 339 C1 Flat cells are known in which electrode films are formed in the form of coated with electrochemically active materials aluminum and copper foils. The electrode foils are combined to form an electrode stack, the individual electrode foils being separated from one another electrically and also spatially by a separator, preferably a foil.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte galvanische Flachzelle für eine Batterie anzugeben.Of the Invention is based on the object, a relation to the Prior art improved galvanic flat cell for to specify a battery.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine galvanische Flachzelle für eine Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1.The The object is achieved by a galvanic flat cell for a battery with the features of claim 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.advantageous Further developments of the invention are the subject of the dependent claims.

Bei der erfindungsgemäßen galvanischen Flachzelle für eine Batterie, wobei die Flachzelle aus einem Elektrodenstapel (2) gebildet ist und Elektroden gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol (4.1 und 4.2) verbunden sind, ist der Elektrodenstapel allseitig und gasdicht von einer Folie umgeben.In the galvanic flat cell according to the invention for a battery, wherein the flat cell consists of an electrode stack ( 2 ) and electrodes of the same polarity are electrically conductively connected together to form a pole ( 4.1 and 4.2 ), the electrode stack is surrounded on all sides and gas-tight by a film.

Somit wird ein Kontakt des Elektrodenstapels mit dem Luftsauerstoff verringert oder verhindert. Dadurch wird eine Explosionsgefahr der galvanischen Flachzelle vermindert.Consequently a contact of the electrode stack is reduced with the oxygen in the air or prevented. This creates a risk of explosion of the galvanic Flat cell diminished.

Die erfindungsgemäße galvanische Flachzelle ist insbesondere zu einer Verwendung in einer Batterie vorgesehen, wobei mehrere galvanische Flachzellen elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind, um in vorteilhafter Weise die Eigenschaften der Batterie an einen Verwendungszweck dieser anzupassen.The Galvanic flat cell according to the invention is in particular intended for use in a battery, wherein several galvanic flat cells electrically series and / or parallel to each other are interconnected to advantageously the properties of Battery to a purpose of adapting this.

Ferner eignet sich die galvanische Flachzelle aufgrund ihrer Eigenschaften insbesondere zu einer Verwendung in einer Batterie eines Fahrzeugs, wobei wiederum mehrere galvanische Flachzellen elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind. Bei dem Fahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug.Further The galvanic flat cell is suitable for its properties in particular for use in a battery of a vehicle, in turn, several galvanic flat cells electrically serial and / or connected in parallel with each other. In the vehicle it is in particular a hybrid vehicle or an electric vehicle.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.embodiments The invention will be described in more detail below with reference to drawings explained.

Dabei zeigen:there demonstrate:

1 eine galvanische Flachzelle, bei der der Elektrodenstapel gasdicht von einer Folie umgeben ist, und 1 a galvanic flat cell, in which the electrode stack is surrounded gas-tight by a film, and

2 einen in eine beutelartig ausgeformte Folie eingebrachten Elektrodenstapel vor dem Verschweißen der Stirnkante. 2 an inserted into a bag-like shaped foil electrode stack before welding the end edge.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.each other corresponding parts are in all figures with the same reference numerals Mistake.

In 1 ist eine galvanische Flachzelle 1, bei der der Elektrodenstapel 2 gasdicht von einer Folie 3 umgeben ist, dargestellt.In 1 is a galvanic flat cell 1 in which the electrode stack 2 gastight of a foil 3 is surrounded.

Der Elektrodenstapel 2 ist aus einzelnen Elektroden unterschiedlicher Polarität, vorzugsweise Elektrodenfolien, gebildet. Die einzelnen Elektroden unterschiedlicher Polarität sind abwechselnd übereinander gestapelt und jeweils durch einen Separator, insbesondere eine Separatorfolie, isolierend getrennt.The electrode stack 2 is formed of individual electrodes of different polarity, preferably electrode foils. The individual electrodes of different polarity are alternately stacked on top of each other and isolated by a separator, in particular a separator, insulating.

Dabei sind die Elektroden bzw. die Elektrodenfolien jeweils mit einem elektrochemisch aktiven Anodenmaterial bzw. Kathodenmaterial beschichtet. Da es sich bei der galvanischen Flachzelle 1 insbesondere um eine Lithium-Ionen-Flachzelle handelt, sind mögliche Anodenmaterialien beispielsweise Graphit, nanokristallines, amorphes Silizium oder Lithium-Titanat. Als Kathodenmaterialien sind u. a. Lithium-Cobalt-Oxid, Lithium-Nickel-Oxid oder Lithium-Eisen-Phosphat verwendbar. Die als Anode ausgebildeten Elektroden sind vorzugsweise aus Aluminiumfolie und die als Kathode ausgebildeten Elektroden vorzugsweise aus Kupferfolie gebildet.In this case, the electrodes or the electrode films are each coated with an electrochemically active anode material or cathode material. As it is the galvanic flat cell 1 In particular, is a lithium-ion flat cell, possible anode materials such as graphite, nanocrystalline, amorphous silicon or lithium titanate. As cathode materials, inter alia, lithium cobalt oxide, lithium nickel oxide or lithium iron phosphate can be used. The electrodes formed as an anode are preferably made of aluminum foil and the electrodes formed as a cathode are preferably formed of copper foil.

Ein nach außerhalb des Elektrodenstapels 2 geführter Randbereich der jeweiligen Elektrode bzw. Elektrodenfolie bildet jeweils eine Stromableiterfahne wobei die Stromableiterfahnen einer Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol 4.1 bzw. 4.2 verbunden sind. Der Bereich der Stromableiterfahnen ist dabei nicht mit Anodenmaterial bzw. Kathodenmaterial beschichtet.One to outside the electrode stack 2 guided edge region of the respective electrode or electrode foil forms in each case a Stromableiterfahne wherein the Stromableiterfahnen a polarity electrically conductive with each other to a pole 4.1 respectively. 4.2 are connected. The area of the current collector lugs is not coated with anode material or cathode material.

Gemäß einer nicht näher dargestellten Weiterführung der Erfindung werden die Stromableiterfahnen in einem gesonderten Verfahren zu den Polen 4.1 bzw. 4.2 verpresst und/oder verschweißt.According to a Wei not shown terführung of the invention, the Stromableiterfahnen in a separate process to the poles 4.1 respectively. 4.2 pressed and / or welded.

Zu einer externen elektrischen Verschaltung mehrerer Flachzellen 1 zu einer Batterie ist von den Polen 4.1 und. 4.2 jeweils eine Polableiterfahne 5 abgeführt.To an external electrical connection of several flat cells 1 to a battery is from the poles 4.1 and. 4.2 one Polableiterfahne each 5 dissipated.

Der Elektrodenstapel 2 ist von der Folie 3 gasdicht umgeben. Die Folie 3 ist aus einem Kunststoff gebildet. Dieser Kunststoff ist beispielsweise Teflon.The electrode stack 2 is from the slide 3 surrounded gas-tight. The foil 3 is made of a plastic. This plastic is for example Teflon.

In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung werden zwei gleich große Folien 3 deckungsgleich übereinander angeordnet und zwischen den beiden Folien 3 wird der Elektrodenstapel 2 flach liegend angeordnet. Die beiden Folien 3 weisen dabei eine solche Größe auf, dass sie randseitig derart über eine Grundfläche des Elektrodenstapels 2 hinausragen, dass eine Verschweißung aller Außenkanten der Folien 3 miteinander ermöglicht ist.In one possible embodiment of the invention, two films of the same size are used 3 congruently arranged one above the other and between the two films 3 becomes the electrode stack 2 arranged flat lying. The two slides 3 in this case have such a size that they are peripherally over a base area of the electrode stack 2 protrude that a welding of all outer edges of the films 3 is possible with each other.

Die Größe der beiden Folien 3 ist derart ausgebildet, dass die zumindest zwei Polableiterfahnen 5 über die Folien 3 hinausragen. Somit ist eine elektrische Kontaktierung der galvanischen Flachzelle 1 ermöglicht. An den Stellen, an denen die Polableiterfahnen 5 über die Folien 3 hinausragen, erfolgt die Verschweißung der Folien 3 derart, dass die Polableiterfahnen 5 im Bereich der Schweißnaht gasdicht von dem während der Verschweißung geschmolzenen Material der Folie 3 umgeben sind.The size of the two slides 3 is formed such that the at least two Polableiterfahnen 5 over the slides 3 protrude. Thus, an electrical contacting of the galvanic flat cell 1 allows. In the places where the Polableiterfahnen 5 over the slides 3 protrude, the welding of the films takes place 3 such that the Polableiterfahnen 5 in the region of the weld gas-tight from the melted during the welding material of the film 3 are surrounded.

In 2 ist der in die beutelartig ausgeformte Folie 3 eingebrachte Elektrodenstapel 2 vor dem Verschweißen der Stirnkante 7 dargestellt.In 2 is the in the bag-like shaped film 3 introduced electrode stacks 2 before welding the front edge 7 shown.

In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Folie 3 schlauchartig, d. h. beide Stirnkanten 7 sind unverschlossen bzw. nicht verschweißt, ausgebildet. Dabei wird der Elektrodenstapel 2 flach liegend im Innenraum der Folie 3 angeordnet. Die schlauchartig ausgeformte Folie 3 weist dabei eine solche Größe auf, dass sie randseitig derart über eine Grundfläche des Elektrodenstapels 2 hinausragt, dass eine Verschweißung der Stirnkanten 7 der Folie 3 miteinander ermöglicht ist.In an advantageous embodiment of the invention, the film 3 hose-like, ie both front edges 7 are unlocked or not welded, trained. In the process, the electrode stack becomes 2 lying flat in the interior of the film 3 arranged. The tubular shaped film 3 in this case has such a size that it is peripherally over a base area of the electrode stack 2 protrudes, that a welding of the front edges 7 the foil 3 is possible with each other.

Die Größe der Folie 3 ist derart ausgebildet, dass die zumindest zwei Polableiterfahnen 5 über die Folie 3 hinausragen. Somit ist eine elektrische Kontaktierung der galvanischen Flachzelle 1 ermöglicht. An den Stellen, an denen die Polableiterfahnen 5 über die Folie 3 hinausragen, erfolgt die Verschweißung der Stirnkanten 7 der Folie 3 derart, dass die Polableiterfahnen 5 im Bereich der Schweißnaht gasdicht von dem während der Verschweißung geschmolzenen Material der Folie 3 umgeben sind.The size of the slide 3 is formed such that the at least two Polableiterfahnen 5 over the foil 3 protrude. Thus, an electrical contacting of the galvanic flat cell 1 allows. In the places where the Polableiterfahnen 5 over the foil 3 protrude, the welding of the front edges takes place 7 the foil 3 such that the Polableiterfahnen 5 in the region of the weld gas-tight from the melted during welding material of the film 3 are surrounded.

In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Folie 3 bereits beutelartig, d. h. eine Stirnkante 7 ist unverschlossen bzw. nicht verschweißt, ausgebildet und der Elektrodenstapel 2 wird an der Stirnseite in einen Innenraum des Folienbeutels flach liegend eingebracht. Dazu weist die beutelartig ausgeformte Folie 3 eine solche Größe auf, dass sie randseitig derart über eine Grundfläche des Elektrodenstapels 2 hinausragt, dass eine Verschweißung der Stirnkanten 7 der Folie 3 miteinander ermöglicht ist.In a further advantageous embodiment of the invention, the film 3 already bag-like, ie a front edge 7 is unlocked or not welded, formed and the electrode stack 2 is placed flat on the front side in an interior of the film bag. For this purpose, the pouch-shaped film 3 Such a size that they edge so over a base of the electrode stack 2 protrudes, that a welding of the front edges 7 the foil 3 is possible with each other.

Auch in dieser Ausführungsform ist die Größe der Folie 3 derart ausgebildet, dass die zumindest zwei Polableiterfahnen 5 über die Folie 3 hinausragen. Somit ist eine elektrische Kontaktierung der galvanischen Flachzelle 1 ermöglicht. An den Stellen, an denen die Polableiterfahnen 5 über die Folie 3 hinausragt, erfolgt die Verschweißung der Stirnkanten 7 der Folie 3 derart, dass die Polableiterfahnen 5 im Bereich der Schweißnaht gasdicht von dem während der Verschweißung geschmolzenen Material der Folie 3 umgeben sind.Also in this embodiment, the size of the film 3 formed such that the at least two Polableiterfahnen 5 over the foil 3 protrude. Thus, an electrical contacting of the galvanic flat cell 1 allows. In the places where the Polableiterfahnen 5 over the foil 3 protrudes, the welding of the front edges takes place 7 the foil 3 such that the Polableiterfahnen 5 in the region of the weld gas-tight from the melted during welding material of the film 3 are surrounded.

In allen Ausführungsformen der Erfindung wird das Restvolumen innerhalb der Folie mit einem Inertgas 6 gefüllt. Das Restvolumen wird dabei durch den Zwischenraum zwischen Elektrodenstapel 2 und der Innenseite der Folie 3 gebildet.In all embodiments of the invention, the residual volume within the film with an inert gas 6 filled. The residual volume is thereby through the gap between the electrode stack 2 and the inside of the film 3 educated.

Das Inertgas 6 ist beispielsweise Argon.The inert gas 6 is argon, for example.

Durch die gasdichte Umhüllung des Elektrodenstapels 2 mittels der Folie 3 wird ein Kontakt der elektrochemisch aktiven Anodenmaterialien bzw. Kathodenmaterialien des Elektrodenstapels 2 mit einer äußeren Atmosphäre, insbesondere mit Luftsauerstoff, verhindert. Dadurch wird eine Explosionsgefahr der galvanische Flachzelle 1 vermindert.By the gas-tight enclosure of the electrode stack 2 by means of the foil 3 becomes a contact of the electrochemically active anode materials or cathode materials of the electrode stack 2 with an external atmosphere, in particular with atmospheric oxygen prevented. This creates a risk of explosion of the galvanic flat cell 1 reduced.

Durch die zusätzliche Anordnung des Inertgases 6 innerhalb der Folie 3 ist der Elektrodenstapel 2 vollständig von einem sehr reaktionsträgen Gas umgeben, wodurch eine Explosions- und/oder Brandgefahr reduziert wird.Due to the additional arrangement of the inert gas 6 inside the slide 3 is the electrode stack 2 completely surrounded by a very inert gas, which reduces the risk of explosion and / or fire.

Zur Herstellung einer nicht näher dargestellten Batterie sind mehrere der Einzelzellen 1 seriell und/oder parallel elektrisch miteinander verschaltet.To produce a battery, not shown, more of the individual cells 1 connected in series and / or in parallel with each other electrically.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11
galvanische Flachzellegalvanic flat cell
22
Elektrodenstapelelectrode stack
33
Foliefoil
4.1 und 4.24.1 and 4.2
Polpole
55
PolableiterfahnePolableiterfahne
66
Inertgasinert gas
77
Stirnkantefront edge

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 4240339 C1 [0004] - DE 4240339 C1 [0004]

Claims (8)

Galvanische Flachzelle (1) für eine Batterie, wobei die Flachzelle aus einem Elektrodenstapel (2) gebildet ist und Elektroden gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol (4.1 und 4.2) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenstapel (2) allseitig und gasdicht von einer Folie (3) umgeben ist.Galvanic flat cell ( 1 ) for a battery, wherein the flat cell from an electrode stack ( 2 ) and electrodes of the same polarity are electrically conductively connected together to form a pole ( 4.1 and 4.2 ), characterized in that the electrode stack ( 2 ) on all sides and gastight from a foil ( 3 ) is surrounded. Galvanische Flachzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (3) aus einem Kunststoff gebildet ist.Galvanic flat cell ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the film ( 3 ) is formed of a plastic. Galvanische Flachzelle (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff Teflon ist.Galvanic flat cell ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the plastic is Teflon. Galvanische Flachzelle (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Anschlusselemente durch mit den Polen (4.1 und 4.2) verbundene Polableiterfahnen (5) gebildet sindGalvanic flat cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that electrical connection elements are connected to the poles ( 4.1 and 4.2 ) connected to Polableiterfahnen ( 5 ) are formed Galvanische Flachzelle (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Folie (3) zumindest zwei Polableiterfahnen (5) hindurchgeführt sind.Galvanic flat cell ( 1 ) according to claim 4, characterized in that through the film ( 3 ) at least two Polableiterfahnen ( 5 ) are passed. Galvanische Flachzelle (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (3) mittels eines Schweißverfahrens verschlossen wird.Galvanic flat cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the film ( 3 ) is closed by means of a welding process. Galvanische Flachzelle (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Restvolumen innerhalb der Folie (3), wobei das Restvolumen durch den Zwischenraum zwischen Elektrodenstapel (2) und Folie (3) gebildet ist, mit einem Inertgas (6) ausgefüllt ist.Galvanic flat cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that a residual volume within the film ( 3 ), whereby the residual volume through the space between electrode stacks ( 2 ) and foil ( 3 ) is formed with an inert gas ( 6 ) is filled out. Galvanische Flachzelle (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas (6) Argon ist.Galvanic flat cell ( 1 ) according to claim 7, characterized in that the inert gas ( 6 ) Argon is.
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