DE102013201888A1 - Electrolyte container, battery cell, motor vehicle and method for producing a battery cell - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektrolytbehälter (100, 200) für eine Batteriezelle, bevorzugt eine Lithium-Ionen-Batteriezelle, eine Batteriezelle (10), ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle und ein Kraftfahrzeug mit einer Batteriezelle. Der erfindungsgemäße Elektrolytbehälter (100, 200) umfasst einen elektrolytdichten Beutel (110), der Elektrolyt (115) einschließt. Der Elektrolytbehälter (100, 200) ist dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytbehälter (100, 200) weiterhin einen elektrolytpermeablen Beutel (120) umfasst, der den elektrolytdichten Beutel (110) umschließt. Der elektrolytpermeable Beutel (120) fängt das Elektrolyt (115) vorübergehend auf, nachdem es aus dem elektrolytdichten Beutel (110) freigesetzt wurde. Die Permeabilität des elektrolytpermeablen Beutels (120) bewirkt dann in vorteilhafter Weise eine langsame und großflächige Freisetzung des Elektrolyts (115) aus dem Elektrolytbehälter (100, 200).The present invention relates to an electrolyte container (100, 200) for a battery cell, preferably a lithium-ion battery cell, a battery cell (10), a method for producing a battery cell and a motor vehicle with a battery cell. The electrolyte container (100, 200) according to the invention comprises an electrolyte-tight bag (110) which includes electrolyte (115). The electrolyte container (100, 200) is characterized in that the electrolyte container (100, 200) further comprises an electrolyte-permeable bag (120) which encloses the electrolyte-tight bag (110). The electrolyte-permeable bag (120) temporarily collects the electrolyte (115) after it has been released from the electrolyte-tight bag (110). The permeability of the electrolyte-permeable bag (120) then advantageously brings about a slow and large-scale release of the electrolyte (115) from the electrolyte container (100, 200).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektrolytbehälter für eine Batteriezelle, bevorzugt eine Lithium-Ionen-Batteriezelle, eine Batteriezelle und ein Kraftfahrzeug mit einer Batteriezelle. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle.The present invention relates to an electrolyte container for a battery cell, preferably a lithium-ion battery cell, a battery cell and a motor vehicle with a battery cell. The present invention further relates to a method for producing a battery cell.

Stand der TechnikState of the art

Durch verbesserte Speicherkapazität, häufigere Wiederaufladbarkeit und höhere Energiedichten finden Batterien, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen basierte Batterien oder Nickelmetallhydrid-Batterien, immer breitere Anwendungen. Lithium-Ionen-Zellen basierte Batterien zeichnen sich unter anderem aus durch hohe Energiedichten und eine äußerst geringe Selbstentladung.With improved storage capacity, more frequent rechargeability, and higher energy densities, batteries such as lithium ion cell based batteries or nickel metal hydride batteries are finding wider and wider applications. Among other things, lithium-ion cell-based batteries are characterized by high energy densities and extremely low self-discharge.

Batterien mit geringerer Energiespeicherkapazität werden zum Beispiel für kleine tragbare elektronische Geräte wie Mobiltelefone, Laptops, Camcorder und dergleichen verwendet, während Batterien mit hoher Kapazität als Energiequelle für den Antrieb von Motoren von Kraftfahrzeugen, beispielsweise Hybrid- oder Elektro-Fahrzeugen, etc. oder als stationäre Batterien Verwendung finden.Batteries with lower energy storage capacity are used, for example, for small portable electronic devices such as mobile phones, laptops, camcorders, and the like, while high capacity batteries are used as the power source for powering engines of automobiles, such as hybrid or electric vehicles, etc. or stationary ones Batteries are used.

Batterien können aus einzelnen Batteriezellen bestehen oder mehrere Batteriezellen umfassen, die seriell und/oder parallel zu einem oder mehreren Batteriemodulen zusammengeschaltet sein können. Umfasst die Batterie mehrere Module, können diese ihrerseits seriell und/oder parallel zur Bildung der Batterie zusammengeschaltet sein. Batteriezellen 10 weisen dabei jeweils ein auch als Kollektorfolienwickel bezeichnetes Elektrodenensemble in einer Elektrolytflüssigkeit auf, wobei das Elektrodenensemble und das Elektrolyt von einem Gehäusesystem mit Gehäuse 20 und Deckel 30 umfasst sind. Dies ist beispielhaft in 1 dargestellt. Das vom Gehäusesystem umfasste und daher nicht sichtbare Elektrodenensemble ist so gestaltet, dass die Elektroden mittels Stromabnehmern aus Kupfer oder Aluminium kontaktierbar sind, um so die Elektroden des Elektrodenensembles mit Terminals 40 der Batteriezelle 10 elektrisch leitfähig zu verbinden. Das Gehäusesystem 20, 30 kann dabei aus Metall bestehen, beispielsweise Aluminium, leicht in Batterien einbaubar und druckresistent sein. Batteries may consist of individual battery cells or comprise a plurality of battery cells, which may be connected in series and / or in parallel to one or more battery modules. If the battery comprises several modules, these can in turn be connected in series and / or parallel to form the battery. battery cells 10 In this case, each have an electrode ensemble, also referred to as a collector foil winding, in an electrolyte fluid, wherein the electrode ensemble and the electrolyte are of a housing system with a housing 20 and lid 30 are included. This is exemplary in 1 shown. The encompassed by the housing system and therefore not visible electrode ensemble is designed so that the electrodes are contacted by pantographs made of copper or aluminum, so as to connect the electrodes of the electrode ensemble with terminals 40 the battery cell 10 electrically conductive to connect. The housing system 20 . 30 can be made of metal, such as aluminum, easy to install in batteries and pressure resistant.

Das in 1 nicht gezeigte Elektrodenensemble kann nach dem Stand der Technik, wie in den 2 und 3 dargestellt, hergestellt werden. Dabei werden erst Kollektorfolien 60 mit Anodenmaterial 70 beziehungsweise Kathodenmaterial 71 beschichtet. Dann werden die beschichteten Kollektorfolien 65, 66 mit einem zwischen den Kollektorfolien 65, 66 angeordneten Separator 67 zu dem Elektrodenensemble 80 aufgewickelt. Die Kollektorfolien können beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium sein. Dann werden aus dem Elektrodenensemble 80 seitlich überstehende Enden 81, 82 der Kollektorfolien mit Stromabnehmern elektrisch verbunden, die ihrerseits mit den Terminals 40 verbunden sind.This in 1 Electrode ensemble not shown, according to the prior art, as in the 2 and 3 shown to be produced. Here are only collector foils 60 with anode material 70 or cathode material 71 coated. Then the coated collector foils 65 . 66 with one between the collector foils 65 . 66 arranged separator 67 to the electrode ensemble 80 wound. The collector foils can be made of copper or aluminum, for example. Then be from the electrode ensemble 80 laterally protruding ends 81 . 82 the collector foils electrically connected to pantographs, which in turn connected to the terminals 40 are connected.

In 1 ist weiterhin eine Elektrolyteinfüllöffnung 50 dargestellt, durch die Elektrolyt nach Einsetzen des Elektrodenensembles in das Gehäuse 20 und Verschließen des Gehäuses 20 mit einem Deckel 30 in die Batteriezelle 10 mittels einer Elektrolyteinfüllvorrichtung 55 eingefüllt wird. Dies ist beispielhaft in 4 dargestellt.In 1 is still an electrolyte filling opening 50 represented by the electrolyte after insertion of the electrode ensemble into the housing 20 and closing the housing 20 with a lid 30 in the battery cell 10 by means of an electrolyte filling device 55 is filled. This is exemplary in 4 shown.

Zur Vermeidung von Beeinträchtigungen der Funktionsfähigkeit und/oder der Freisetzung gefährlicher Gase wird beim Einfüllen des Elektrolyts besonders darauf geachtet, dass in die Batteriezelle – trotz stark hygroskopischer Eigenschaften von Salzen im Elektrolyt – keine Feuchtigkeit eindringen kann. To avoid impairing the functionality and / or the release of hazardous gases, care is taken when filling in the electrolyte that moisture can not penetrate into the battery cell despite the highly hygroscopic properties of salts in the electrolyte.

So wird in United States Patent 6,379,838 ein Beutel beschrieben, der in trockener und inerter Atmosphäre mit einer vorbestimmten Menge Elektrolyt befüllt und anschließend heiß versiegelt worden ist, so dass im Beutel keine Blasen vorhanden sind. Der elektrolytdichte Beutel wird, nachdem er zusammen mit einem Zellenstapel in ein Batteriezellpaket eingeführt wurde, das anschließend verschlossen und evakuiert wurde, zum Beispiel an der Versiegelung aufgerissen.So will in United States Patent 6,379,838 described a bag which has been filled in a dry and inert atmosphere with a predetermined amount of electrolyte and then sealed hot, so that no bubbles are present in the bag. The electrolyte-tight pouch, after being introduced together with a cell stack into a battery cell pack, which was subsequently sealed and evacuated, is ruptured, for example, at the seal.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die Erfinder haben erkannt, dass das Aufreißen des elektrolytdichten Beutels zu einer schnellen und lokalisierten Freisetzung des Elektrolyts führt.The inventors have recognized that rupturing the electrolyte-tight bag results in rapid and localized release of the electrolyte.

Erfindungsgemäß wird daher ein Elektrolytbehälter mit den Merkmalen nach Anspruch 1 für eine Batteriezelle vorgeschlagen. Der erfindungsgemäße Elektrolytbehälter umfasst einen elektrolytdichten Beutel, der Elektrolyt einschließt. Der Elektrolytbehälter ist dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytbehälter weiterhin einen elektrolytpermeablen Beutel umfasst, der den elektrolytdichten Beutel umschließt.According to the invention, therefore, an electrolyte container with the features of claim 1 is proposed for a battery cell. The electrolyte container according to the invention comprises an electrolyte-tight bag, which includes electrolyte. The electrolyte container is characterized in that the electrolyte container further comprises an electrolyte-permeable bag enclosing the electrolyte-tight bag.

Der elektrolytpermeable Beutel fängt das Elektrolyt vorübergehend auf, nachdem es aus dem elektrolytdichten Beutel freigesetzt wurde. Die Permeabilität des elektrolytpermeablen Beutels bewirkt dann in vorteilhafter Weise eine langsame und großflächige Freisetzung des Elektrolyts aus dem Elektrolytbehälter.The electrolyte-permeable bag temporarily captures the electrolyte after it has been released from the electrolyte-tight bag. The permeability of the electrolyte-permeable bag then advantageously causes a slow and large-scale release of the electrolyte from the electrolyte container.

In einer Ausführungsform ist der elektrolytpermeable Beutel porös. Dann ist der Beutel leicht herstellbar.In one embodiment, the electrolyte-permeable bag is porous. Then the bag is easy to produce.

Der elektrolytdichte Beutel kann eine Sollrissstelle aufweisen. Dann kann die Freisetzung des Elektrolyts aus dem elektrolytdichten Beutel besser kontrolliert werden. Ist die Sollrissstelle eine gerade oder eine gekrümmte Sollrisslinie, ist die Freisetzung noch besser kontrollierbar. The electrolyte-tight bag may have a predetermined crack location. Then, the release of the electrolyte from the electrolyte-tight bag can be better controlled. If the target crack location is a straight or a curved predetermined tear line, the release is even easier to control.

Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Batteriezelle mit den Merkmalen nach Anspruch 6 vorgeschlagen. Die erfindungsgemäße Batteriezelle umfasst mindestens einen Kollektorfolienwickel in einem Gehäuse. Die erfindungsgemäße Batteriezelle ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse weiterhin ein erfindungsgemäßer Elektrolytbehälter ist.According to the invention, a battery cell with the features of claim 6 is further proposed. The battery cell according to the invention comprises at least one collector foil winding in a housing. The battery cell according to the invention is characterized in that the housing further comprises an inventive electrolyte container.

Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle vorgeschlagen, wobei das Verfahren die Schritte Herstellen eines Elektrodenensembles und Einsetzen des Elektrodenensembles in ein Gehäuse umfasst. Zum vorteilhaften Befüllen mit Elektrolyt umfasst das Verfahren die Schritte Einsetzen eines erfindungsgemäßen Elektrolytbehälters in das Gehäuse und Aufreißen des elektrolytdichten Beutels.The invention also proposes a method for producing a battery cell, the method comprising the steps of producing an electrode ensemble and inserting the electrode assembly into a housing. For advantageous filling with electrolyte, the method comprises the steps of inserting an electrolyte container according to the invention into the housing and rupturing the electrolyte-tight bag.

Erfindungsgemäß wird schließlich ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 8 mit einer Batteriezelle vorgeschlagen. Das Kraftfahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle eine erfindungsgemäße Batteriezelle ist.Finally, according to the invention, a motor vehicle according to claim 8 with a battery cell is proposed. The motor vehicle is characterized in that the battery cell is a battery cell according to the invention.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.Advantageous developments of the invention are specified in the subclaims and described in the description.

Zeichnungendrawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below. Show it:

1 ein beispielhaftes Gehäusesystem für eine Batteriezelle nach dem Stand der Technik; 1 an exemplary housing system for a battery cell according to the prior art;

2 eine beispielhafte Herstellung einer Kollektorfolie nach dem Stand der Technik; 2 an exemplary production of a collector foil according to the prior art;

3 eine beispielhafte Herstellung eines Kollektorfolienwickels nach dem Stand der Technik; 3 an exemplary preparation of a collector foil winding according to the prior art;

4 ein beispielhaftes System mit Kollektorfolienwickel und Terminals nach dem Stand der Technik; 4 an exemplary system with collector foil winder and terminals according to the prior art;

5 eine beispielhafte Elektrolytbefüllung einer Batteriezelle nach dem Stand der Technik, 5 an exemplary electrolyte filling of a battery cell according to the prior art,

6 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Elektrolytbehälters, und 6 a first embodiment of the electrolyte container according to the invention, and

7 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Elektrolytbehälters. 7 A second embodiment of the electrolyte container according to the invention.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der 6 ist ein erstes Ausführungsbeispiel 100 des erfindungsgemäßen Elektrolytbehälters gezeigt.In the 6 is a first embodiment 100 of the electrolyte container according to the invention.

Der Elektrolytbehälter 100 umfasst dabei Elektrolyt 115 in einem elektrolytdichten Beutel 110. Der elektrolytdichte Beutel 110 ist wiederum in einem elektrolytpermeablen Beutel 120 enthalten. Der elektrolytpermeable Beutel 120 des Elektrolytbehälters 100 des ersten Ausführungsbeispiels ist dabei elektrolytdurchlässig gestaltet. In dem ersten Ausführungsbeispiel ist der elektrolytdichte Beutel 110 rechteckig ausgebildet mit einer Hauptausdehnungsrichtung. Dabei weist der elektrolytdichte Beutel 110 zwei linienförmig ausgebildete Sollrissstellen 130 auf, die parallel zu der Hauptausdehnungsrichtung des elektrolytdichten Beutels 110 in der Nähe von zur Hauptausdehnungsrichtung senkrechten Kanten des elektrolytdichten Beutels 110 ausgebildet sind.The electrolyte container 100 includes electrolyte 115 in an electrolyte-tight bag 110 , The electrolyte-tight bag 110 is again in an electrolyte-permeable bag 120 contain. The electrolyte-permeable bag 120 of the electrolyte container 100 of the first embodiment is designed electrolyte permeable. In the first embodiment, the electrolyte-tight bag 110 rectangular in shape with a Hauptausdehnungsrichtung. In this case, the electrolyte-tight bag 110 two line-shaped Sollrissstellen 130 which are parallel to the main expansion direction of the electrolyte-tight bag 110 near edges of the electrolyte-tight bag perpendicular to the main expansion direction 110 are formed.

Wie in 6 beispielhaft dargestellt, kann der Elektrolytbehälter 100 auf einem Elektrodenensemble 80 angeordnet sein und mit diesem in ein Gehäuse 20 eingesetzt werden, nachdem überstehende Kollektorfolienenden 81, 82 so mit Terminals 40 verbunden wurden, dass die Terminals 40 durch einen Deckel 30 nach außen ragen, wenn das Gehäuse 20 mit dem Deckel 30 verschlossen wurde. Durch Ausübung einer vorbestimmten Mindestkraft, beispielsweise in Form von Druck, kann ein Reißen des elektrolytdichten Beutels 110 bewirkt werden. Aus dem gerissenen Beutel 110 ausgetretenes Elektrolyt 115 wird von dem elektrolytpermeablen Beutel 120 zeitweise zurückgehalten und über die Poren langsam, großflächig und gleichmäßig über das Elektrodenensemble 80 verteilt.As in 6 exemplified, the electrolyte container 100 on an electrode ensemble 80 be arranged and with this in a housing 20 be used after protruding collector foil ends 81 . 82 so with terminals 40 were connected to the terminals 40 through a lid 30 protrude outward when the case 20 with the lid 30 was closed. By applying a predetermined minimum force, for example in the form of pressure, cracking of the electrolyte-tight bag 110 be effected. From the torn bag 110 leaked electrolyte 115 is from the electrolyte-permeable bag 120 temporarily held back and over the pores slowly, extensively and evenly over the electrode ensemble 80 distributed.

7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel 200 des erfindungsgemäßen Elektrolytbehälters. 7 shows a second embodiment 200 the electrolyte container according to the invention.

Wieder umfasst der Elektrolytbehälter 100 Elektrolyt 115 in einem rechteckigen, mit Sollrissstellen 130 versehenen, elektrolytdichten Beutel 110, der in einem mittels Poren elektrolytdurchlässig gestalteten, elektrolytpermeablen Beutel 120 enthalten ist. Diesmal weist der elektrolytdichte Beutel 110 zwei linienförmig ausgebildete Sollrissstellen auf, die senkrecht zu der Hauptausdehnungsrichtung des elektrolytdichten Beutels 110 in der Nähe von zur Hauptausdehnungsrichtung senkrechten Kanten des elektrolytdichten Beutels 110 ausgebildet sind.Again, the electrolyte container includes 100 electrolyte 115 in a rectangular, with Sollrissstellen 130 provided, electrolyte-tight bag 110 in an electrolyte-permeable pouch formed by pores and permeable to electrolyte 120 is included. This time, the electrolyte-tight bag 110 two line-shaped Sollrissstellen on which perpendicular to the main expansion direction of the electrolyte-tight bag 110 near edges of the electrolyte-tight bag perpendicular to the main expansion direction 110 are formed.

In dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Sollrissstellen als gerade Linien dargestellt. Es sind aber auch Sollrissstellen möglich und im Sinne der Erfindung, die als gekrümmte Linien oder flächig als Sollrissbereiche ausgebildet sind. In dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der elektrolytpermeable Beutel 110 aufgrund von Poren durchlässig für Elektrolyt. Es sind aber auch andere Formen der Durchlässigkeit für Elektrolyt möglich.In the first and second embodiments, the predetermined rupture points are shown as straight lines. But there are also Sollrissstellen possible and in the sense of the invention, which are designed as curved lines or flat as predetermined crack areas. In the first and second embodiments, the electrolyte-permeable bag is 110 due to pores permeable to electrolyte. But there are also other forms of permeability to electrolyte possible.

In allen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass Kollektorfolienwickel, Gehäuse, Elektrolytbehälter und Deckel so aufeinander angepasst sind, dass durch Verschließen des Gehäuses mit dem Deckel auf den Elektrolytbehälter ein Druck ausgeübt wird, der ein Reißen des elektrolytdichten Beutels an der Sollrissstelle bewirkt.In all embodiments, it is possible for collector foil wraps, housings, electrolyte containers and lids to be adapted to one another such that a pressure is exerted on the electrolyte container by closing the housing with the lid, which causes tearing of the electrolyte-tight bag at the predetermined crack location.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 6379838 [0008] US 6379838 [0008]

Claims (8)

Elektrolytbehälter (100, 200) für eine Batteriezelle (10), wobei der Elektrolytbehälter (100, 200) einen elektrolytdichten Beutel (110) umfasst, der Elektrolyt (115) einschließt, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytbehälter (100, 200) weiterhin einen elektrolytpermeablen Beutel (120) umfasst, der den elektrolytdichten Beutel (110) umschließt.Electrolyte container ( 100 . 200 ) for a battery cell ( 10 ), the electrolyte container ( 100 . 200 ) an electrolyte-tight bag ( 110 ), the electrolyte ( 115 ), characterized in that the electrolyte container ( 100 . 200 ) further comprises an electrolyte-permeable bag ( 120 ) comprising the electrolyte-tight bag ( 110 ) encloses. Elektrolytbehälter (100, 200) nach Anspruch 1, wobei der elektrolytpermeable Beutel (120) porös ist. Electrolyte container ( 100 . 200 ) according to claim 1, wherein the electrolyte-permeable bag ( 120 ) is porous. Elektrolytbehälter nach Anspruch 1 oder 2, wobei der elektrolytdichte Beutel (110) eine Sollrissstelle (130) aufweist.The electrolyte container according to claim 1 or 2, wherein the electrolyte-tight bag ( 110 ) a Sollrissstelle ( 130 ) having. Elektrolytbehälter nach Anspruch 3, wobei die Sollrissstelle (130) eine Sollrisslinie ist.Electrolyte container according to claim 3, wherein the predetermined crack point ( 130 ) is a predetermined tear line. Elektrolytbehälter nach Anspruch 4, wobei die Sollrisslinie gekrümmt ist.The electrolyte container according to claim 4, wherein the predetermined tear line is curved. Batteriezelle (10) mit mindestens einem Kollektorfolienwickel in einem Gehäuse (20), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (20) weiterhin ein Elektrolytbehälter (100, 200) nach einem der vorangehenden Ansprüche ist.Battery cell ( 10 ) with at least one collector foil winding in a housing ( 20 ), characterized in that in the housing ( 20 ) an electrolyte container ( 100 . 200 ) according to one of the preceding claims. Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle (10), umfassend: Herstellen eines Elektrodenensembles, Einsetzen des Elektrodenensembles in ein Gehäuse (20), Einsetzen eines Elektrolytbehälters (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in das Gehäuse (20) und Aufreißen des elektrolytdichten Beutels (110). Method for producing a battery cell ( 10 comprising: making an electrode assembly, inserting the electrode assembly into a housing ( 20 ), Inserting an electrolyte container ( 100 . 200 ) according to one of claims 1 to 5 in the housing ( 20 ) and rupture of the electrolyte-tight bag ( 110 ). Kraftfahrzeug mit einer Batteriezelle (10) gemäß Anspruch 6.Motor vehicle with a battery cell ( 10 ) according to claim 6.
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