DE102011005681A1 - Lithium-Ionen Akkumulator und Verfahren zu dess Herstellung - Google Patents

Lithium-Ionen Akkumulator und Verfahren zu dess Herstellung Download PDF

Info

Publication number
DE102011005681A1
DE102011005681A1 DE102011005681A DE102011005681A DE102011005681A1 DE 102011005681 A1 DE102011005681 A1 DE 102011005681A1 DE 102011005681 A DE102011005681 A DE 102011005681A DE 102011005681 A DE102011005681 A DE 102011005681A DE 102011005681 A1 DE102011005681 A1 DE 102011005681A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
housing
spring element
cathode
anode
stack
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102011005681A
Other languages
English (en)
Inventor
Bernd Schumann
Niluefer Baba
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102011005681A priority Critical patent/DE102011005681A1/de
Priority to US13/985,494 priority patent/US20140045005A1/en
Priority to CN201180067515.8A priority patent/CN103380510B/zh
Priority to JP2013553814A priority patent/JP5705336B2/ja
Priority to PCT/EP2011/073013 priority patent/WO2012110141A1/de
Priority to EP11808617.2A priority patent/EP2676306B1/de
Publication of DE102011005681A1 publication Critical patent/DE102011005681A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/049—Processes for forming or storing electrodes in the battery container
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/02—Details
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0468—Compression means for stacks of electrodes and separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0486—Frames for plates or membranes
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/107—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure having curved cross-section, e.g. round or elliptic
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/30—Arrangements for facilitating escape of gases
    • H01M50/342—Non-re-sealable arrangements
    • H01M50/3425—Non-re-sealable arrangements in the form of rupturable membranes or weakened parts, e.g. pierced with the aid of a sharp member
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Primary Cells (AREA)
  • Connection Of Batteries Or Terminals (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lithium-Ionen Akkumulator sowie ein Verfahren zur Anordnung eines Wickels oder Stapels eines Lithium-Ionen Akkumulators in einem Gehäuse. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Lithium-Ionen Akkumulator welcher ein Gehäuse und einen in dem Gehäuse angeordneten Wickel oder Stapel aufweist, wobei der Wickel oder Stapel im wesentlichen aus zumindest einer Kathode, zumindest einer Anode, zumindest einem Separator und zumindest einem zwischen der Kathode und der Anode angeordneten nicht wässrigen Elektrolyten besteht, wobei die Kathode, die Anode, der Separator und der zumindest der zwischen der Kathode und der Anode angeordnete Elektrolyt schichtweise angeordnete sind, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass der Akkumulator ein Federelement aufweist, dessen Federkraft die Kathode, die Anode, den Separator sowie den Elektrolyten zumindest in Teilbereichen des Akkumulators im normalen Betriebszustand aneinander presst.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft einen Lithium-Ionen Akkumulator sowie ein Verfahren zur Anordnung eines Wickels oder Stapels eines Lithium-Ionen Akkumulators in einem Gehäuse. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Lithium-Ionen Akkumulator, welcher ein Gehäuse und einen in dem Gehäuse angeordneten Wickel oder Stapel aufweist, wobei der Wickel oder Stapel im wesentlichen aus zumindest einer Kathode, zumindest einer Anode, zumindest einem Separator und zumindest einem zwischen der Kathode und der Anode angeordneten nicht wässrigen Elektrolyten besteht, wobei die Kathode, die Anode, der Separator und der zumindest der zwischen der Kathode und der Anode angeordnete Elektrolyt schichtweise angeordnete sind, welcher dadurch gekennzeichnet ist, dass der Akkumulator ein Federelement aufweist, dessen Federkraft die Kathode, die Anode, den Separator sowie den Elektrolyten zumindest in Teilbereichen des Akkumulators im normalen Betriebszustand aneinander presst.
  • Stand der Technik
  • Lithium-Ionen-Batterien bzw. Akkumulatoren werden heutzutage in einer Vielzahl von Produkten als Energiespeicher eingesetzt. Bekannt ist die Verwendung solcher Energiespeicher beispielsweise im Bereich der tragbaren Computersysteme oder der Telekommunikation. Intensiv wird aktuell auch ihr Einsatz im Automotiv-Bereich als Antriebsbatterie in Kraftfahrzeugen diskutiert. Speziell hier, aber auch in anderen Anwendungsgebieten ist die Sicherheit dieser Lithium-Ionen Akkumulatoren von zentraler Bedeutung. Durch Schadensfälle, welche auch das Interesse der Medien erregt haben, wie beispielsweise das Durchbrennen von Laptop-Akkumulatoren, ist das Thema Sicherheit von Lithium-Ionen-Akkumulatoren ein kritischer Faktor für die Massenanwendung dieser Technologie auch in anderen Bereichen der Technik. Ein thermisches Durchgehen von Lithium-Ionen Zellen muss im praktischen Einsatz unbedingt vermieden werden. Aktuelle und zukünftige Energiespeicher auf Lithium-Ionen-Technologie sind bereits mit einer Reihe von Sicherheitsmechanismen ausgestattet. Unter anderem sind Sicherheitsventile vorgesehen, welche bei Überdruck in der Zelle ein Abblasen dieses Überdrucks nach außen ermöglichen. Diese Ventile können beispielsweise als Berstscheibe oder als Druckrelease-Ventil ausgeführt sein. Während im Bereich der tragbaren Computersysteme oder der Telekommunikation Akkumulatoren nur aus einer oder einigen wenigen verbundenen Lithium-Ionen-Zellen gebildet werden, müssen in Bereichen, in denen höhere Ströme, Spannungen und/oder elektrische Ladungen benötigt werden, deutlich mehr Zellen zusammengeschlossen werden. So müssen beispielsweise für Anwendungen im Automotiv-Bereich bis zu mehrere hundert Lithium-Ionen-Zellen zu einer Batterie zusammengeschlossen werden, welche dann zusammen einen entsprechend leistungsstarken Akkumulator bilden. Hier sind ergänzende Sicherheitsmaßnahmen notwendig, um Sicherheitskonzepte an eine solche Nutzung anzupassen bzw. zu verbessern.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Das zuvor Ausgeführte berücksichtigend, ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung einen Lithium-Ionen Akkumulator anzugeben, welcher insbesondere einen verbesserten Schutz bei thermischer Überlastung des Akkumulators aufweist. Darüber hinaus ist es die Aufgabe der Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines solchen verbesserten Akkumulators anzugeben.
  • Gelöst wird diese Aufgabe hinsichtlich des Akkumulators durch Lithium-Ionen Akkumulator, aufweisend ein Gehäuse und einen in dem Gehäuse angeordneter Wickel oder Stapel, wobei der Wickel oder Stapel im wesentlichen aus zumindest einer Kathode, zumindest einer Anode, zumindest einem Separator und zumindest einem zwischen der Kathode und der Anode angeordneten nicht wässrigen Elektrolyten besteht, wobei Kathode, Anode, Separator und zumindest der zwischen der Kathode und der Anode angeordnete Elektrolyt schichtweise angeordnete sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator ein Federelement aufweist, dessen Federkraft die Kathode, die Anode, den Separator sowie den Elektrolyten zumindest in Teilbereichen des Akkumulators im normalen Betriebszustand aneinander presst.
  • Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung eines Lithium-Ionen Akkumulators kann einer Delamination des Wickels oder Stapels entgegengewirkt werden. Das Federelement sorgt dabei für einen gleichmäßigen Andruck der einzelnen Komponenten des Wickels (Kathode, Anode, Separator und Elektrolyt). Gleichzeitig ermöglicht das Federelement eine Volumenausdehnung des Wickels oder Stapels, wie er durch eine beim Betrieb des Akkumulators übliche Erwärmung oder durch die elektrochemischen Reaktionen auftreten kann. Einer Delamination des Wickels oder Stapels durch eine Volumenkontraktion nach Abkühlung oder Ladezustandsänderung wirkt die Federkraft des Federelementes entgegen. Das Federelement ist vorzugsweise so ausgelegt, dass während des Normalbetriebs der Zelle bzw. des Akkumulators zu jedem Zeitpunkt eine gleiche Anpresskraft auf die Komponenten des Akkumulators wirkt. Hierdurch kann eine vorzeitige Alterung des Akkumulators vermieden werden.
  • In einer Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Lithium-Ionen Akkumulators stützt sich das Federelement gegenüber dem Gehäuse ab. Hierdurch kann die Zelle kompakt Ausgestaltet werden und dem Federelemente wird ein hinreichendes Widerlager zur Ausübung der Federkraft geboten.
  • In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Akkumulators stützt sich das Federelement über eine Sollbruchstelle stoffschlüssig gegenüber dem Gehäuse. Vorzugsweise öffnet die Sollbruchstelle bei Überschreitung einer definierten Kraft und/oder Temperatur den Stoffschluss zwischen Gehäuse und Federelement und die durch das Federelement auf den Wickel oder Stapel einwirkende Federkraft löst sich.
  • Hierdurch kann bei Erreichen eines kritischen Betriebszustandes eine gezielte Delamination des Wickels oder Stapels erfolgen, wodurch ein Abschalten der einzelnen Zelle möglich wird. Insbesondere wenn durch einen Kurzschluss der Wickel oder Stapel unter Gasdruck gerät, wie etwa durch thermische oder chemische Zersetzung des Elektrolyten, kann eine Ausdehnung des Wickels oder Stapels stattfinden, sofern die definierten Haltekräfte des Stoffschlusses der Sollbruchstelle zwischen Federelement und Gehäuse überschritten werden. Hierdurch wird zum einen ein verbessertes Abkühlen der im kritischen Betriebszustand befindlichen Akkumulatorzelle erreicht, zum anderen können die ggf. bereits gebildeten Gase entwichen. Es hat sich gezeigt, dass das beim thermischen Durchbrennen eines Lithium-Ionen Akkumulators gebildeten Gase selbst an weiteren chemischen Reaktionen teilnehmen können, die zu einer weiteren Erhöhung des Gasdruckes innerhalb der Akkumulatorzelle beitragen können. Adiabatische Kalorimeteruntersuchungen an Standard-Elektrolyten haben gezeigt, dass ein erheblicher Anteil des Gesamtdruckanstieges beim thermischen Durchgehen einer Akkumulatorzelle auf die genannten Elektrolytreaktionen zurückzuführen ist. Durch das erfindungsgemäß ermöglichte Entweichen der Reaktionsgase wird somit ein weiterer Anstieg des Gasdruckes durch Weiterreaktion dieser Reaktionsgase vermieden. Ein thermisches Durchgehen von Akkumulatorzellen beim Erreichen eines kritischen Betriebszustandes kann somit reduziert oder sogar verhindert werden. Hierdurch wird die Sicherheit des Akkumulators deutlich gesteigert.
  • In einer weiteren Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Akkumulators ist das Federelement integraler Bestandteil des Gehäuses. Hierzu kann beispielsweise ein Gehäuseteilabschnitt feder- oder wellenförmig ausgebildet sein, so dass die Federkraft über das gesamte Gehäuse gleichmäßig auf den Wickel oder Stapel einwirkt. Hierdurch kann eine noch kompaktere Bauform erreicht werden. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Gehäuse insgesamt wellenförmig ausgebildet und kann so in seiner Gesamtheit als Federelement dienen, welches einerseits eine hinreichende Federkraft zum anpressen der einzelnen Komponenten des Wickel oder Stapels, andererseits eine hinreichende Elastizität zur Aufnahme der durch die elektrochemische Reaktion oder Erwärmung bedingte Volumenausdehnung des Stapels oder Wickels aufweist.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Akkumulator zumindest einen Stapel sowie ein oberes Federelement und ein unteres Federelement auf, welche an dem Gehäuse jeweils über eine stoffschlüssige Sollbruchstelle festlegbar sind, wobei der Stoffschluss zwischen Gehäuse und Federelement an der Sollbruchstelle bei Überschreitung einer definierten Kraft und/oder Temperatur lösbar ist. Hierdurch wird eine optimierte Anpassung der erfindungsgemäßen Idee an eine als Stapel ausgeführte Akkumulatorzelle erreicht.
  • In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Stapel eine Mehrzahl von Schichten auf, welche untereinander mit einem Federelement verbindbar sind, wobei die Federkraft des Federelementes in wesentlichen entgegen der Federkraft des oberen und unteren Federelementes wirkt. Bei Überschreitung Sollbruchkraft der Sollbruchstelle zwischen Federelement und Gehäuse wirkt die Federkraft des die Schichten miteinander verbindenden Federelementes so, dass die Schichten auseinandergezogen werden. Hierdurch wird die Wärmeabfuhr zwischen den Schichten verbessert, was ein schnelleres Abkühlen der Schichten auf eine unterkritische Temperatur ermöglicht.
  • Hinsichtlich des Verfahrens wird die Aufgabe der Erfindung durch ein Verfahren zur Anordnung eines Wickels oder Stapels eines Lithium-Ionen Akkumulators in einem Gehäuse gelöst, wobei der Wickel oder Stapel im wesentlichen aus zumindest einer Kathode, zumindest einer Anode, zumindest einem Separator und zumindest einem zwischen der Kathode und der Anode angeordneten nicht wässrigen Elektrolyten besteht, wobei Kathode, Anode, Separator und zumindest der zwischen der Kathode und der Anode angeordnete Elektrolyt schichtweise angeordnete werden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass die Kathode, die Anode, der Separator sowie der Elektrolyten zumindest in Teilbereichen des Wickels oder Stapels im normalen Betriebszustand des Akkumulators mittels eines Federelementes aneinander gepresst werden.
  • In einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird dabei das Federelement über eine Sollbruchstelle stoffschlüssig gegenüber dem Gehäuse abgestützt wird, wobei die Sollbruchstelle derart ausgebildet wird, dass diese bei Überschreitung einer definierten Kraft und/oder Temperatur den Stoffschluss zwischen Gehäuse und Federelement öffnet und die durch das Federelement auf den Wickel oder Stapel einwirkende Federkraft löst.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels sowie einer Figur näher erläutert.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Lithium-Ionen Akkumulators gemäß der Erfindung;
  • 2 zeigt eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Akkumulators, bei welchem mehrere Wickel nebeneinander angeordnet sind;
  • 3 zeigt eine Ausführung eines erfindungsgemäßen Akkumulators, bei welchem mehrere Wickel nebeneinander angeordnet sind, bei welche die Wickel von einem gemeinsamen Gehäuse umfasst werden;
  • 4 zeigt unterschiedliche Ausführungsformen erfindungsgemäßer Akkumulatoren;
  • 5 zeigt einen stapelförmig aufgebauten Lithium-Ionen Akkumulator gemäß der Erfindung in normalen Betriebszustand; und
  • 6 zeigt den Lithium-Ionen Akkumulator gemäß 5 nach Erreichen eines kritischen Betriebszustandes.
  • 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Lithium-Ionen Akkumulators 100 gemäß der Erfindung, aufweisend ein Gehäuse 110 und einen in dem Gehäuse 110 angeordneter Wickel 120a. Der Wickel 120a besteht im Wesentlichen aus zumindest einer Kathode 130, zumindest einer Anode 140, zumindest einem Separator 150 und zumindest einem zwischen der Kathode 130 und der Anode 140 angeordneten nicht wässrigen Elektrolyten 160, welche um einen in der Mitte des Wickels 120a angeordneten Zelldorn 180, welcher auch als Ableiter 180 ausgebildet sein kann, gewickelt werden. Zwischen Wickel 120a und Gehäuse 110 ist noch eine Gleitschicht 170 angeordnet, die für eine Reibungsminimierung der Innenwand des Gehäuses 110 und dem Wickel 120a Sorge trägt. Die Gleitschicht 170 kann dabei beispielsweise aus einer Kunststofffolie gebildet sein. Die Kathode 130, die Anode 140, der Separator 150 und der zwischen der Kathode 130 und der Anode 140 angeordnete Elektrolyt sind schichtweise angeordnet. Der Akkumulator 100 weist ein Federelement 200 auf, dessen Federkraft die Kathode 130, die Anode 140, den Separator 150 sowie den Elektrolyten 160 zumindest in Teilbereichen des Akkumulators 100 im normalen Betriebszustand aneinander presst. Hierzu ist das Federelement 200 mit dem Gehäuse derart verbunden, dass das Gehäuse 110 in der Art einer Metallklammer den Wickel 120a umfasst, wobei das Gehäuse 110 nicht nur als Umhüllungsmantel sondern auch als Akkumulator- oder Zellgehäuse ausgebildet sein, wobei in letzteren beiden Fällen der Boden und Deckel entsprechend elastisch bzw. federnd ausgebildet sein muss, um die Dichtigkeit des Akkumulator- oder Zellgehäuses zu gewährleisten. Diese Umfassung übt einen bestimmten Druck auf den Wickel 120a aus, der die Funktion der guten Auflage der einzelnen Schichten (130, 140, 150, 160) des Wickels 120a unterstützt. Gleichermaßen kann durch die so gebildete elastisch federnde Umhüllung der Wickel 120a sich gemäß seiner elektrochemischen Funktion ausdehnen und zusammenziehen, so wie es den Dimensionsänderungen der sich entladenden oder aufgeladenen Zelle entspricht, ohne dass nicht eingeplante Kräfte oder Kräfte unzweckmäßiger Größe auftreten, welche den Wickel 120a lokal einer erhöhten Kraft und/oder mechanischen Verspannung im Sichtverbund aussetzten. Das Federelement 200 stützt sich gegenüber dem Gehäuse 110 ab. Bevorzugt erfolgt diese Abstützung über eine als Sollbruchstelle 300 stoffschlüssig ausgeführte Verbindung der Federelements 200 zum Gehäuse 110. Die Sollbruchstelle 300 ist derart ausgeführt, dass bei Überschreitung einer definierten Kraft und/oder Temperatur der Stoffschluss zwischen Gehäuse 110 und Federelement 200 geöffnet wird, wodurch sich die durch das Federelement 200 auf den Wickel 120a einwirkende Federkraft löst. Zum Stoffschluss zwischen Federelement 200 und Gehäuse 110 sind beispielsweise ein Temperaturlot oder ein thermischer Schmelzkontakt geeignet, welche sowohl bei Überschreitung einer bestimmten Temperatur als auch bei Überschreitung einer bestimmten Kraft aufbrechen und so den Stoffschluss lösen können. Im sicherheitskritischen Zustand des Akkumulators 100 wird infolge der auftretenden hohen Temperatur oder Kraft der Kontakt des Federelementes 200 mit dem Gehäuse 110 gelöst. Das Federelement 200 entspannt sich. Die Entspannung des Federelements 200 führt zumindest teilweise zu einer Auftrennung des Wickels 120a, so dass sich die einzelnen Schichten (130, 140, 150, 160) voneinander lösen. Die seinerseits führt zu einer rascheren Kühlung des Wickels 120a und damit zur Überführung der Zelle in einen sicheren Endzustand. Reaktionsgase bzw. Elektrolytdämpfe können auf diese Weise ebenfalls einfacher entweichen, womit sie für eine Weiterreaktion nicht mehr zur Verfügung stehen.
  • 2 zeigt einen Lithium-Ionen Akkumulator gemäß der Erfindung, bei welchem eine Mehrzahl von Wickeln 120a in einem gemeinsamen Gehäuse 500 untergebracht sind. Die einzelnen Wickel 120a entsprechen dabei in ihrem Aufbau den in 1 gezeigten Wickeln. Die Wickel 120a sind vorzugsweise derart in dem gemeinsamen Gehäuse 500 angeordnet, dass zwischen ihnen ein hinreichender Abstand 600 besteht, in welchen die einzelnen Wickel 120a bei Überschreitung kritischer Betriebsgrößen und auslösen der Sollbruchstelle 300 expandieren können.
  • 3 zeigt eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Lithium-Ionen Akkumulators, bei welchem eine Mehrzahl von einzelnen Wickeln 120a von einem gemeinsamen Gehäuse 110 umfasst sind. Das Gehäuse 110 ist mit einem gemeinsamen Federelement 200 verbunden, welches in der zuvor beschriebenen Weise stoffschlüssig mit dem Gehäuse 110 verbunden ist. Bei Überschreitung kritischer Betriebsgrößen und Auslösen der Sollbruchstelle 300 expandieren in dem gemeinsamen Gehäuse 110 zusammengefasste Wickel 120a und versetzen den Zellverbund in einen sicheren Endzustand.
  • 4 zeigt unterschiedliche Ausgestaltungen eines erfindungsgemäßen Akkumulators. Die linke Abbildung in 4 zeigt ein Gehäuse 110, welches spiralförmig ausgebildet ist und somit insgesamt als Federelement 200 wirkt. Das Federelement 200 ist somit in der gezeigten Ausführungsform ein integraler Bestandteil des Gehäuses 110. Die mittlere Abbildung in 4 zeigt ebenfalls eine Aufführungsform eines erfindungsgemäßen Akkumulators, bei welchem Federelemente 200 integrale Bestandteile des Gehäuses 110 sind, welches vorliegend als Akkumulator- bzw. Zellgehäuse ausgebildet ist und aus Gründen der Übersichtlichkeit keinen Deckel aufweist. Hierzu sind die Federelemente als wellenförmige Ausbuchtungen im Gehäuse 110 ausgeführt, über welche das Gehäuse 110 entsprechend expandiert bzw. kontrahiert werden kann. Durch die Mehrzahl der durch die wellenförmigen Ausbuchtungen gebildeten Federelemente 200 und der durch diese Anordnung mögliche Aufsummierung der Federkräfte kann die Federkraft der einzelnen Elemente klein gehalten werden. Gleichzeitig wird eine gleichmäßige Verteilung der Federkraft über den gesamten Gehäuseradius erreicht. Mit der rechten Abbildung der 4 ist eine weitere Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Akkumulators gezeigt, bei welchem Federelemente 200 über als Lötpunkte ausgeführte Sollbruchstellen 300 mit dem Gehäuse verbunden sind.
  • 5 zeigt eine Ausgestaltung eines erfindungsgemäßen Akkumulators mit zu einem Stapel 120b zusammengefassten Zellkomponenten. Auf den Stapel 120b wirken im normalen Betriebszustand ein oberes Federelement 210 und ein unteres Federelement 220 ein. Die Federelemente 210, 220 stützen sich über Sollbruchstellen 300 gegenüber dem Gehäuse 110 ab. Die einzelnen Schichten des Stapels 120b sind über ein als Verbindungselement dienendes weiteres Federelement 400 miteinander verbunden. Die Federkraft des Federelements 400 wirkt dabei der Federkraft der Federelemente 210, 220 entgegen. Im Normalbetrieb sorgt die Federkraft der Federelemente 210, 220 für ein gleichmäßiges Andrücken der Schichten des Stapels 120b.
  • 6 zeigt die in 5 gezeigte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Akkumulators nach Erreichen eines kritischen Betriebszustandes, bei welchem die Sollbruchstellen 300 den Stoffschluss zwischen den Federelementen 210, 220 und dem Gehäuse 110 gelöst haben. In diesem Betriebszustand überwiegt die Federkraft des Federelements 400 die Federkraft der Federelemente 210, 210, so dass die Schichten des Stapels 120b auseinandergezogen werden. Hierdurch ist ein schnelleres Abkühlen des Stapels 120b sowie ein Gasaustritt möglich, wodurch der Akkumulatorstapel in einen sicheren Zustand überführt werden kann. Die Gefahr eines weiteren thermischen Durchgehens ist somit nicht mehr gegeben.

Claims (10)

  1. Lithium-Ionen Akkumulator (100), aufweisend ein Gehäuse (110) und einen in dem Gehäuse (110) angeordneter Wickel (120a) oder Stapel (120b), wobei der Wickel (120a) oder Stapel (120b) im wesentlichen aus zumindest einer Kathode (130), zumindest einer Anode (140), zumindest einem Separator (150) und zumindest einem zwischen der Kathode (130) und der Anode (140) angeordneten nicht wässrigen Elektrolyten (160) besteht, wobei Kathode (130), Anode (140), Separator (150) und zumindest der zwischen der Kathode (130) und der Anode (140) angeordnete Elektrolyt schichtweise angeordnete sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator ein Federelement (200) aufweist, dessen Federkraft die Kathode (130), die Anode (140), den Separator (150) sowie den Elektrolyten (160) zumindest in Teilbereichen des Akkumulators (100) im normalen Betriebszustand aneinander presst.
  2. Lithium-Ionen Akkumulator gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (200) sich gegenüber dem Gehäuses (110) abstützt.
  3. Lithium-Ionen Akkumulator gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (200) sich über eine Sollbruchstelle (300) stoffschlüssig gegenüber dem Gehäuse abstützt.
  4. Lithium-Ionen Akkumulator gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle (300) bei Überschreitung einer definierten Kraft und/oder Temperatur den Stoffschluss zwischen Gehäuse (110) und Federelement (200) öffnet und die durch das Federelement (200) auf den Wickel (120a) oder Stapel (120b) einwirkende Federkraft löst.
  5. Lithium-Ionen Akkumulator gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Federelement (200) integraler Bestandteil des Gehäuses (110) ist.
  6. Lithium-Ionen Akkumulator gemäß Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse (110) eine Sollbruchstelle (300) aufweist, welche bei Überschreitung einer definierten Kraft und/oder Temperatur das Gehäuse (110) öffnete und die durch das Gehäuse (110) auf den Wickel (120a) oder Stapel (120b) einwirkende Federkraft löst.
  7. Lithium-Ionen Akkumulator gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei dieser zumindest einen Stapel (120b) sowie ein oberes Federelement (210) und ein unteres Federelement (220) aufweist, welche an dem Gehäuse (110) jeweils über eine stoffschlüssige Sollbruchstelle (300) festlegbar sind, wobei der Stoffschluss zwischen Gehäuse (110) und Federelement (210, 220) an der Sollbruchstelle bei Überschreitung einer definierten Kraft und/oder Temperatur lösbar ist.
  8. Lithium-Ionen Akkumulator gemäß Anspruch 7, wobei der Stapel (120b) eine Mehrzahl von Schichten (160) aufweist, welche untereinander mit einem Federelement (400) verbindbar sind, wobei die Federkraft des Federelementes (400) in wesentlichen entgegen der Federkraft des oberen und unteren Federelementes (210, 220) wirkt.
  9. Verfahren zur Anordnung eines Wickels (120a) oder Stapels (120b) eines Lithium-Ionen Akkumulators (100) in einem Gehäuse (110), wobei der Wickel (120a) oder Stapel (120b) im wesentlichen aus zumindest einer Kathode (130), zumindest einer Anode (140), zumindest einem Separator (150) und zumindest einem zwischen der Kathode (130) und der Anode (140) angeordneten nicht wässrigen Elektrolyten (160) besteht, wobei Kathode (130), Anode (140), Separator (150) und zumindest der zwischen der Kathode (130) und der Anode (140) angeordnete Elektrolyt schichtweise angeordnete werden, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathode (130), die Anode (140), der Separator (150) sowie der Elektrolyten (160) zumindest in Teilbereichen des Wickels (120a) oder Stapels (120b) im normalen Betriebszustand des Akkumulators mittels eines Federelementes (200) aneinander gepresst werden.
  10. Verfahren gemäß Anspruch 9, wobei das Federelement (200) über eine Sollbruchstelle (300) stoffschlüssig gegenüber dem Gehäuse abgestützt wird, wobei die Sollbruchstelle (300) derart ausgebildet wird, dass diese bei Überschreitung einer definierten Kraft und/oder Temperatur den Stoffschluss zwischen Gehäuse (110) und Federelement (200) öffnet und die durch das Federelement (200) auf den Wickel (120a) oder Stapel (120b) einwirkende Federkraft löst.
DE102011005681A 2011-02-15 2011-03-17 Lithium-Ionen Akkumulator und Verfahren zu dess Herstellung Withdrawn DE102011005681A1 (de)

Priority Applications (6)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011005681A DE102011005681A1 (de) 2011-02-15 2011-03-17 Lithium-Ionen Akkumulator und Verfahren zu dess Herstellung
US13/985,494 US20140045005A1 (en) 2011-02-15 2011-12-16 lithium-ion rechargeable battery and method for manufacturing same
CN201180067515.8A CN103380510B (zh) 2011-02-15 2011-12-16 锂离子蓄电池和其制造方法
JP2013553814A JP5705336B2 (ja) 2011-02-15 2011-12-16 リチウムイオン蓄電池およびその製造方法
PCT/EP2011/073013 WO2012110141A1 (de) 2011-02-15 2011-12-16 Lithium-ionen akkumulator und verfahren zu dessen herstellung
EP11808617.2A EP2676306B1 (de) 2011-02-15 2011-12-16 Lithium-ionen akkumulator

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102011004092.7 2011-02-15
DE102011004092 2011-02-15
DE102011005681A DE102011005681A1 (de) 2011-02-15 2011-03-17 Lithium-Ionen Akkumulator und Verfahren zu dess Herstellung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102011005681A1 true DE102011005681A1 (de) 2012-08-16

Family

ID=46579552

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102011005681A Withdrawn DE102011005681A1 (de) 2011-02-15 2011-03-17 Lithium-Ionen Akkumulator und Verfahren zu dess Herstellung

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20140045005A1 (de)
EP (1) EP2676306B1 (de)
JP (1) JP5705336B2 (de)
CN (1) CN103380510B (de)
DE (1) DE102011005681A1 (de)
WO (1) WO2012110141A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013202288A1 (de) 2013-02-13 2014-08-14 Robert Bosch Gmbh Batteriezelle mit einem ein elastisch federndes Element aufweisenden Arretierkörper
WO2016045855A1 (de) * 2014-09-26 2016-03-31 Robert Bosch Gmbh Ausgleichsvorrichtung und akkumulatormodul mit derselben
DE102015201666A1 (de) 2015-01-30 2016-08-04 Robert Bosch Gmbh Batteriezelle und Verfahren zur Montage einer Batteriezelle
DE102022126187B3 (de) 2022-10-10 2023-12-07 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batteriezelle für einen elektrischen Energiespeicher sowie Batteriemodul mit einer solchen Batteriezelle

Families Citing this family (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR102420011B1 (ko) 2015-06-22 2022-07-12 삼성전자주식회사 이차 전지
CN107160744B (zh) * 2016-03-07 2020-08-25 辉能科技股份有限公司 柔性外包装
KR102214359B1 (ko) * 2016-08-25 2021-02-08 삼성에스디아이 주식회사 이차 전지
WO2018193771A1 (ja) * 2017-04-18 2018-10-25 株式会社村田製作所 電池及びその製造方法、組電池、並びに電子機器
DE102017223476A1 (de) * 2017-12-20 2019-06-27 Elringklinger Ag Kühlmodul für einen Zellstapel, Zellstapel, Batterievorrichtung und Verfahren zum Kühlen von Zellen
KR20210074743A (ko) * 2019-12-12 2021-06-22 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지 및 이를 포함하는 디바이스
EP4053955A1 (de) * 2021-03-03 2022-09-07 VARTA Microbattery GmbH Verfahren zur herstellung eines elektrochemischen energiespeicherelements

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6040085A (en) * 1994-03-31 2000-03-21 Valence Technology, Inc. Battery packaging
EP0948072B1 (de) * 1998-03-30 2003-06-25 Renata AG Prismatische aufladbare oder primäre Zelle mit Wicklung montiert auf Spulenkörper
JP2002008598A (ja) * 2000-06-21 2002-01-11 Mitsubishi Heavy Ind Ltd 二次電池
WO2002073718A1 (fr) * 2001-03-14 2002-09-19 Yuasa Corporation Matiere active pour electrode positive et accumulateur a electrolyte non aqueux comportant ladite matiere
SE528555C2 (sv) * 2005-04-01 2006-12-12 Nilar Int Ab Ett hölje för ett slutet batteri
JPWO2007097172A1 (ja) * 2006-02-21 2009-07-09 パナソニック株式会社 角形扁平二次電池の製造方法
DE102009010146A1 (de) * 2009-02-23 2010-08-26 Li-Tec Battery Gmbh Galvanische Zelle mit mehrteiligem Gehäuse

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013202288A1 (de) 2013-02-13 2014-08-14 Robert Bosch Gmbh Batteriezelle mit einem ein elastisch federndes Element aufweisenden Arretierkörper
WO2016045855A1 (de) * 2014-09-26 2016-03-31 Robert Bosch Gmbh Ausgleichsvorrichtung und akkumulatormodul mit derselben
DE102015201666A1 (de) 2015-01-30 2016-08-04 Robert Bosch Gmbh Batteriezelle und Verfahren zur Montage einer Batteriezelle
DE102022126187B3 (de) 2022-10-10 2023-12-07 Dr. Ing. H.C. F. Porsche Aktiengesellschaft Batteriezelle für einen elektrischen Energiespeicher sowie Batteriemodul mit einer solchen Batteriezelle

Also Published As

Publication number Publication date
WO2012110141A1 (de) 2012-08-23
JP5705336B2 (ja) 2015-04-22
EP2676306B1 (de) 2016-04-20
JP2014505986A (ja) 2014-03-06
CN103380510A (zh) 2013-10-30
EP2676306A1 (de) 2013-12-25
CN103380510B (zh) 2016-02-10
US20140045005A1 (en) 2014-02-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2676306B1 (de) Lithium-ionen akkumulator
DE69535278T2 (de) Batterie und Verfahren zur Herstellung dieser Batterie
DE102012213100B4 (de) Batterie mit Thermoschalter und pneumatisch betätigbarem Schalter und Verfahren zum sicheren Betreiben der Batterie
DE102014207403A1 (de) Batterieeinheit mit einer Aufnahmeeinrichtung und einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen sowie Batteriemodul mit einer Mehrzahl von solchen Batterieeinheiten
DE102010033577A1 (de) Knopfzelle mit Wickelelektrode mit thermischer Sicherung
DE102018120380A1 (de) Vorrichtung für eine gezielte ausstossung von abgasen in batteriezellen
DE112014001940T5 (de) Verfahren zur Wiederherstellung einer Batteriekapazität , Verfahren zur Wiederherstellung der Kapazität einer Batterieanordnung, Vorrichtung zur Wiederherstellung einer Batteriekapazität und Vorrichtung zur Wiederherstellung der Kapazität einer Batterieanordnung
DE102011015830A1 (de) Elektrochemische Zelle zum Speichern elektrischer Energie
EP2346111B1 (de) Elektrochemischer Energiespeicher, insbesondere Lithium-Ionen-Energiespeicher
WO2014012654A2 (de) Verfahren zur herstellung einer sekundärbatterie, gehäusebaugruppe für die sekundärbatterie, sekundärbatterie mit der gehäusebaugruppe, verfahren zur herstellung der gehäusebaugruppe, verfahren zum betrieb der sekundärbatterie
EP4053955A1 (de) Verfahren zur herstellung eines elektrochemischen energiespeicherelements
WO2011073426A1 (de) Akkumulator
DE102007020905B4 (de) Galvanisches Element mit Sicherungsmittel
WO2022034156A1 (de) Energiespeicherzelle und herstellungsverfahren
DE102014214313A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zur Erwärmung einer Batterie sowie Batterie, Batteriesystem und Fahrzeug
DE102018218865A1 (de) Gehäuse für eine Batteriezelle, Batteriezelle und Verfahren zum Herstellen derselben
WO2015172997A2 (de) Batterieeinheit mit einer mehrzahl von elektrochemischen zellen sowie batteriemodul mit einer mehrzahl von batterieeinheiten
EP2978062A1 (de) Batteriezelle
EP3916868A1 (de) Energiespeicherzelle und herstellungsverfahren
WO2016116322A1 (de) Zellwickel für einen lithium-ionen-akkumulator
DE112019001560T5 (de) Feststoff-Batteriemodul
DE102013220174A1 (de) Batteriemodul und Batteriepack
WO2016087128A1 (de) Bauteil zur kraftaufnahme und/oder kraftverteilung in einem batteriezellenmodul
EP2606522A1 (de) Elektrochemische zelle mit wenigstens einer druckentlastungsvorrichtung
EP3630526B1 (de) Speichereinrichtung zum speichern von elektrischer energie, insbesondere für ein kraftfahrzeug, kraftfahrzeug mit einer solchen speichereinrichtung, sowie verfahren zum betreiben einer solchen speichereinrichtung

Legal Events

Date Code Title Description
R005 Application deemed withdrawn due to failure to request examination