DE102012214951A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Deaktivierung einer defekten, beschädigten und/oder nicht transportsicheren Lithium-Ionen-Batterie - Google Patents

Vorrichtung und Verfahren zur Deaktivierung einer defekten, beschädigten und/oder nicht transportsicheren Lithium-Ionen-Batterie Download PDF

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Ulrich Lange
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Samsung SDI Co Ltd
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Abstract

Es wird eine Vorrichtung zur Deaktivierung einer defekten, beschädigten und/oder nicht transportsicheren Lithium-Ionen-Batterie (10) mit mindestens zwei Zellen (11) beschrieben. Kennzeichnend ist, dass in einem Sicherheitsbehälter (12) die Lithium-Ionen-Batterie (10) sowie Metallstäbe (13) zum Durchstechen der Zelle (11) der Lithium-Ionen-Batterie (10) derart angeordnet sind, dass die Metallstäbe (13) beim Durchstechen der Zelle (11) einen internen Kurzschluss realisieren. Ferner wird ein Verfahren zur Deaktivierung von Lithium-Ionen-Batterien (10) beschrieben.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Deaktivierung einer defekten, beschädigten und/oder nicht transportsicheren Lithium-Ionen-Batterie mit mindestens zwei prismatischen Zellen. Die Lithium-Ionen-Batterie ist dabei in einem Sicherheitsbehälter und die Zellen der Lithium-Ionen-Batterie werden von Metallstäben durchgestochen, sodass ein interner Kurzschluss realisiert wird.
  • Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Deaktivierung von Lithium-Ionen-Batterien, welches zum Ausführen der erfindungsgemäßen Erfindung dient.
  • Stand der Technik
  • Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie Windkraftanlagen, in Kraftfahrzeugen, die als Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeuge ausgelegt sind, als auch bei Elektronikgeräten, wie Laptops oder Mobiltelefonen, neue Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden, an die sehr hohe Anforderungen bezüglich Zuverlässigkeit, Sicherheit, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer gestellt werden. Der Lithium-Ionen-Batterie wird eine Schlüsselrolle für die Elektrifizierung des Antriebssystems zugesprochen.
  • Die nominale Kapazität einer Lithium-Ionen-Batteriezelle im Bereich der automobilen Anwendung liegt etwa zwischen 3 und 300 Ah. Einzelne Batteriezellen können zudem entweder in Serie oder parallel zu Modulen (etwa 3 bis 12 Batteriezellen) und schließlich zu einem Batteriepack, bestehend aus mehreren Modulen, verschaltet werden. Der modulare Aufbau eines Batteriepacks bietet den Vorteil, dass defekte Module ausgetauscht werden können.
  • In 1 ist beispielhaft und nicht beschränkend der Grundaufbau einer Batterie 100 nach dem Stand der Technik gezeigt. Die erfindungsgemäße Batterie 100 weist prinzipiell den gleichen Grundaufbau auf. 1 zeigt, wie einzelne Batteriezellen 110 zu Batteriemodulen 120 und dann zu Batterien 100 zusammengefasst werden können. Dies erfolgt durch eine nicht dargestellte Parallel- oder Reihenschaltung der Pole der Batteriezellen 110. Dabei besteht per Definition ein Batteriemodul 120 beziehungsweise eine Batterie 100 aus mindestens zwei Batteriezellen 110, wobei die Begriffe Batterie 100 und Batteriemodul 120 oft synonym verwendet werden. Die elektrische Spannung einer Batterie 100 beträgt beispielsweise zwischen 12 und 750 Volt Gleichspannung. Mehrere Batteriemodule 120 sind jeweils in einer Sub-Unit 130 angeordnet. Und mehrere Sub-Units 130 bilden hier die Batterie 100. Zur Fixierung werden die Batteriemodule 120 miteinander verspannt.
  • Es ist auch möglich, dass die Batterie 100 lediglich eine einzige Sub-Unit 130 oder nur ein einziges Batteriemodul 120 umfasst.
  • In Fahrzeugen mit zumindest teilweisem elektrischen Antrieb kommen elektrische Energiespeicher zum Einsatz, um die elektrische Energie für den Elektromotor, welcher den Antrieb unterstützt bzw. als Antrieb dient, zu speichern. In den Fahrzeugen der neuesten Generation finden hierbei sogenannte Lithium-Ionen-Batterien Verwendung. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten und eine äußerst geringe Selbstentladung aus. Lithium-Ionen-Zellen besitzen mindestens eine positive und eine negative Elektrode (Kathode bzw. Anode), die Lithium-Ionen (Li+) reversibel ein-(Interkalation) oder wieder auslagern (Deinterkalation) können.
  • Aufgrund der relativ hohen Energiedichte werden Lithium-Ionen-Batterien vielfältig eingesetzt. Prädestiniert für ein breites Einsatzgebiet von Applikationen ist die Lithium-Ionen-Technologie. Sie zeichnet sich unter anderem durch hohe Energiedichte und eine äußerst geringe Selbstentladung aus.
  • Lithium-Ionen-Batteriezellen bestehen aus mindestens einer negativen Elektrode (Anode) und einer positiven Elektrode (Kathode). Neben einem Binder oder Leitzusätzen besteht die negative Elektrode aus Materialien wie Graphit, amorphem Kohlenstoff, Lithiumtitanat Li4Ti5O12 oder einer Li-Legierung wie beispielsweise LiAI, Li4.4Sn und Li4.4Si. Die positive Elektrode besteht, neben einem Binder und Leitzusätzen, aus Oxiden wie beispielsweise LiCoO2 und LiMn2O4 oder Phosphaten wie zum Beispiel LiFePO4 oder LiNiPO4. Beim Laden beziehungsweise Entladen der Batteriezelle werden Lithium-Ionen (Li+) an den Elektroden reversibel interkaliert beziehungsweise deinterkaliert.
  • Der Elektrolyt, der in Kontakt mit der Anode und der Kathode steht, besteht in heutigen Systemen aus einer Mischung mehrerer Lösemittel (beispielsweise Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Dimethylcarbonat, Dimethylethylcarbonat und Tetra(ethylenglycol)dimethylether) versetzt mit Additiven (zum Beispiel Vinylencarbonat) und einem Leitsalz. Das am häufigsten verwendete Leitsalz ist LiPF6, wobei auch LiCIO4, LiBF4, LiAsF6 oder Lithiumbisoxalatoborat LiBC4O8 eingesetzt werden können.
  • In automobilen Anwendungen können drei verschiedene Zelldesigns zum Einsatz kommen [Winter et al. – Chem. Rev. 104 (2004) 4245–4269]. Man unterscheidet hier zwischen der Pouch-Zelle, der gewickelten Rundzelle sowie dem prismatischen Zelldesign. In allen drei Ausführungen wird ein metallisches Gehäuse verwendet, das die mechanische Stabilität der Batterie gewährleistet und das Eindringen von Feuchtigkeit verhindern soll.
  • Gemäß ADR (United Nations, 2010) werden Lithium-Ionen-Batterien (Zelle, Modul und Pack) unter UN 3480, Klasse 9, Verpackungsgruppe PG II eingestuft. Ist die Lithium-Ionen-Batterie erfolgreich nach der Vorschrift UN 38.3 („Transport of dangerous goods", United Nations, 5. Auflage 2009) getestet, erfolgt der Transport auf der Straße gemäß ADR SV 188 beziehungsweise 230, ansonsten gemäß ADR SV 310. Dies gilt allerdings nur für neue oder gebrauchte Lithium-Ionen-Batterien, die nicht defekt sind. Ist die Lithium-Ionen-Batterie defekt oder beschädigt beziehungsweise nicht transportsicher, kann der Transport auf der Straße nur gemäß einer Sondergenehmigung nach § 5 GGVSEB erfolgen (Stand August 2011).
  • Daher besteht großes Interesse an Möglichkeiten, defekte oder beschädigte beziehungsweise nicht transportsichere Lithium-Ionen-Batterien in einen sicheren Zustand zu überführen, der einen sicheren und weniger aufwendigen Transport ermöglichen würde. In der Regel muss dafür die Zellspannung, die unter Normalbetrieb einer Lithium-Ionen-Batteriezelle bei ca. 2.7 V bis 4.2 V liegt, auf Werte von etwa 0 V gesenkt werden. Dadurch wird erreicht, dass die Lithium-Ionen-Batterie keine elektrochemische Energie mehr enthält, das heißt, gefährliche Reaktionen wie zum Beispiel der „thermal runaway“ können nicht mehr auftreten.
  • Für dieses sogenannte „Deaktivieren“ besteht bisher nur eine Möglichkeit, die sehr aufwendig und wenig praktikabel ist. Dabei wird die Lithium-Ionen-Batterie durch eine wässrige Salzlösung wie zum Beispiel eine 1 M CaCl2-Lösung deaktiviert. Damit die Salzlösung in die Zelle eindringen kann, muss jede Zelle zuerst geöffnet werden, wobei dies bei einer defekten oder beschädigten beziehungsweise nicht transportsicheren Lithium-Ionen-Batterie gefährlich ist. Ein weiterer Nachteil ist das Anfallen größerer Mengen an Chemikalienabfällen (mit Elektrolyt und Schwermetallionen verunreinigte CaCl2-Lösung), die einen hohen Entsorgungsaufwand darstellen. Die genaue Menge des dabei entstehenden Abfalls kann aufgrund fehlender Erfahrung nur auf etwa 10 Liter Salzlösung pro Modul geschätzt werden. Des Weiteren ist diese Art der Deaktivierung sehr zeitaufwendig, was mehrere Tage dauert, und schwer vor Ort durchzuführen ist, beispielsweise an einer Unfallstelle.
  • Die DE 60 2005 001 937 T2 offenbart ein Verfahren zur hydrometallurgischen Behandlung von Zellen und Batterien, das mindestens eine Anode auf Lithiumbasis, ein in einem Elektrolyten gelöstes Salz und eine Kathode aufweist, die mindestens ein Metall oder eine Verbindung aus Metallen umfasst, die aus Kobalt, Nickel, Mangan und Eisen ausgewählt sind, um die wiederverwertbaren Fraktionen rückzugewinnen. Weiterhin umfasst das Verfahren eine Trockenzerkleinerung bei Umgebungstemperatur unter inerter Atmosphäre, eine Behandlung durch mindestens Magnettrennung und Tischausleser, gefolgt von einer wässrigen Hydrolyse, um zumindest das Lithium in Form von Karbonat oder Lithiumphosphat, ein Anion des genannten Salzes des Elektrolyten und ein Konzentrat auf Basis mindestens eines Metalls der genannten Kathode rückzugewinnen.
  • Aus der US 5882811 A ist ein Verfahren zur Gewinnung von Informationen von Lithiumzellen bekannt, die folgende Schritte umfasst: Schneiden oder Bohren einer Lithium-Zelle, was mindestens eine negative Elektrode eines aktiven Materials umfasst, einen Separator, eine positive Elektrode aus aktivem Material, eine Elektrolytlösung, einen Kollektor und ein Zellgehäuse in einer Entzündung verhindernden Vorrichtung; Waschen der Lithiumzelle mit einem organischen Lösungsmittel, die dadurch geöffnet wird, um damit die elektrolytische Lösung zurückzugewinnen. Dieses Verfahren macht das Recyceln der Lithiumzellen einfacher.
  • Die US 8067107 B2 zeigt ein Verfahren zum Aufarbeiten eines Lithium enthaltenden Energiespeichers und/oder offenbart eine Umwandlungsvorrichtung, wobei der Energiespeicher und/oder die Umwandlungsvorrichtung Elektroden und einen Elektrolyt umfasst, und wobei das Verfahren im Wesentlichen das Entfernen des Elektrolyten aus dem Energiespeicher und/oder der Umwandlungsvorrichtung, Entfernen der Abfallprodukte von den Oberflächen der Elektroden umfasst, und das Hinzufügen einer neuen Menge an Elektrolyten zum Energiespeicher und/oder Umwandlungsvorrichtung.
  • Die US 6844103 B2 offenbart eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Gewinnung von Lithiumcobaltoxid aus verbrauchten Lithium-Batterien. Das Verfahren zur Rückgewinnung von Lithiumcobaltoxid umfasst die folgenden Schritte: Trennen der Anoden durch den Abbau der verbrauchten Lithiumbatterien; Erhalten von Lithiumcobaltoxid durch Umsetzen der Anoden mit einer starken alkalischen Lösung unter einer hydrothermalen Bedingung; Abkühlen des Lithiumcobaltoxids, um zu kristallisieren; und Reinigung des synthetisierten Lithiumcobaltoxids, um Fremdkörper zu entfernen.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Ein oder mehrere Probleme des Standes der Technik werden durch die vorliegende Erfindung behoben oder zumindest gemindert. Erfindungsgemäß wird eine Vorrichtung zur Deaktivierung einer defekten, beschädigten und/oder nicht transportsicheren Lithium-Ionen-Batterie mit mindestens zwei Zellen zur Verfügung gestellt.
  • Kennzeichnend ist, dass in einem Sicherheitsbehälter die Lithium-Ionen-Batterie sowie Metallstäbe zum Durchstechen der Zelle der Lithium-Ionen-Batterie derart angeordnet sind, dass die Metallstäbe beim Durchstechen der Zelle einen internen Kurzschluss realisieren.
  • In der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei der Batterie um eine Lithium-Ionen-Batterie. Durch die Verwendung der Lithium-Ionen-Technologie können besonders hohe Energiespeicherdichten erzielt werden, was besonders im Bereich der Elektromobilität zu weiteren Vorteilen führt.
  • Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass gemäß der vorliegenden Erfindung eine Möglichkeit zur sicheren Deaktivierung von Lithium-Ionen-Batterien bereitgestellt wird, die mobil einsetzbar ist und bei der nur geringe Mengen Gefahrgut beziehungsweise nicht recyclebarer Chemieabfälle entstehen. Mit anderen Worten, die Deaktivierung von Lithium-Ionen-Batterien wird sicherer und einfacher.
  • Ein Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass durch diese Deaktivierung von Lithium-Ionen-Batterien die Zellen der Lithium-Ionen-Batterie nicht geöffnet werden müssen und dadurch auch die Verletzungsgefahr verhindert wird.
  • Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist, dass durch diese Deaktivierung von Lithium-Ionen-Batterien keine größeren Mengen an Chemieabfällen anfallen, wie beispielsweise mit Elektrolyt und Schwermetallionen verunreinigte CaCl2-Lösung, die einen hohen Entsorgungsaufwand darstellen.
  • Zudem ist vorteilhaft, dass diese Art der Deaktivierung einfach und auch vor Ort, zum Beispiel an einer Unfallstelle, durchgeführt werden kann. Weiterhin wird vorteilhaft die Komplexität reduziert.
  • Ein weiterer Vorteil ist, dass die Deaktivierung in einem geschlossenen Sicherheitsbehälter unter Abluft stattfindet. Das Material des Sicherheitsbehälters ist vorzugsweise Kunststoff oder Metall. Der Vorteil dabei ist, dass ausreichend hohe Feuer- und Druckbeständigkeit vorhanden ist, sodass sich für die Umgebung kein Risiko ergibt. Des Weiteren müssen die Zellen nicht per Hand positioniert werden, sondern können durch zum Beispiel einen Roboterarm platziert werden.
  • Nach einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist der Sicherheitsbehälter mobil einsetzbar ausgebildet. Dadurch kann vorteilhaft eine Deaktivierung vor Ort, beispielsweise an einem Unfallort, durchgeführt werden.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Sicherheitsbehälter eine Deckplatte mit einem Abluftkanal aufweist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Abluftkanal Filter und/oder Kühlfallen aufweist. Dadurch können vorteilhaft entstehende Gase in Kühlfallen oder Filtern aufgefangen werden.
  • In einer besonderen Ausführungsform der Erfindung ist weiterhin vorgesehen, dass der Sicherheitsbehälter eine Vorderplatte mit einer durchsichtigen Öffnungsklappe aufweist. Der Vorteil dabei ist, dass die Deaktivierung der Lithium-Ionen-Batterie beobachtet werden kann und zudem die Öffnungsklappe sicher verschließbar ist.
  • Alternativ ist mit Vorteil vorgesehen, dass der Sicherheitsbehälter eine Seitenplatte mit einem Abflusskanal und einen Ablauf aufweist. Dadurch kann vorteilhaft flüssig austretende Chemikalie auslaufen und gemäß den Vorschriften gesammelt werden.
  • Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist der Sicherheitsbehälter eine Grundplatte mit Fixierungselementen zum Fixieren der Lithium-Ionen-Batterie auf. Der Vorteil dabei ist, dass die Lithium-Ionen-Batterie mit der Grundplatte fixiert werden kann.
  • Ein weiterer Vorteil ist, dass der Sicherheitsbehälter einen kühlbaren Boden aufweist. Dadurch wird vorteilhaft verhindert, dass eine gefährliche Zellreaktion ausgelöst wird.
  • Ein weiterer Vorteil ist, dass der Sicherheitsbehälter eine Untereinheit aufweist, die elektrolytbeständig ist. Dadurch wird vorteilhaft der Elektrolyt, der aus der Zelle fließt, aufgefangen.
  • Weiterhin vorteilhaft ist, dass der Boden der Untereinheit zum Abflusskanal abgeschrägt ist. Dadurch können vorteilhaft die Chemikalien sicher nach außen geleitet werden.
  • Ein weiterer Vorteil ist, dass die Metallstäbe mit einer Kühlung verbunden sind. Dadurch, dass die Metallstäbe in die Zelle eingestochen werden, wird vorteilhaft durch die Kühlung eine gefährliche Zellreaktion verhindert.
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Deaktivierung von Lithium-Ionen-Batterien, umfassend den Schritt des Durchstechens einer oder mehrerer Metallstäbe in die Zellen, sodass dadurch ein interner Kurzschluss realisiert wird und die Zellspannung abgesenkt wird.
  • Das Verfahren hat den Vorteil, dass vor dem Durchstechen ein Entladen der defekten und/oder beschädigten und/oder nicht transportsicheren Lithium-Ionen-Batterie durch einen externen Kurzschluss der Kontakte der Lithium-Ionen-Batterie über einen definierten von außen angeschlossenen Widerstand realisiert wird, wobei dadurch die Zellspannung der Lithium-Ionen-Batterie in einen Bereich zwischen 0 V bis 2,7 V abgesenkt wird.
  • Ein weiterer Vorteil des Verfahrens ist, dass eine Temperatur der Zellen und der Metallstäbe unterhalb von 100 C realisiert wird. Damit wird vorteilhaft die Zersetzung des Elektrolyten oder des Kathodenmaterials verhindert.
  • Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.
  • Zeichnungen
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 einen Grundaufbau einer Batterie nach dem Stand der Technik,
  • 2 eine schematische Darstellung der Außenansicht des erfindungsgemäßen Sicherheitsbehälters, und
  • 3 eine schematische Darstellung der Innenansicht des erfindungsgemäßen Sicherheitsbehälters.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1 wurde bereits in dem Abschnitt zum Stand der Technik beschrieben.
  • 2 zeigt eine schematische Darstellung der Außenansicht des erfindungsgemäßen Sicherheitsbehälters 12. Der Sicherheitsbehälter 12 weist eine Deckplatte 14 auf. Auf dieser Deckplatte 14 ist ein Abluftkanal 15 eingebaut, wodurch Chemikalien durch den Filter und/oder Kühlfallen aufgefangen werden. Die Deaktivierung der Lithium-Ionen-Batterie 10 findet in dem geschlossenen Sicherheitsbehälter 12 unter Abluft statt.
  • Des Weiteren weist der Sicherheitsbehälter 12 eine Vorderplatte 16 auf, auf der eine Öffnungsklappe 17 eingebaut ist. Die Öffnungsklappe 17 ist vorzugsweise durchsichtig und sicher verschließbar. In die Seitenplatte 18 ist ein Abflusskanal 19 eingebaut, damit der Elektrolyt durch diesen Abflusskanal 19 nach außen geleitet werden kann. Das Material des Sicherheitsbehälters 12 ist vorzugsweise aus Kunststoff und/oder Metall. Entscheidend ist eine ausreichend hohe Feuerbeständigkeit und Druckbeständigkeit des Sicherheitsbehälters 12, sodass flüssige austretende Chemikalien ablaufen und gemäß den Vorschriften gesammelt werden können. Zudem weist der Sicherheitsbehälter 12 eine Grundplatte 20 auf. Der Sicherheitsbehälter 12 ist dabei mobil einsetzbar.
  • 3 zeigt eine schematische Darstellung der Innenansicht des erfindungsgemäßen Sicherheitsbehälters 12. Die Innenansicht des Sicherheitsbehälters 12 zeigt eine Grundplatte 20 mit Fixierungselementen 21. Diese Fixierungselemente 21 dienen für die Fixierung der Lithium-Ionen-Batterie 10 auf der Grundplatte 20. Weiterhin zeigt die 3 Metallstäbe 13, die zum Durchstechen der Zellen 11 dienen. Die 3 zeigt zudem einen Ablauf 22, einen Boden 23 und eine Untereinheit 24. Der Elektrolyt, der durch das Durchstechen der Zellen 11 ausläuft, fließt durch den Ablauf 22 in die Untereinheit 24 und wird von der Untereinheit 24 aufgefangen und durch den Abflusskanal 19 nach außen geleitet.
  • Die defekte, beschädigte beziehungsweise nicht transportsichere Lithium-Ionen-Batterie 10 wird zuerst durch einen externen Kurzschluss über einen definierten Widerstand entladen. Nach dem Entladen der Lithium-Ionen-Batterie 10 liegt die Zellspannung bei Werten zwischen 0 V und etwa 2,7 V. Wichtig ist dabei, dass die Lithium-Ionen-Batterie 10 im Anschluss nicht mehr geladen werden darf. Beim Entladen der Lithium-Ionen-Batterie 10 bis zu einer Zellspannung von etwa 0 V bis etwa 2,7 V können sich in der Zelle 11 Mn2+-Ionen und Cu2+-Ionen bilden, die beim erneuten Laden der Lithium-Ionen-Batterie 10 zu Kurzschlüssen und damit zu gefährlichen Zellreaktionen führen können.
  • Anschließend wird die Lithium-Ionen-Batterie 10 durch einen kontrollierten internen Kurzschluss komplett deaktiviert. Dieser Schritt muss in jedem Fall durchgeführt werden, unabhängig davon, ob die Lithium-Ionen-Batterie 10 davor entladen werden konnte oder nicht. Dabei werden eine oder mehrere Metallstäbe 13 durch die Lithium-Ionen-Batterie 10 gestochen, sodass ein interner Kurzschluss entsteht, der zu einer vollständigen Deaktivierung der Zelle führt. Das bedeutet, dass die Zellspannung 0 V beträgt.
  • Die Zelle 11 erhitzt sich bei der Deaktivierung nicht zu stark. Die Temperatur der Zelle 11 bleibt unterhalb von 100 °C, damit keine Zersetzung des Elektrolyten oder des Kathodenmaterials stattfinden kann. Dadurch wird also das sogenannte „thermal runaway“ verhindert. Dies wird dadurch erreicht, indem die Zelle 11 gleichzeitig von mehreren Metallstäben 13 durchstochen wird, die einen sehr kleinen Widerstand aufweisen. Die Temperatur der Metallstäbe 13 liegt ebenfalls unterhalb von 100 °C. Um dies zu erreichen, können die Metallstäbe 13 beispielsweise von innen gekühlt werden oder eine ausreichend große Querschnittfläche aufweisen.
  • Da während der Deaktivierung Elektrolyt aus der Zelle 11 austreten kann, muss die Zelle 11 in einer elektrolytbeständigen Untereinheit 24 positioniert und befestigt werden. Der Boden dieser Untereinheit 24 sollte auch zum Abflusskanal 19 hin abgeschrägt sein, sodass flüssige austretende Chemikalien ablaufen und gemäß den entsprechenden Vorschriften gesammelt werden können. Das Material des Sicherheitsbehälters 12 ist vorzugsweise Kunststoff oder Metall. Entscheidend ist eine ausreichend hohe Feuer- und Druckbeständigkeit, sodass sich für die Umgebung kein Risiko ergibt. Die entstehenden Gase können in Kühlfallen oder Filtern aufgefangen werden. Idealerweise müssen die Zellen nicht per Hand positioniert werden, sondern können durch zum Beispiel einen Roboterarm dort platziert werden. Entscheidend ist eine feste Halterung.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 602005001937 T2 [0015]
    • US 5882811 A [0016]
    • US 8067107 B2 [0017]
    • US 6844103 B2 [0018]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • Winter et al. – Chem. Rev. 104 (2004) 4245–4269 [0011]
    • „Transport of dangerous goods“, United Nations, 5. Auflage 2009 [0012]

Claims (15)

  1. Vorrichtung zur Deaktivierung einer defekten, beschädigten und/oder nicht transportsicheren Lithium-Ionen-Batterie (10) mit mindestens zwei Zellen (11), dadurch gekennzeichnet, dass in einem Sicherheitsbehälter (12) die Lithium-Ionen-Batterie (10) sowie Metallstäbe (13) zum Durchstechen der Zellen (11) der Lithium-Ionen-Batterie (10) angeordnet sind derart, dass die Metallstäbe (13) beim Durchstechen der Zellen (11) einen internen Kurzschluss realisieren.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Sicherheitsbehälter (12) mobil einsetzbar ausgebildet ist.
  3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sicherheitsbehälter (12) eine Deckplatte (14) mit einem Abluftkanal (15) aufweist.
  4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Abluftkanal (15) Filter und/oder Kühlfallen aufweist.
  5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sicherheitsbehälter (12) eine Vorderplatte (16) mit einer durchsichtigen Öffnungsklappe (17) aufweist.
  6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sicherheitsbehälter (12) eine Seitenplatte (18) mit einem Abflusskanal (19) und einen Ablauf (22) aufweist.
  7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sicherheitsbehälter (12) eine Grundplatte (20) mit Fixierungselementen (21) zum Fixieren der Lithium-Ionen-Batterie (10) aufweist.
  8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sicherheitsbehälter (12) einen kühlbaren Boden (23) aufweist.
  9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Sicherheitsbehälter (12) eine Untereinheit (24) für das Auffangen des Elektrolyts aufweist und die Untereinheit (24) elektrolytbeständig ist.
  10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Boden der Untereinheit (24) zum Abflusskanal (19) abgeschrägt ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Metallstäbe (13) mit einer Kühlung verbunden sind.
  12. Verfahren zur Deaktivierung von Lithium-Ionen-Batterien (10), umfassend den Schritt des Durchstechens einer oder mehrerer Metallstäbe (13) in die Zellen (11), sodass dadurch ein interner Kurzschluss realisiert wird und die Zellspannung abgesenkt wird.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, wobei vor dem Durchstechen ein Entladen der defekten und/oder beschädigten und/oder nicht transportsicheren Lithium-Ionen-Batterie (10) durch einen externen Kurzschluss der Kontakte der Lithium-Ionen-Batterie (10) über einen definierten von außen angeschlossenen Widerstand realisiert wird, wobei dadurch die Zellspannung der Lithium-Ionen-Batterie (10) in einen Bereich zwischen 0 V bis 2,7 V abgesenkt wird.
  14. Verfahren nach Anspruch 12, wobei eine Temperatur der Zellen (11) unterhalb von 100 °C realisiert wird.
  15. Verfahren nach Anspruch 12, wobei eine Temperatur der Metallstäbe (13) unterhalb von 100 °C realisiert wird.
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