DE102010055606A1

DE102010055606A1 - Battery solitary cell for use in traction battery for partially electrically driven vehicle, has electrode stack, electrically insulating frame and two sheath plates which are connected with one of poles of electrode stack

Info

Publication number: DE102010055606A1
Application number: DE102010055606A
Authority: DE
Inventors: Dr.rer.nat. Brasse Claudia; Dr.rer.nat. Eichinger Günter; Dr.-Ing. Hohenthanner Claus-Rupert; Dr.Dipl.-Chem. Kaiser Jörg; Dr. Kaufmann Rainer; Dr.-Ing. Meintschel Jens; Dr. Dipl.-Ing. Schröter Dirk; Dipl.-Ing. Trantow Sören
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2012-06-28

Abstract

The battery solitary cell (1) has an electrode stack (5), an electrically insulating frame (2) and two sheath plates (3,4) which are connected with one of the poles of the electrode stack. The electrically insulating frame is formed of polypropylene. An intermediate layer (10) formed of modified polypropylene is arranged between the electrically insulating frame and the sheath plates. The modified polypropylene is formed as a film. The battery solitary cell is formed in lithium-ion technology.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterieeinzelzelle nach der im Oberbegriff von Anspruch 1 näher definierten Art.The invention relates to a single battery cell according to the closer defined in the preamble of claim 1.

Der Aufbau von Batterien, insbesondere Hochleistungs- oder Hochvolt-Batterien als Traktionsbatterien für zumindest teilweise elektrisch angetriebene Fahrzeuge, ist häufig in Form eines Verbunds aus Batterieeinzelzellen gebildet. Für die Batterieeinzelzellen dieses Verbunds sind verschiedene Bauarten allgemein bekannt und üblich. Die hier beschriebene Erfindung bezieht sich dabei auf eine Batterieeinzelzelle für einen solchen Verbund, welche als sogenannte bipolare Rahmenflachzelle ausgebildet ist. Eine solche bipolare Rahmenflachzelle weist einen Elektrodenstapel auf, welcher beispielsweise bei Lithium-Ionen-Zellchemie aus Anoden- und Kathodenfolien auf Basis von Aluminium und Kupfer besteht. Diese sind durch einen elektrisch nicht leitenden Separator voneinander getrennt zu einem Elektrodenstapel aufgestapelt. Der Elektrodenstapel befindet sich dann im Inneren eines beidseitig offenen Rahmens aus elektrisch nicht leitendem Material. Dieser Rahmen ist auf beiden Seiten durch elektrisch leitende Hüllbleche verschlossen. Das eine Hüllblech ist dabei mit den Anodenfolien, das andere Hüllblech mit den Kathodenfolien verbunden. Der Elektrodenstapel ist außerdem mit einem geeigneten Elektrolyt getränkt. Dieser Aufbau der sogenannten bipolaren Rahmenflachzelle, bei der die Hüllbleche gleichzeitig die beiden Pole der Batterieeinzelzelle bilden und über den elektrisch isolierenden Rahmen voneinander getrennt sind, hat dabei entscheidende Vorteile bei der Komplettierung der Batterie als Verbund aus den Batterieeinzelzellen. So ist es beispielsweise einfach und effizient möglich, die Batterieeinzelzellen durch Aufeinanderstapeln elektrisch in Reihe zu verschalten.The construction of batteries, in particular high-performance or high-voltage batteries as traction batteries for at least partially electrically driven vehicles, is often formed in the form of a composite of battery individual cells. For the individual battery cells of this composite, various types are well known and commonplace. The invention described here relates to a single battery cell for such a composite, which is designed as a so-called bipolar Rahmenflachzelle. Such a bipolar Rahmenflachzelle has an electrode stack, which consists for example in lithium-ion cell chemistry of anode and cathode foils based on aluminum and copper. These are stacked by an electrically non-conductive separator separated from each other to form an electrode stack. The electrode stack is then inside a frame open on both sides of electrically non-conductive material. This frame is closed on both sides by electrically conductive Hüllbleche. The one cladding sheet is connected to the anode foils, the other cladding sheet to the cathode foils. The electrode stack is also impregnated with a suitable electrolyte. This construction of the so-called bipolar Rahmenflachzelle, in which the Hüllbleche simultaneously form the two poles of the single battery cell and are separated from each other on the electrically insulating frame, has crucial advantages in the completion of the battery as a composite of the battery cells. For example, it is easily and efficiently possible to interconnect the individual battery cells by stacking them in series.

Zusätzlich zu ihrer Funktionalität als Verschluss der Batterieeinzelzelle und als elektrische Pole der Batterieeinzelzelle können die Hüllbleche außerdem die Funktion von Wärmeleitblechen übernehmen, insbesondere wenn sie auf einer Seite des elektrisch isolierenden Rahmens voneinander beabstandet umgebogen sind. Auf dieser Seite der Batterieeinzelzelle beziehungsweise des aus den Batterieeinzelzellen aufgebauten Verbunds der Batterie kann dann einfach und effizient ein aktiv gekühlter Wärmetauscher, beispielsweise eine Kühlplatte als Bodenplatte der Batterie, eingesetzt werden. Diese kühlt dann die Hüllbleche aktiv, sodass jede einzelne Batterieeinzelzelle aktiv gekühlt ist und während des Betriebs der Batterie auf ihrem bevorzugten Temperaturniveau gehalten werden kann.In addition to their functionality as a closure of the single battery cell and as electrical poles of the single battery cell, the cover plates can also take over the function of Wärmeleitblechen, especially if they are on one side of the electrically insulating frame spaced from each other bent. On this side of the battery single cell or of the battery individual cells constructed composite of the battery can then easily and efficiently an actively cooled heat exchanger, such as a cooling plate as the bottom plate of the battery can be used. This then actively cools the cladding so that each individual battery cell is actively cooled and can be maintained at its preferred temperature level during operation of the battery.

Aus dem Stand der Technik in Form der DE 10 2008 010 814 A1 ist eine solche Batterieeinzelzelle in Form einer bipolaren Rahmenflachzelle bekannt. Die dort beschriebene Problematik befasst sich im Wesentlichen mit der Anbindung der Hüllbleche an dem Rahmen. Hierfür werden kraft- und formschlüssige Verbindungselemente vorgeschlagen. Dies ist bei der Herstellung und Serienfertigung vergleichsweise aufwändig und teuer.From the prior art in the form of DE 10 2008 010 814 A1 Such a single battery cell is known in the form of a bipolar Rahmenflachzelle. The problem described there is essentially concerned with the connection of the Hüllbleche to the frame. For this purpose, non-positive and positive connection elements are proposed. This is comparatively complicated and expensive in the production and series production.

Aus älteren nicht vorveröffentlichten Schriften der Anmelderin ist es außerdem bekannt, dass die Hüllbleche über Heißpressen mit dem elektrisch isolierenden Rahmen verbunden werden. Alternativ oder ergänzend hierzu ist es außerdem bekannt, dass der elektrisch isolierende Rahmen an eines der Hüllbleche angespritzt ausgeführt ist, und dass das andere Hüllblech dann über Heißpressen an dem Rahmen befestigt wird. Um dies realisieren zu können, ist es notwendig, den Rahmen aus einem geeigneten thermoplastischen Kunststoffmaterial auszubilden, welches darüber hinaus die Eigenschaft hat, mit dem Metall des Hüllblechs eine sehr gute Verbindung einzugehen, um so einen mechanisch zuverlässigen und fluidisch dichten Aufbau zu realisieren.From earlier unpublished documents of the applicant, it is also known that the cladding sheets are connected by hot pressing with the electrically insulating frame. Alternatively or additionally, it is also known that the electrically insulating frame is designed sprayed on one of the cladding sheets, and that the other cladding sheet is then attached to the frame via hot pressing. In order to realize this, it is necessary to form the frame of a suitable thermoplastic material, which moreover has the property to enter into a very good connection with the metal of the Hüllblechs so as to realize a mechanically reliable and fluidly sealed structure.

Es hat sich gezeigt, dass Polypropylen (PP) ein geeigneter Werkstoff für die Herstellung des Rahmens ist, da dieser entsprechend leicht ist, eine entsprechend geringe Wasseraufnahme hat und insbesondere gegenüber dem Elektrolyt eine hohe Sperrwirkung erzielt, also nur eine sehr geringe Diffusion des Elektrolyten durch den Rahmen zulässt. Allerdings ist dieses Material für das Heißpressen und Anspritzen des Hüllblechs an den Rahmen nur bedingt geeignet, da die Haftung zwischen einfachem Propylen und dem Metall der Hüllbleche beim Heißpressen oder Anspritzen oft nicht ausreichend ist.It has been shown that polypropylene (PP) is a suitable material for the production of the frame, since this is correspondingly light, has a correspondingly low water absorption and in particular against the electrolyte achieves a high barrier effect, so only a very small diffusion of the electrolyte through allows the frame. However, this material is only partially suitable for the hot pressing and injection molding of the cladding to the frame, since the adhesion between simple propylene and the metal of the cladding during hot pressing or spraying is often not sufficient.

Die Lösung der Problematik liegt darin, dass ein modifiziertes Polypropylen (mod. PP) verwendet werden kann. Ein solches modifiziertes Polypropylen weist den entscheidenden Vorteil auf, dass dieses bei den weiterhin bestehenden Materialeigenschaften des Polypropylens zusätzlich eine gute Anhaftung zwischen dem modifizierten Polypropylen und dem Metall der Hüllbleche gewährleistet. Dieses Material kann dann ideal zum Verschließen der Batterieeinzelzellen durch Heißpressen des oder der Hüllbleche an den Rahmen genutzt werden, aber auch zum Anspritzen des Rahmens an eines der Hüllbleche.The solution to the problem is that a modified polypropylene (mod. PP) can be used. Such a modified polypropylene has the decisive advantage that this additionally ensures good adhesion between the modified polypropylene and the metal of the cladding sheets in the case of the existing material properties of the polypropylene. This material can then be used ideally for closing the battery individual cells by hot pressing of the cladding sheets or to the frame, but also for molding the frame to one of the cladding sheets.

Der gravierende Nachteil des modifizierten Polypropylens liegt in den sehr hohen Kosten des modifizierten Polypropylens, sodass sich durch den Einsatz dieses Werkstoffs für den Rahmen die Kosten für jede der Batterieeinzelzellen stark erhöhen.The serious disadvantage of the modified polypropylene is the very high cost of the modified polypropylene, so that the use of this material for the frame greatly increases the cost of each of the individual battery cells.

Die Aufgabe der hier vorliegenden Erfindung besteht nun darin, eine Batterieeinzelzelle gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, welche die genannten Nachteile vermeidet und kostengünstig eine sichere und zuverlässige Herstellbarkeit der Batterieeinzelzelle gewährleistet.The object of the present invention is now to provide a single battery cell according to the preamble of claim 1, which avoids the disadvantages mentioned and cost assured a safe and reliable manufacturability of single battery cell.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch die im kennzeichnenden Teil von Anspruch 1 genannten Merkmale gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle sowie eine Verwendung derselben ergeben sich aus den hiervon abhängigen Unteransprüchen.According to the invention this object is achieved by the features mentioned in the characterizing part of claim 1. Further advantageous embodiments of the single battery cell according to the invention and a use thereof are evident from the subclaims dependent thereon.

Die erfindungsgemäße Lösung sieht es also vor, dass der elektrisch isolierende Rahmen aus herkömmlichem Propylen ausgebildet ist, und dass lediglich zwischen dem elektrisch isolierenden Rahmen und den Hüllblechen jeweils eine Zwischenschicht aus dem modifizierten Polypropylen angeordnet wird. Die Zwischenschicht aus dem modifizierten Polypropylen stellt dabei in der Art eines Haftvermittlers einerseits eine sehr gute Haftung zwischen dem modifizierten Polypropylen und dem Metall der Hüllbleche sicher und ermöglicht andererseits eine sehr gute Anhaftung des modifizierten Polypropylens an dem herkömmlichen Polypropylen, aus dem der Rahmen selbst ausgebildet ist. Der erfindungsgemäße Aufbau der Batterieeinzelzelle erlaubt also bei einer bipolaren Rahmenflachzelle weiterhin die Ausnutzung der sehr positiven Eigenschaften des Polypropylen, nämlich dessen geringe Dichte, dessen geringe Wasseraufnahme sowie seine hohe Sperrwirkung gegenüber dem Elektrolyt der Batterieeinzelzelle. Gleichzeitig kann durch den Einsatz der zwischen dem Rahmen und den Hüllblechen angeordneten Zwischenschicht aus modifiziertem Polypropylen eine sehr gute Anhaftung zwischen dem Polypropylen und dem Metall der Hüllbleche erzielt werden. Da der Rahmen selbst weiterhin aus herkömmlichem Polypropylen ausgebildet ist, ist dieser entsprechend kostengünstig zu realisieren. Lediglich eine Schicht oder eine Folie zwischen dem Rahmen selbst und den jeweiligen Hüllblechen muss aus dem vergleichsweise teuren modifizierten Polypropylen ausgebildet werden. Damit lassen sich gegenüber einem Rahmen, welcher vollständig aus modifiziertem Polypropylen ausgebildet ist, erhebliche Kosten einsparen, ohne dass dies mit Einbußen in der Dichtheit der Batterieeinzelzelle erkauft werden müsste.The solution according to the invention therefore provides that the electrically insulating frame is formed from conventional propylene, and that in each case an intermediate layer made of the modified polypropylene is arranged between the electrically insulating frame and the enveloping plates. The intermediate layer of the modified polypropylene ensures in the manner of a primer on the one hand a very good adhesion between the modified polypropylene and the metal of Hüllbleche and on the other hand allows a very good adhesion of the modified polypropylene to the conventional polypropylene from which the frame itself is formed , The inventive construction of the single cell battery thus allows for a bipolar Rahmenflachzelle continue to exploit the very positive properties of polypropylene, namely its low density, its low water absorption and its high barrier to the electrolyte of the single cell battery. At the same time a very good adhesion between the polypropylene and the metal of the Hüllbleche can be achieved by the use of the arranged between the frame and the cladding intermediate layer of modified polypropylene. Since the frame itself is still made of conventional polypropylene, this is correspondingly inexpensive to implement. Only a layer or a film between the frame itself and the respective cladding sheets must be formed from the comparatively expensive modified polypropylene. This can be compared to a frame, which is formed entirely of modified polypropylene, save considerable costs, without having to sacrifice this with losses in the tightness of the battery single cell.

In einer besonders günstigen und vorteilhaften Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle ist es dabei vorgesehen, dass das modifizierte Polypropylen als Folie ausgebildet ist, welche zwischen den Rahmen und die Hüllbleche eingebracht ist. Eine solche Folie kann beispielsweise in der Größe der kompletten Batterieeinzelzelle ausgebildet sein und das Hüllblech auf der Seite, auf der dieses mit dem Rahmen verbunden wird, komplett überdecken. Dies ist hinsichtlich der Herstellung und dem Aufbringen der Folie entsprechend einfach.In a particularly favorable and advantageous development of the battery single cell according to the invention, it is provided that the modified polypropylene is formed as a film, which is introduced between the frame and the Hüllbleche. Such a film may be formed, for example, in the size of the complete battery single cell and cover the cladding on the side on which it is connected to the frame completely. This is correspondingly simple with regard to the production and the application of the film.

Bevorzugt ist die Folie so ausgebildet, dass sie in etwa den Abmessungen des späteren Rahmens entspricht, also die Mitte des Hüllblechs freilässt. Dies ist insbesondere hinsichtlich der elektrischen Kontaktierung der Anoden- beziehungsweise Kathodenfolien mit dem jeweiligen Hüllblech von Vorteil und spart darüber hinaus teures Material des modifizierten Polypropylens.Preferably, the film is formed so that it corresponds approximately to the dimensions of the later frame, so the center of the Hüllblechs leaves free. This is advantageous in particular with regard to the electrical contacting of the anode or cathode foils with the respective cladding sheet and moreover saves expensive material of the modified polypropylene.

Ergänzend und alternativ hierzu kann das modifizierte Polypropylen auch auf eines der Hüllbleche oder auf die beiden. Hüllbleche oder den Rahmen aufgebracht sein. Ein solcher Auftrag des modifizierten Polypropylens kann beispielsweise durch Spritzen, Walzen oder dergleichen erfolgen. Auch hier ist es prinzipiell möglich, die gesamte Fläche des Hüllblechs entsprechend zu beschichten, sodass beispielsweise das Blech bereits auf dem Coil mit dem modifizierten Polypropylen beschichtet werden kann, bevor die einzelnen Hüllbleche beispielsweise durch Stanzen gefertigt werden. Alternativ oder ergänzend hierzu ist es auch hier möglich, lediglich in den Bereichen, in denen das Hüllblech später mit dem Rahmen in Kontakt kommt, das Polypropylen entsprechend aufzutragen. Beim Auftrag auf den Rahmen kann diese Unterscheidung entfallen.In addition and as an alternative to this, the modified polypropylene can also be applied to one of the cladding sheets or to the two. Hüllbleche or the frame applied. Such an application of the modified polypropylene can be carried out, for example, by spraying, rolling or the like. Again, it is in principle possible to coat the entire surface of the cladding, so that, for example, the sheet can already be coated on the coil with the modified polypropylene before the individual cladding sheets are made for example by punching. Alternatively or additionally, it is also possible here, apply only in the areas where the cladding later in contact with the frame, the polypropylene accordingly. When applying to the frame this distinction can be omitted.

Insgesamt entsteht so, wie oben bereits beschrieben, ein Aufbau, welcher alle Vorteile des Polypropylens hinsichtlich Gewicht, Wasseraufnahme und Diffusionsbeständigkeit aufweist und welches dennoch einen kostengünstigen Aufbau der Batterieeinzelzelle gewährleistet und welcher eine sehr gute Anhaftung des Rahmens an den Hüllblechen ermöglicht. Eine besonders bevorzugte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle sieht es dabei vor, dass diese in Lithium-Ionen-Technologie ausgebildet ist, da insbesondere bei Lithium-Ionen-Technologie der beschriebene Aufbau besonders effizient und günstig eingesetzt werden kann.Overall, as described above, a structure which has all the advantages of polypropylene in terms of weight, water absorption and diffusion resistance and which nevertheless ensures a cost-effective construction of the battery single cell and which allows a very good adhesion of the frame to the Hüllblechen. A particularly preferred embodiment of the single cell battery according to the invention provides that this is formed in lithium-ion technology, since in particular in lithium-ion technology, the structure described can be used particularly efficiently and inexpensively.

Eine bevorzugte Verwendung der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle in einer der oben genannten Ausführungsvarianten sieht es dabei vor, dass diese in einer Traktionsbatterie für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug eingesetzt wird. Insbesondere bei einer Traktionsbatterie für ein zumindest teilweise elektrisch angetriebenes Fahrzeug sind entsprechend hohe Stückzahlen der Batterieeinzelzellen zu erwarten. Da in zumindest teilweise elektrisch angetriebenen Fahrzeugen die Batterie einen erheblichen Teil der Herstellungskosten des Fahrzeugs verursacht, ist insbesondere hier auf einen sicheren, zuverlässigen, leichten und sehr kostengünstigen Aufbau zu achten, welcher durch die erfindungsgemäße Batterieeinzelzelle so in idealer Weise erzielt werden kann.A preferred use of the battery single cell according to the invention in one of the abovementioned embodiments provides that it is used in a traction battery for an at least partially electrically driven vehicle. In particular, in a traction battery for an at least partially electrically powered vehicle, correspondingly high numbers of individual battery cells are to be expected. Since in at least partially electrically driven vehicles, the battery causes a significant portion of the manufacturing cost of the vehicle, in particular here to pay attention to a safe, reliable, lightweight and very cost-effective structure, which can be achieved by the battery single cell according to the invention in an ideal manner.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Batterieeinzelzelle ergeben sich aus den restlichen Unteransprüchen und anhand des nachfolgend beschriebenen Ausführungsbeispiels, welches unter Bezugnahme auf die Figuren näher erläutert wird.Further advantageous embodiments of the battery single cell according to the invention arise from the remaining subclaims and with reference to the embodiment described below, which is explained in more detail with reference to the figures.

Dabei zeigen:Showing:

1 eine Batterieeinzelzelle in Ausgestaltung als bipolare Rahmenflachzelle in einer dreidimensionalen Ansicht; 1 a battery single cell in the form of a bipolar Rahmenflachzelle in a three-dimensional view;

2 die Batterieeinzelzelle gemäß 1 in Explosionsdarstellung; und 2 the battery single cell according to 1 in exploded view; and

3 eine Schnittdarstellung durch einen Bereich der Batterieeinzelzelle gemäß 1. 3 a sectional view through an area of the battery single cell according to 1 ,

In der Darstellung der 1 ist eine Batterieeinzelzelle 1 zu erkennen, welche als bipolare Rahmenflachzelle ausgebildet ist. Sie besteht im Wesentlichen aus einem Rahmen 2, welcher seitlich von zwei Hüllblechen 3, 4 verschlossen wird. Die bipolare Rahmenflachzelle 1 weist außerdem in ihrem Inneren einen Elektrodenstapel 5 auf, welcher in der Explosionsdarstellung der 2 zu erkennen ist. Der Elektrodenstapel 5 besteht aus Anodenfolien 6, Kathodenfolien 7 und dazwischen angeordneten Separatoren 8. Dieser Aufbau ist in der Schnittdarstellung der 3 auf einer Seite des Elektrodenstapels 5 zu erkennen. Die Anodenfolien 6 und die Kathodenfolien 7 sind dabei auf jeweils einer Seite des Elektrodenstapels 5 aus diesem herausgeführt und werden zusammengeführt und mit jeweils einem der Hüllbleche 3, 4 verbunden. Auch dies ist in der Schnittdarstellung der 3 am Beispiel der Kathodenfolien 7 zu erkennen. Diese können beispielsweise mit dem Hüllblech 3 durch einen Pressschweißvorgang verschweißt werden. Auf der anderen Seite des Elektrodenstapels 5 erfolgt dies mit den Anodenfolien 6 analog, sodass das eine Hüllblech 3 die Kathode der Batterieeinzelzelle 1 und das andere Hüllblech 4 deren Anode bildet. Der Elektrodenstapel 5 wird mit einem Elektrolyt getränkt. Der Vorteil der Batterieeinzelzelle 1 in ihrem Aufbau als bipolare Rahmenflachzelle besteht nun insbesondere im sehr einfachen Aufbau und in der Tatsache, dass das Hüllblech 3 die Kathode und das Hüllblech 4 die Anode der Batterieeinzelzelle bildet. Werden nun mehrere derartige Zellen 1 übereinandergestapelt, so kommt es zu einer direkten Berührung zwischen der Anode der einen Zelle 1 und der Kathode der anderen Zelle 1, sodass eine Reihenschaltung der Batterieeinzelzellen 1 ohne weiteres Zutun erfolgt. Eine Batterie lässt sich also einfach als Stapel aus Batterieeinzelzellen 1 aufbauen, wobei die Anzahl der in Reihe verschalteten Batterieeinzelzellen 1 die gewünschte elektrische Leistung der Batterie bestimmt.In the presentation of the 1 is a single battery cell 1 to recognize which is designed as a bipolar Rahmenflachzelle. It essentially consists of a frame 2 which is laterally separated by two cladding sheets 3 . 4 is closed. The bipolar frame flat cell 1 also has an electrode stack in its interior 5 on, which in the exploded view of 2 can be seen. The electrode stack 5 consists of anode foils 6 , Cathode foils 7 and separators arranged therebetween 8th , This structure is in the sectional view of 3 on one side of the electrode stack 5 to recognize. The anode foils 6 and the cathode foils 7 are on each side of the electrode stack 5 led out of this and are merged and each with one of the cladding 3 . 4 connected. Again, this is in the sectional view of 3 the example of the cathode foils 7 to recognize. These can, for example, with the Hüllblech 3 be welded by a pressure welding process. On the other side of the electrode stack 5 this is done with the anode foils 6 analog, so that's a cladding 3 the cathode of the single cell battery 1 and the other cladding 4 whose anode forms. The electrode stack 5 is soaked in an electrolyte. The advantage of the single cell battery 1 in its construction as a bipolar Rahmenflachzelle now consists in particular in the very simple structure and in the fact that the cladding 3 the cathode and the cladding 4 forms the anode of the single cell battery. Will now several such cells 1 stacked, so there is a direct contact between the anode of a cell 1 and the cathode of the other cell 1 so that a series connection of the battery individual cells 1 done without further action. A battery can therefore be easily as a stack of battery cells 1 build, with the number of battery cells connected in series 1 determines the desired electrical power of the battery.

Die Hüllbleche 3, 4 weisen über ihre Funktionalität zum Verschließen der Batterieeinzelzelle 1 und zur Ausbildung der elektrischen Pole der Batterieeinzelzelle 1 noch eine dritte Funktionalität auf. Sie dienen als Wärmeleitbleche, welche die im Bereich des Elektrodenstapels 5 entstehende Abwärme aufnehmen und an einen mit ihnen in Verbindung stehenden Kühlwärmetauscher abführen können. Hierfür können die beiden Hüllbleche 3, 4 in dem hier dargestellten unteren Bereich der Batterieeinzelzelle 1 jeweils Abkantungen 9 aufweisen, welche in der Explosionsdarstellung der 2 zu erkennen sind. Die beiden Abkantungen 9 der Hüllbleche 3, 4 sind dabei so ausgebildet, dass diese sich untereinander nicht berühren, da dies einen Kurzschluss der Batterieeinzelzelle 1 verursachen würde. Sie sind beide auf einer Seite der Batterieeinzelzelle 1 angeordnet.The cover plates 3 . 4 have their functionality for closing the battery single cell 1 and for the formation of the electrical poles of the single cell battery 1 still a third functionality. They serve as Wärmeleitbleche, which in the area of the electrode stack 5 take up waste heat and discharge it to a cooling heat exchanger connected to it. For this purpose, the two covers 3 . 4 in the lower part of the battery single cell shown here 1 each folds 9 which in the exploded view of 2 can be seen. The two folds 9 the cladding 3 . 4 are designed so that they do not touch each other, as this is a short circuit of the single cell battery 1 would cause. They are both on one side of the single cell battery 1 arranged.

Werden die Batterieeinzelzellen 1 nun übereinandergestapelt, so liegen alle Abkantungen 9 aller Hüllbleche 3, 4 auf einer Seite des so entstandenen Stapels der Batterieeinzelzellen 1. Diese können nun mit einer wärmeleitenden aber elektrisch isolierenden Zwischenschicht an einen Kühlwärmetauscher, beispielsweise eine gekühlte Bodenplatte, angebunden werden, um so die Batterie aktiv kühlen zu können. Eine solche an sich bekannte gekühlte Bodenplatte ist in der Darstellung der Figuren nicht zu erkennen. Diese ist aber aus dem allgemeinen Stand der Technik bekannt und kann beispielsweise über ein flüssiges oder gasförmiges Kühlmedium entsprechend gekühlt werden. Auch die direkte Anbindung an den Kältemittelkreislauf einer Klimaanlage, beispielsweise der Klimaanlage eines Fahrzeugs, ist denkbar.Will the battery single cells 1 now stacked on top of each other, so are all folds 9 all cladding 3 . 4 on one side of the resulting stack of battery cells 1 , These can now be connected with a heat-conducting but electrically insulating intermediate layer to a cooling heat exchanger, such as a cooled bottom plate, so as to be able to actively cool the battery. Such a known cooled bottom plate is not visible in the representation of the figures. However, this is known from the general state of the art and can be cooled, for example, via a liquid or gaseous cooling medium. The direct connection to the refrigerant circuit of an air conditioner, such as the air conditioning of a vehicle is conceivable.

Der Rahmen 2 selbst ist bei der hier dargestellten Batterieeinzelzelle 1 aus normalem Polypropylen (PP) ausgebildet. Dies hat den entscheidenden Vorteil, dass es als thermoplastisches Material gut verarbeitbar ist und beispielsweise durch Spritzgießen einfach und in großer Stückzahl effizient hergestellt werden kann. Das Polypropylen hat außerdem den Vorteil, dass es eine sehr geringe Dichte hat und damit der Aufbau der Batterieeinzelzelle 1 entsprechend leicht zu realisieren ist. Zusätzlich hat das Polypropylen den entscheidenden Vorteil einer sehr geringen Wasseraufnahme sowie einer sehr hohen Sperrwirkung gegenüber dem Elektrolyten, welcher nicht oder nur zu einem sehr geringen Anteil durch das Polypropylen hindurchdiffundieren kann. Ein weiterer Vorteil des Polypropylen liegt außerdem in den vergleichsweise geringen Materialkosten für den für den Rahmen 2 sehr gut geeigneten Werkstoff.The frame 2 itself is in the single battery cell shown here 1 made of normal polypropylene (PP). This has the decisive advantage that it is easy to process as a thermoplastic material and can be produced efficiently, for example by injection molding, simply and in large quantities. The polypropylene also has the advantage that it has a very low density and thus the structure of the single battery cell 1 is correspondingly easy to implement. In addition, the polypropylene has the decisive advantage of a very low water absorption and a very high barrier effect against the electrolyte, which can not diffuse or only to a very small extent through the polypropylene. Another advantage of the polypropylene is also in the comparatively low material costs for the frame 2 very suitable material.

Die einzige Problematik bei Polypropylen besteht nun darin, dass die Verbindung zwischen dem Polypropylen und dem Metall der Hüllbleche 3, 4 in der Praxis schwer zu realisieren ist. Bei einem Verschließen der Batterieeinzelzelle über Heißpressen und/oder einem Anspritzen des Rahmens 2 an eines der Hüllbleche 3 kommt es immer wieder zu einer schlechten Anhaftung zwischen dem Polypropylen und dem metallischen Material des Hüllblechs 3, 4.The only problem with polypropylene now is that the connection between the polypropylene and the metal of the cladding 3 . 4 difficult to realize in practice. When closing the battery single cell via hot pressing and / or molding of the frame 2 on one of the cladding sheets 3 it always comes back to a bad attachment between the Polypropylene and the metallic material of the cladding 3 . 4 ,

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel einer Batterieeinzelzelle 1 wird diese Problematik dadurch behoben, dass zwischen dem Rahmen 2 und den Hüllblechen 3, 4 eine Zwischenschicht 10 aus modifiziertem Polypropylen (mod. PP) eingebracht wird. In der Explosionsdarstellung der 2 ist diese Zwischenschicht 10 in Form einer Folie ausgebildet, welche in etwa der Abmessung des Rahmens 2 entspricht. Wie aus der Darstellung der 3 zu erkennen ist, ist diese Zwischenschicht 10 dabei zwischen den Rahmen 2 und das jeweilige Hüllblech 3, 4 eingebracht. Das modifizierte Polypropylen stellt eine sehr gute Anhaftung an dem metallischen Material der Hüllbleche 3, 4 sicher und ermöglicht außerdem eine sehr gute Anhaftung an dem herkömmlichen Polypropylen, aus welchem der Rahmen 2 ausgebildet ist. Der Aufbau ermöglicht also eine ideale Anhaftung und damit einen sicheren und zuverlässig dichten Aufbau der Batterieeinzelzelle 1.In the embodiment of a battery single cell shown here 1 This problem is solved by that between the frame 2 and the cladding 3 . 4 an intermediate layer 10 made of modified polypropylene (mod. PP). In the exploded view of the 2 is this intermediate layer 10 formed in the form of a film, which is approximately the size of the frame 2 equivalent. As from the representation of 3 it can be seen, this intermediate layer 10 between the frames 2 and the respective cover plate 3 . 4 brought in. The modified polypropylene provides a very good adhesion to the metallic material of the cladding sheets 3 . 4 safe and also allows a very good adhesion to the conventional polypropylene, from which the frame 2 is trained. The structure thus allows an ideal adhesion and thus a safe and reliable dense construction of the battery single cell 1 ,

Die hohen Materialkosten des modifizierten Polypropylens spielen eine untergeordnete Rolle, da der Bedarf an dem Material des modifizierten Polypropylens bezogen auf den gesamten Materialbedarf des Rahmens 2 sehr gering ist. Dadurch lässt sich ein sicherer und zuverlässiger Aufbau der Batterieeinzelzelle 1 bei sehr geringen Mehrkosten für das Material realisieren.The high cost of materials of the modified polypropylene play a minor role because of the need for the material of the modified polypropylene based on the total material requirement of the frame 2 is very low. This allows a safe and reliable construction of the single battery cell 1 realize at very low additional costs for the material.

Bei der Verwendung einer Folie als Zwischenschicht 10 kann diese beispielsweise vor einem Verschluss der Batterieeinzelzelle durch einen Heißpressvorgang bereits auf den Hüllblechen 3, 4 oder dem Rahmen 2 aufgebracht beziehungsweise aufgeschweißt sein.When using a film as an intermediate layer 10 This can, for example, before a closure of the battery single cell by a hot pressing process already on the Hüllblechen 3 . 4 or the frame 2 be applied or welded.

Neben den hier beschriebenen Ausführungsbeispielen mit einer in Form des Rahmens 2 ausgebildeten Folie aus modifiziertem Polypropylen als Zwischenschicht 10 ist es selbstverständlich auch denkbar, das modifizierte Polypropylen durch einen Beschichtungsvorgang auf den Hüllblechen 3, 4 oder dem Rahmen 2 aufzubringen. Dies kann beispielsweise durch Aufspritzen oder Aufwalzen erfolgen. Prinzipiell ist es dabei möglich bei dem Auftrag der Zwischenschicht 10 als modifiziertem Polypropylen diese lediglich in dem Bereich auf die Hüllbleche 3, 4 aufzutragen, in denen später der Rahmen 2 mit den Hüllblechen beziehungsweise der Zwischenschicht 10 in Berührung kommt. Ergänzend und alternativ hierzu ist es auch denkbar, das Hüllblech komplett mit der Zwischenschicht 10 aus modifiziertem Polypropylen zu beschichten. Bei dem Anschweißen der Anoden- beziehungsweise Kathodenfolien 6, 7 des Elektrodenstapels 5 müsste dieses dann im Vorfeld im Kontaktbereich entfernt werden oder der Schweißvorgang muss so realisiert werden, dass das modifizierte Polypropylen in diesem Bereich verbrennt. Unabhängig davon, ob das gesamte Hüllblech 3, 4 mit dem modifizierten Polypropylen beschichtet wird oder nur die Bereiche, in denen das modifizierte Polypropylen notwendig ist, ist es möglich, die Beschichtung vorzunehmen, bevor die Abkantungen 9 an den Hüllblechen 3, 4 realisiert werden, da die Hüllbleche 3, 4 dann noch besser für eine Beschichtung zu handhaben sind.In addition to the embodiments described here with one in the form of the frame 2 formed film of modified polypropylene as an intermediate layer 10 it is of course also conceivable, the modified polypropylene by a coating process on the cladding sheets 3 . 4 or the frame 2 applied. This can be done for example by spraying or rolling. In principle, it is possible in the order of the intermediate layer 10 as modified polypropylene this only in the area on the cladding 3 . 4 in which later the frame 2 with the cladding sheets or the intermediate layer 10 comes into contact. Additionally and alternatively, it is also conceivable, the cladding completely with the intermediate layer 10 coated from modified polypropylene. When welding the anode or cathode foils 6 . 7 of the electrode stack 5 then this would have to be removed in advance in the contact area or the welding process must be realized so that the modified polypropylene burns in this area. Regardless of whether the entire cladding 3 . 4 is coated with the modified polypropylene or only the areas in which the modified polypropylene is necessary, it is possible to make the coating before the folds 9 on the cladding 3 . 4 be realized because the cladding 3 . 4 then even better for a coating to handle.

Auch bei der alternativen Möglichkeit, das Material des Rahmens 2 auf eines der Hüllbleche 3, 4 aufzuspritzen, ist die Verwendung der Zwischenschicht 10 gemäß der Erfindung möglich. Hierzu kann beispielsweise das Hüllblech 3, 4 vor dem Einbringen in die Spritzgussform mit einer dünnen Schicht aus dem modifizierten Polypropylen als Zwischenschicht 10 versehen sein. Auch hier ist beispielsweise das Aufschweißen einer entsprechenden Folie ebenso möglich, wie das Aufspritzen oder Auftragen durch einen Beschichtungsvorgang wie Walzen oder dergleichen.Even with the alternative option, the material of the frame 2 on one of the cladding sheets 3 . 4 spraying is the use of the intermediate layer 10 possible according to the invention. For this example, the cladding 3 . 4 prior to introduction into the injection mold with a thin layer of the modified polypropylene as the intermediate layer 10 be provided. Again, for example, the welding of a corresponding film is also possible, as the spraying or application by a coating process such as rollers or the like.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008010814 A1 [0004]

Claims

Single battery cell ( 1 ) with an electrode stack ( 5 ), with an electrically insulating frame ( 2 ) and with two cladding sheets ( 3 . 4 ), each with one of the poles ( 6 . 7 ) of the electrode stack ( 5 ) and which together with the frame enclose the electrode stack, characterized in that the electrically insulating frame ( 2 ) is formed of polypropylene, and that between the electrically insulating frame ( 2 ) and the cladding sheets ( 3 . 4 ) an intermediate layer ( 10 ) is arranged from modified polypropylene.

Single battery cell ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the cladding sheets ( 3 . 4 ) and the frame ( 2 ) by hot pressing and / or spraying the frame ( 2 ) on one of the cladding sheets ( 3 . 4 ) are interconnected.

Single battery cell ( 1 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the modified polypropylene is formed as a film, which between frame ( 2 ) and cladding sheets ( 3 . 4 ) is introduced.

Single battery cell ( 1 ) according to claim 3, characterized in that the film in shape and dimension of the corresponding surface of the frame ( 2 ) corresponds.

Single battery cell ( 1 ) according to any one of the preceding claims, characterized in that the modified polypropylene is applied to one of the cladding sheets ( 3 . 4 ) or on both cladding sheets ( 3 . 4 ) is applied.

Single battery cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the modified polypropylene is applied to the frame ( 2 ) is applied.

Single battery cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the cladding sheets ( 3 . 4 ) are made on one side with modified polypropylene coated sheet.

Single battery cell ( 1 ) according to one of the preceding claims, characterized in that it is formed in lithium-ion technology.

Use of a single battery cell ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, in a traction battery for an at least partially electrically powered vehicle.