DE102013201572A1 - Novel construction of a Jelly Roll battery cell - Google Patents

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Abstract

Batteriezelle (2), aufweisend eine leitfähige Trägerschicht (8); wobei die Trägerschicht (8) eine Akkumulatormaterial-Beschichtung (10) aufweist; und wobei die Batteriezelle (2) als eine Jelly Roll-Batteriezelle ausgebildet ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Akkumulatormaterial-Beschichtung (10) der Trägerschicht nichtdurchgängig (12) ausgebildet ist.Battery cell (2), having a conductive carrier layer (8); wherein the carrier layer (8) has a battery material coating (10); and wherein the battery cell (2) is designed as a jelly roll battery cell; characterized in that the accumulator material coating (10) of the carrier layer is not continuous (12).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Akkumulatortechnologie. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen neuartigen Aufbau einer Batteriezelle. Weiter insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Batteriezelle, ein Akkumulatorsystem für ein Transportmittel sowie ein Transportmittel, insbesondere Automobil, weiter insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug. The present invention relates to accumulator technology. In particular, the present invention relates to a novel structure of a battery cell. Further particularly, the present invention relates to a battery cell, an accumulator system for a means of transport and a means of transport, in particular automobile, more particularly electric or hybrid vehicle.

Stand der Technik State of the art

Herkömmliche Batterie- bzw. Akkumulatorzellen weisen unterschiedliche Bauformen auf. Eine mögliche Bauform ist die Ausgestaltung als sogenannte Jelly Roll. Conventional battery cells have different designs. One possible design is the design as a so-called jelly roll.

Hierbei wird eine flexible Trägerschicht mit einer Akkumulatormaterial-Beschichtung versehen und nachfolgend rollenförmig aufgerollt. Die Trägerschicht kann hierbei eine metallische Trägerschicht, insbesondere ausgebildet als eine Kupferfolie oder Aluminiumfolie sein. Die unterschiedlichen Trägerschichten der Batteriezelle ergeben im gerollten Aufbau, insbesondere nach Durchtränkung mit Elektrolyt, die Anschlusspole der fertigen Batteriezelle. In einer herkömmlichen Batteriezelle sind dabei regelmäßig zumindest eine Kupferfolie sowie eine Aluminiumfolie mit zwischenliegender Akkumulatormaterial-Beschichtung vorgesehen, die nachfolgend rollenförmig verarbeitet werden. In this case, a flexible carrier layer is provided with an accumulator material coating and subsequently rolled up in a roll shape. The carrier layer may in this case be a metallic carrier layer, in particular formed as a copper foil or aluminum foil. The different carrier layers of the battery cell result in the rolled-up structure, in particular after impregnation with electrolyte, the terminal poles of the finished battery cell. In a conventional battery cell, at least one copper foil and an aluminum foil with an intermediate accumulator material coating are regularly provided, which are subsequently processed in a roll shape.

Herkömmlich wird die Akkumulatormaterial-Beschichtung, auch genannt Pastendruck, großflächig über die gesamte Trägerschicht aufgebracht. Die Akkumulatormaterial-Beschichtung weist dabei somit einen im Wesentlichen einstückigen bzw. durchgehenden Aufbau je Batteriezelle auf. Conventionally, the accumulator material coating, also called paste printing, is applied over a large area over the entire carrier layer. The accumulator material coating thus has an essentially one-piece or continuous structure per battery cell.

Bekannte Batteriezellen könne hierbei einen kreisrunden Querschnitt aufweisen, jedoch auch, je nach gewünschtem Einsatzszenario, einen im Wesentlichen ovalen Querschnitt bzw. eine O-Form aufweisen, wobei eine Seite meist länger, insbesondere signifikant, länger als die andere Seite ausgebildet ist. Known battery cells may in this case have a circular cross section, but also, depending on the desired application scenario, have a substantially oval cross-section or an O-shape, wherein one side is usually longer, especially significant, longer than the other side.

Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines neuartigen Aufbaus einer Batteriezelle, insbesondere einer Jelly Roll-Batteriezelle. One aspect of the present invention is the provision of a novel construction of a battery cell, in particular a Jelly Roll battery cell.

Demgemäß wird eine Batteriezelle, ein Akkumulatorsystem für ein Transportmittel sowie ein Transportmittel, insbesondere Automobil, weiter insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug gemäß den unabhängigen Ansprüchen angezeigt. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Accordingly, a battery cell, a storage battery system for a means of transport and a means of transport, in particular automobile, further in particular electric or hybrid vehicle according to the independent claims is displayed. Preferred embodiments will be apparent from the dependent claims.

Insbesondere im Falle, dass eine Jelly Roll-Batteriezelle mit einem ovalen oder o-förmigen Querschnitt ausgeführt ist, sorgt die Akkumulatormaterial-Beschichtung insbesondere an der Stirnseite des Ovals, welche kleiner ausgeführt ist, aufgrund des dort auftretenden Biegeradius und des Materials der Akkumulatormaterial-Beschichtung auf der Trägerschicht dafür, dass dieser Randbereich, welcher für die Energiespeicher- und Energielieferfunktion der Batteriezelle im Wesentlichen vernachlässigbar ist, nicht eckig ausgeführt werden kann, sondern noch immer eine gewisse Rundung aufweisen muss. In particular, in the case that a Jelly Roll battery cell is designed with an oval or O-shaped cross-section, the accumulator material coating ensures in particular at the end of the oval, which is made smaller, due to the bending radius occurring there and the material of the accumulator material coating on the carrier layer that this edge region, which is essentially negligible for the energy storage and energy supply function of the battery cell, can not be executed angular, but still must have a certain rounding.

Unter Akkumulatormaterial-Beschichtung ist im Weitern im Wesentlichen ein Kathoden- /Anoden-Aktivmaterial zu verstehen. Under Akkumulatormaterial coating is further to be understood essentially a cathode / anode active material.

Durch diese gezwungene Rundung ergeben sich Toträume um die Batteriezelle, insbesondere bei Verwendung eines im Wesentlichen rechteckigen Gehäuses, welche unnötigerweise mit Elektrolytmaterial befüllt werden müssen. Es ist somit in der Batteriezelle mehr Elektrolytmaterial als für die reine Funktion benötigt vorzusehen. Meist werden auch mehrere ovale Batteriezellen nebeneinander in ein rechteckiges Gehäuse eingebracht, wodurch aufgrund der zuvor beschriebenen Rundungen der kurzen Seiten des Ovals die genannten Toträume entstehen, welche mit Elektrolyt aufgefüllt werden müssen. This forced rounding results in dead spaces around the battery cell, especially when using a substantially rectangular housing, which must be unnecessarily filled with electrolyte material. It is thus provided in the battery cell more electrolyte material than needed for pure function. In most cases, several oval battery cells are placed side by side in a rectangular housing, which due to the above-described curves of the short sides of the oval, the said dead spaces arise, which must be filled with electrolyte.

Eine erfindungsgemäße Batteriezelle weist nun eine nicht durchgängige Akkumulatormaterial-Beschichtung der Trägerschicht auf. Insbesondere die Bereiche der Trägerschicht, welche nach Ausbildung der Jelly Roll im Bereich der kurzen Seite des Ovals angeordnet sind, können dabei ausgespart werden. Eine solche Aussparung an Akkumulatormaterial-Beschichtung stellt dabei einen Radienbereich bereit, welcher aufgrund der fehlenden Akkumulatormaterial-Beschichtung flexibler und dünner ausgebildet ist. Somit können Trägerschichten in diesem Radienbereich der kurzen Ovalseite platzsparend aufeinandergelegt, insbesondere „eckig“ verformt werden, wodurch sich der Platz zwischen einem rechteckigen Gehäuse und der Jelly Roll-Batteriezelle effizienten ausnützen lässt. A battery cell according to the invention now has a non-continuous accumulator material coating of the carrier layer. In particular, the areas of the carrier layer, which are arranged after formation of the jelly roll in the region of the short side of the oval, can be recessed. Such a recess of accumulator material coating thereby provides a radius region, which is made more flexible and thinner due to the lack of accumulator material coating. Thus, carrier layers in this radius region of the short oval side can be stacked in a space-saving manner, in particular "square", whereby the space between a rectangular housing and the Jelly Roll battery cell can be efficiently utilized.

Insbesondere reduziert sich aufgrund der eckig ausgestalteten kurzen Ovalseiten ein auftretender Totraum, insbesondere zwischen Gehäuse und Batteriezelle, was zu einer Reduzierung der vorzusehenden Elektrolytmenge führt. Die Batteriezelle mag somit bei gleicher Kapazität kleiner ausfallen, alternativ kann ein bestehendes Gehäuse mit einer geeignet vergrößerten Batteriezelle mit erhöhter Kapazität versehen sein. Auch ergibt sich eine Kosteneinsparung aufgrund der reduzierten Elektrolytmenge. In particular, owing to the angularly configured short oval sides, an occurring dead space is reduced, in particular between the housing and the battery cell, which leads to a reduction of the quantity of electrolyte to be provided. The battery cell may thus be smaller for the same capacity, alternatively, an existing housing may be provided with a suitably enlarged battery cell with increased capacity. Also results in a cost savings due to the reduced amount of electrolyte.

Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigen Show it

1a–c einen exemplarischen Aufbau einer Batteriezelle gemäß der vorliegenden Erfindung; und 1a C shows an exemplary construction of a battery cell according to the present invention; and

2 einen exemplarischen Aufbau eines Akkumulatorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung. 2 an exemplary construction of an accumulator system according to the present invention.

Weiter Bezug nehmend auf 1a–c wird ein exemplarischer Aufbau einer Batteriezelle gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Further referring to 1a Figure -c shows an exemplary construction of a battery cell according to the present invention.

1a zeigt eine Trägerschicht 8, welche beispielsweise aus Metall, z.B. aus Aluminium oder Kupfer bestehen, insbesondere als Aluminiumfolie oder Kupferfolie ausgeführt sein kann. Auf die Trägerschicht aufgebracht wird eine Akkumulatormaterial-Beschichtung 10, welche nichtdurchgängig ausgebildet ist und insbesondere nichtdurchgängige Bereiche 12 zwischen den einzelnen Beschichtungsbereichen 10 aufweist. Die genaue Dimensionierung der Größe der Beschichtungsbereiche 10, der nichtbeschichteten Bereiche 12 sowie die jeweilige Abfolge der Bereiche ist einer konkreten Ausgestaltung einer Batteriezelle geschuldet. Insbesondere hängen diese von einer beabsichtigten Wicklung der Batteriezelle ab. 1a shows a carrier layer 8th , which may be made of metal, for example of aluminum or copper, for example, may be designed in particular as aluminum foil or copper foil. Applied to the carrier layer is an accumulator material coating 10 , which is not formed consistently and in particular non-continuous areas 12 between the individual coating areas 10 having. The exact dimensioning of the size of the coating areas 10 , the uncoated areas 12 as well as the respective sequence of the areas is due to a specific embodiment of a battery cell. In particular, these depend on an intended winding of the battery cell.

Die im Wesentlichen plane Trägerschicht 8 gemäß 1a wird nachfolgend gemäß 1b aufgerollt und somit als Jelly Roll-Batteriezelle 2 ausgebildet. 1b zeigt exemplarisch eine im Wesentlichen ovale Form bzw. O-Form 14 mit einer langen Seite 16 sowie einer kurzen Seite 18. Akkumulatormaterial-Beschichtung 10 ist dabei im Wesentlichen ausschließlich derart auf der Trägerschicht 8 aufgebraucht, so dass die Akkumulatormaterial-Beschichtung 10 nach Rollung der Batteriezelle 2 im Bereich der langen Seite 16 auftritt. Im Bereich der kurzen Seite 18 wiederum ist im Wesentlichen keine Beschichtung 12 vorgesehen. The essentially planar carrier layer 8th according to 1a will be described below 1b rolled up and thus as a Jelly Roll battery cell 2 educated. 1b shows an example of a substantially oval shape or O-shape 14 with a long side 16 as well as a short page 18 , Accumulator material coating 10 is essentially exclusively on the carrier layer 8th used up, leaving the accumulator material coating 10 after rolling the battery cell 2 in the area of the long side 16 occurs. In the area of the short side 18 again, essentially, there is no coating 12 intended.

Das normalerweise durch Akkumulatormaterial-Beschichtung 10 auf der langen Seite 16 benötigte Volumen zwischen zwei Lagen der Trägerschicht 8 bzw. verschiedenen Trägerschichten 8 stellt sich auf der kurzen Seite 18 als im Wesentlichen freier Raum dar. Dadurch kann das Trägerelement 8 auf den kurzen Seiten 18 kompaktiert, gemäß 1c „eckig“ geformt werden, wodurch sich aus der Ovalform bzw. O-Form 14 eine im Wesentlichen Rechteckform 26 ergibt. This is usually due to accumulator material coating 10 on the long side 16 required volume between two layers of the carrier layer 8th or different carrier layers 8th turns on the short side 18 as essentially free space. This allows the carrier element 8th on the short sides 18 compacted, according to 1c Be formed "angular", resulting in the oval shape or O-shape 14 a substantially rectangular shape 26 results.

Aufgrund des Kompaktierens der Trägerschichten 8 an den kurzen Seiten 18 ergibt sich der eckige Bereich 20, wobei gleichzeitig der dortige Freiraum reduziert wird. Gegenüber der Form der 1b weist somit die Form der 1c eine Längeneinsparung 22 auf. Diese ermöglicht, die Baugröße eines Akkumulatorsystems 24 zu reduzieren oder alternativ die Kapazität eines Akkumulatorsystems 24 bei gleichbleibender Baugröße zu erhöhen. Due to the compacting of the carrier layers 8th on the short sides 18 results in the angular area 20 , while at the same time the local space is reduced. Opposite the shape of the 1b Thus, the shape of the 1c a length saving 22 on. This allows the size of a rechargeable battery system 24 or alternatively reduce the capacity of an accumulator system 24 to increase at the same size.

Weiter Bezug nehmend auf 2 wird ein exemplarischer Aufbau eines Akkumulatorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Further referring to 2 An exemplary construction of an accumulator system according to the present invention is illustrated.

2 zeigt den exemplarischen Aufbau eines Akkumulatorsystems 24 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Akkumulatorsystem 24 weist ein im Wesentlichen rechteckiges Gehäuse 4 auf, welches an zwei Seiten jeweils einen Stromkollektor 6 aufweist, der die exemplarisch 4 Batteriezellen der 2 parallel verbindet und nach außen führt. 2 shows the exemplary construction of an accumulator system 24 according to the present invention. The accumulator system 24 has a substantially rectangular housing 4 on, which on two sides in each case a current collector 6 comprising the exemplary 4 battery cells of 2 connects in parallel and leads to the outside.

Aufgrund der eckigen Ausgestaltung des Gehäuses 4 weisen Batteriezellen 2, welche gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind, einen reduzierten Totraum aufgrund der verbesserten rechteckigen Ausgestaltung 26 auf. Dadurch benötigt Gehäuse 4 weniger Elektrolytmaterial zur Füllung. Due to the angular design of the housing 4 have battery cells 2 , which are formed according to the present invention, a reduced dead space due to the improved rectangular configuration 26 on. This requires housing 4 less electrolyte material for filling.

Claims (8)

Batteriezelle (2), aufweisend eine leitfähige Trägerschicht (8); wobei die Trägerschicht (8) eine Akkumulatormaterial-Beschichtung (10) aufweist; und wobei die Batteriezelle (2) als eine Jelly Roll-Batteriezelle ausgebildet ist; dadurch gekennzeichnet, dass dass die Akkumulatormaterial-Beschichtung (10) der Trägerschicht nichtdurchgängig (12) ausgebildet ist. Battery cell ( 2 ), comprising a conductive carrier layer ( 8th ); wherein the carrier layer ( 8th ) an accumulator material coating ( 10 ) having; and wherein the battery cell ( 2 ) is formed as a Jelly Roll battery cell; characterized in that the accumulator material coating ( 10 ) of the carrier layer is non-continuous ( 12 ) is trained. Batteriezelle gemäß Anspruch 1, wobei die Batteriezelle (2) eine ovale, O-förmige bzw. rechteckige Rollenform (14, 26) mit zwei ersten Seiten (16) und zwei zweiten Seiten (18) aufweist; wobei die nichtdurchgängige Akkumulatormaterial-Beschichtung (10) im Bereich einer der ersten und der zweiten Seiten (16, 18) angeordnet ist. Battery cell according to claim 1, wherein the battery cell ( 2 ) an oval, O-shaped or rectangular roll form ( 14 . 26 ) with two first pages ( 16 ) and two second pages ( 18 ) having; the non-continuous accumulator material coating ( 10 ) in the area of one of the first and second pages ( 16 . 18 ) is arranged. Batteriezelle gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die Trägerschicht (8) als eine Folienträgerschicht ausgebildet ist. Battery cell according to one of claims 1 or 2, wherein the carrier layer ( 8th ) is formed as a film support layer. Batteriezelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Trägerschicht (8) als eine metallische Trägerschicht ausgebildet ist, insbesondere aus Aluminium oder Kupfer ausgebildet ist. Battery cell according to one of claims 1 to 3, wherein the carrier layer ( 8th ) is formed as a metallic carrier layer, in particular made of aluminum or copper. Batteriezelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, aufweisend zumindest zwei Trägerschichten (8); wobei die zumindest zwei Trägerschichten (8) parallel ineinander gerollt in der Jelly Roll-Batteriezelle (2) angeordnet sind. Battery cell according to one of claims 1 to 4, comprising at least two carrier layers ( 8th ); wherein the at least two carrier layers ( 8th ) parallel to each other in the Jelly Roll battery cell ( 2 ) are arranged. Akkumulatorystem (24) für ein Transportmittel; aufweisend ein Gehäuse (4), und zumindest eine Batteriezelle (2) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche. Accumulator system ( 24 ) for a means of transport; comprising a housing ( 4 ), and at least one battery cell ( 2 ) according to one of the preceding claims. Akkumulatorystem (24) gemäß Anspruch 6; wobei das Gehäuse (4) ausgebildet ist als ein rechteckiges Gehäuse (4); und wobei die zumindest eine Batteriezelle (2) im Wesentlichen rechteckig (26) ausgebildet ist. Accumulator system ( 24 ) according to claim 6; the housing ( 4 ) is formed as a rectangular housing ( 4 ); and wherein the at least one battery cell ( 2 ) substantially rectangular ( 26 ) is trained. Transportmittel, insbesondere Automobil, weiter insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug, aufweisend eine Batteriezelle (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 und/oder ein Akkumulatorsystem (24) gemäß Anspruch 6 oder 7. Means of transport, in particular automobile, furthermore in particular electric or hybrid vehicle, comprising a battery cell ( 2 ) according to one of claims 1 to 5 and / or an accumulator system ( 24 ) according to claim 6 or 7.
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