DE102013223361A1 - Battery cell with safety valve and semi-permeable closure element - Google Patents
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Abstract
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle (1) umfassend ein die Batteriezelle (1) umgebendes Zellgehäuse (2) und ein Sicherheitsventil (3), welches in eine Öffnung (4) des Zellgehäuses (2) eingesetzt ist und ausgebildet ist, bei einem Anstieg eines innerhalb des Zellgehäuses (2) herrschenden Zellinnendrucks über einen Schwellenwert hinaus zu öffnen und somit ein Ausströmen eines Mediums aus dem Zellgehäuse (2) zu ermöglichen. Darüber hinaus umfasst die Batteriezelle (1) ein semipermeables und/oder unidirektional permeables Verschlusselement (5), welches zusätzlich zu dem Sicherheitsventil (3) die Öffnung (4) verschließt, wobei das Verschlusselement (5) ausgebildet ist, ein aus dem Zellgehäuse (2) ausströmendes gasförmiges Medium passieren zu lassen.The present invention relates to a battery cell (1) comprising a cell housing (2) surrounding the battery cell (1) and a safety valve (3) which is inserted into an opening (4) of the cell housing (2) and is designed to rise when there is a rise inside of the cell housing (2) prevailing internal cell pressure to open beyond a threshold and thus to allow leakage of a medium from the cell housing (2). In addition, the battery cell (1) comprises a semipermeable and / or unidirectionally permeable closure element (5) which closes the opening (4) in addition to the safety valve (3), wherein the closure element (5) is formed, one from the cell housing (2 ) to let out leaking gaseous medium.
Description
Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle, insbesondere eine nachladbare Lithium-Ionen-Zelle, umfassend ein die Batteriezelle umgebendes Zellgehäuse und ein Sicherheitsventil, welches in eine Öffnung des Zellgehäuses eingesetzt ist und ausgebildet ist, bei einem Anstieg eines innerhalb des Zellgehäuses herrschenden Zellinnendrucks über einen Schwellenwert hinaus zu öffnen und somit ein Ausströmen eines Mediums aus dem Zellgehäuse zu ermöglichen.The invention relates to a battery cell, in particular a rechargeable lithium-ion cell, comprising a cell housing surrounding the battery cell and a safety valve, which is inserted into an opening of the cell housing and is formed, with a rise of a prevailing within the cell housing internal cell pressure above a threshold open and thus allow leakage of a medium from the cell housing.
Stand der TechnikState of the art
Eingangs genannte Batteriezellen werden in vielfältiger Weise als Energiespeicher eingesetzt. Insbesondere werden derartige Batteriezellen in Batteriesystemen eingesetzt, welche eine Mehrzahl solcher Batteriezellen aufweisen, die elektrisch miteinander zu einem oder mehreren Batteriemodulen verschaltet sind. Derartige Batteriesysteme werden insbesondere zur Bereitstellung der für den Betrieb von Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeugen erforderlichen Energie eingesetzt. Besonders bevorzugt werden hierbei Lithium-Ionen-Zellen als Batteriezellen eingesetzt. Besonders häufig werden dabei prismatische Batteriezellen mit einem festen metallischen Gehäuse (im Englischen und technischen Sprachgebrauch als sogenanntes Hardcase bezeichnet) eingesetzt. Das metallische Zellgehäuse schützt dabei die Batteriezellen insbesondere vor dem Eindringen von Feuchtigkeit. Input called battery cells are used in many ways as energy storage. In particular, such battery cells are used in battery systems, which have a plurality of such battery cells, which are electrically interconnected to one or more battery modules. Such battery systems are used in particular for providing the energy required for the operation of hybrid, plug-in hybrid or electric vehicles. Particular preference is given to using lithium-ion cells as battery cells. Prismatic battery cells with a solid metallic housing (referred to in technical and technical terms as a so-called hardcase) are frequently used. The metallic cell housing protects the battery cells in particular against the ingress of moisture.
Erwärmt sich eine solche Batteriezelle über eine bestimmte Temperatur hinaus, so kann es zu einer sogenannten Entgasung der Batteriezelle kommen. Störungen, wie ein Kurzschluss zwischen den Elektroden der Batteriezelle, ein Überladen der Batteriezelle bei einem Ladevorgang oder eine extrem hohe Umgebungstemperatur, können dabei zu einer solchen kritischen Erwärmung der Batteriezelle führen. In Folge einer solchen kritischen Erwärmung können dabei ungewollte chemische Reaktionen in der Batteriezelle einsetzen, die zu einem sogenannten thermischen Durchgehen (engl.: „thermal runaway“) führen können. Insbesondere kann sich ein für den Ionentransport zwischen den Elektroden einer Batteriezelle erforderlicher Elektrolyt in Folge der kritischen Erwärmung zersetzen und in einen dampf- beziehungsweise gasförmigen Zustand übergehen. Durch diese Gasbildung entsteht in kurzer Zeit ein hoher Druck innerhalb der Batteriezelle. Ein in das Zellgehäuse eingesetztes Sicherheitsventil verhindert dabei ein Platzen der Batteriezelle, da das Sicherheitsventil bei einem Überschreiten eines bestimmten Zellinnendrucks öffnet, sodass über das geöffnete Sicherheitsventil ein innerhalb der Batteriezelle gebildetes Gas sowie gegebenenfalls weitere gebildete Zersetzungsprodukte als Fluid aus dem Zellgehäuse entweichen können. Eine Lithium-Ionen-Zelle mit einem solchen Sicherheitsventil ist beispielsweise aus der Druckschrift
Nachteilig bei bislang bekannten Batteriezellen ist, dass nach einem Öffnen des Sicherheitsventils die Batteriezellkomponenten im Inneren des Zellgehäuses der Batteriezelle, insbesondere der Elektrolyt der Batteriezelle, mit der Umgebungsluft und insbesondere mit der in der Umgebungsluft enthaltenen Feuchtigkeit in Kontakt kommen, wodurch die chemischen Reaktionen im Inneren des Zellgehäuses, die zu einem Öffnen des Sicherheitsventils geführt haben, weiter vorangetrieben werden und weiteres Gas und/oder Dämpfe gebildet werden. Insbesondere kann sich durch den Kontakt des Elektrolyten mit der Umgebungsfeuchte Wasserstoffgas (H2) bilden, welches sich aufgrund der in Folge des thermischen Durchgehens der Batteriezelle hohen Batteriezelltemperatur von mitunter mehr als 200° Celsius entzünden kann. Wasserstoff kann darüber hinaus auch durch Zersetzung bei hohen Temperaturen entstehen. Durch das geöffnete Sicherheitsventil kann mitunter entzündetes Gas aus dem Zellgehäuse der Batteriezelle entweichen und weiteren Schaden anrichten, insbesondere an anderen Batteriezellen oder weiteren Komponenten des Batteriesystems. A disadvantage of previously known battery cells is that after opening the safety valve, the battery cell components in the interior of the cell housing of the battery cell, in particular the electrolyte of the battery cell, come into contact with the ambient air and in particular with the moisture contained in the ambient air, whereby the chemical reactions in the interior the cell housing, which have led to an opening of the safety valve, be driven further and further gas and / or vapors are formed. In particular, hydrogen gas (H 2 ) may form due to the contact of the electrolyte with the ambient humidity, which may ignite due to the high battery cell temperature due to thermal runaway of the battery cell of sometimes more than 200 ° Celsius. In addition, hydrogen can also be formed by decomposition at high temperatures. Due to the opened safety valve, occasionally ignited gas can escape from the cell housing of the battery cell and cause further damage, in particular to other battery cells or other components of the battery system.
Materialien, die als Flammensperre wirken können und dabei einen Gasdurchtritt ermöglichen sind im Stand der Technik bekannt. Ein als Flammensperre wirkendes Material ist beispielsweise von der Internetseite
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte Batteriezelle bereitzustellen, welche vor einem Platzen in Folge eines Anstiegs eines in dem Zellgehäuse herrschenden Zellinnendrucks durch ein Sicherheitsventil geschützt ist, wobei beim Öffnen des Sicherheitsventils vorteilhafterweise ein Eindringen von Feuchtigkeit in das Zellgehäuse verhindert ist. Against this background, it is an object of the present invention to provide an improved battery cell, which is protected from bursting due to a rise in the cell housing prevailing internal cell pressure by a safety valve, which advantageously prevents the ingress of moisture into the cell housing when opening the safety valve is.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Batteriezelle, insbesondere eine nachladbare Lithium-Ionen-Zelle oder Lithium-Zelle, umfassend ein die Batteriezelle umgebendes Zellgehäuse und ein Sicherheitsventil, welches in eine Öffnung des Zellgehäuses eingesetzt ist und ausgebildet ist, bei einem Anstieg eines innerhalb des Zellgehäuses herrschenden Zellinnendrucks über einen Schwellenwert hinaus zu öffnen, insbesondere definiert zu öffnen, und somit ein Ausströmen eines Mediums aus dem Zellgehäuse zu ermöglichen, vorgeschlagen, wobei die Batteriezelle ferner ein semipermeables und/oder unidirektional permeables Verschlusselement aufweist, welches zusätzlich zu dem Sicherheitsventil die Öffnung verschließt, wobei das Verschlusselement ausgebildet ist, ein aus dem Zellgehäuse ausströmendes gasförmiges Medium passieren zu lassen. Das Verschlusselement ist vorzugsweise entweder semipermeabel ausgebildet oder unidirektional permeabel ausgebildet oder im Hinblick auf eine erste Gruppe von Stoffen semipermeabel und im Hinblick auf eine zweite Gruppe von Stoffen unidirektional permeabel, insbesondere derart, dass bei einer Zellentgasung freigesetztes Gas, wie CO2, durch das Verschlusselement aus dem Zellgehäuse der Batteriezelle entweichen kann und insbesondere Feuchtigkeit nicht von der äußeren Umgebung der Batteriezelle durch das Verschlusselement in das Innere des Zellgehäuses gelangen kann. To achieve the object, a battery cell, in particular a rechargeable lithium-ion cell or lithium cell, comprising a cell housing surrounding the battery cell and a Safety valve, which is inserted into an opening of the cell housing and is adapted to open at a rise of a prevailing within the cell housing internal cell pressure above a threshold addition, in particular defined open, and thus to allow leakage of a medium from the cell housing, proposed the battery cell further comprises a semi-permeable and / or unidirectionally permeable closure element which closes the opening in addition to the safety valve, wherein the closure element is designed to allow a gaseous medium flowing out of the cell housing to pass. The closure element is preferably either semi-permeable or unidirectionally permeable or semi-permeable with respect to a first group of substances and unidirectionally permeable with respect to a second group of substances, such that gas released in a cell degassing, such as CO 2 , through the closure element can escape from the cell housing of the battery cell and in particular moisture can not pass from the outer environment of the battery cell through the closure element in the interior of the cell housing.
Vorteilhafterweise ist das Verschlusselement so ausgebildet, dass dieses bei einem Zellinnendruck, welcher den vorbestimmten Schwellenwert überschreitet und somit ein Öffnen des Sicherheitsventils bewirkt, nicht zerstört wird und weiterhin die Öffnung des Zellgehäuses verschließt. Das innerhalb des Zellgehäuses der Batteriezelle gebildete Gas beziehungsweise innerhalb des Zellgehäuses gebildeter Dampf kann dabei vorteilhafterweise durch das unbeschädigte die Öffnung weiterhin verschließende Verschlusselement das Zellgehäuse verlassen. Weitere Zersetzungskomponenten, die nicht gasförmig sind, werden dabei vorteilhafterweise an einem Austritt aus der Öffnung des Zellgehäuses durch das Material des Verschlusselementes gehindert. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Sicherheitsventil bei einem Schwellenwert, der vorzugsweise zwischen 5 bar und 7 bar liegt, öffnet. Als Elektrolyt oder Elektrolytbestandteil der Batteriezelle ist insbesondere ein organisch basiertes Lösemittel, vorzugsweise Ethylencarbonat oder Ethylenmethylcarbonat, vorgesehen. Die Batteriezelle weist zudem vorzugsweise eine Interkalations-Elektrode auf.Advantageously, the closure element is designed so that it is not destroyed at a cell internal pressure, which exceeds the predetermined threshold value and thus causes an opening of the safety valve, and further closes the opening of the cell housing. The gas formed within the cell housing of the battery cell or steam formed within the cell housing can advantageously leave the cell housing through the undamaged closure element which further closes the opening. Further decomposition components, which are not gaseous, are advantageously prevented at an exit from the opening of the cell housing by the material of the closure element. In particular, it is provided that the safety valve opens at a threshold value, which is preferably between 5 bar and 7 bar. As the electrolyte or electrolyte component of the battery cell, in particular, an organically based solvent, preferably ethylene carbonate or ethylene methyl carbonate, is provided. The battery cell also preferably has an intercalation electrode.
Insbesondere ist gemäß einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Verschlusselement feuchtigkeitsundurchlässig ist. Durch die Feuchtigkeitsundurchlässigkeit des Verschlusselementes wird vorteilhafterweise verhindert, dass Feuchtigkeit aus der Umgebung außerhalb des Zellgehäuses durch die Öffnung in das Zellgehäuse eindringt, insbesondere durch die von dem Sicherheitsventil freigegebene Öffnung des Zellgehäuses. Gemäß einer Ausgestaltungsvariante ist vorgesehen, dass das Verschlusselement unidirektional feuchtigkeitsundurchlässig ist, derart, dass ein Eindringen von Feuchtigkeit aus der Umgebung außerhalb des Zellgehäuses durch die Öffnung in das Zellgehäuse durch das Verschlusselement verhindert wird. Durch das zusätzlich zu dem Sicherheitsventil die Öffnung des Zellgehäuses verschließende semipermeable beziehungsweise unidirektional permeable Verschlusselement können vorteilhafterweise geringere Anforderungen an die Dichtigkeit des in die Öffnung des Zellgehäuses eingesetzten Sicherheitsventils gestellt werden. In particular, it is provided according to a particularly preferred embodiment of the invention that the closure element is moisture impermeable. By moisture impermeability of the closure element is advantageously prevented that moisture from the environment outside of the cell housing penetrates through the opening in the cell housing, in particular by the release of the safety valve opening of the cell housing. According to one embodiment variant, it is provided that the closure element is unidirectionally moisture-impermeable, such that penetration of moisture from the environment outside the cell housing through the opening into the cell housing is prevented by the closure element. By virtue of the semipermeable or unidirectionally permeable closure element occluding the opening of the cell housing in addition to the safety valve, advantageously lower demands can be made on the tightness of the safety valve inserted into the opening of the cell housing.
Durch das feuchtigkeitsundurchlässig ausgebildete Verschlusselement wird insbesondere verhindert, dass bei einer Entgasung der Batteriezelle Feuchtigkeit durch das geöffnete Sicherheitsventil in das Zellgehäuse der Batteriezelle eindringt. Hierdurch wird somit vorteilhafterweise verhindert, dass die im Inneren des Zellgehäuses befindlichen Batteriebestandteile, insbesondere der Elektrolyt der Batteriezelle, in Kontakt mit Feuchtigkeit kommt, wodurch eine in Folge eines Feuchtigkeitskontaktes ausgelöste weitere Zersetzungsreaktionen, die zur Bildung von Fluorwasserstoff (HF) führen, verhindert werden.Due to the moisture-impermeable sealing element, it is prevented in particular that, when the battery cell is degassed, moisture penetrates through the opened safety valve into the cell housing of the battery cell. This advantageously prevents the battery components located in the interior of the cell housing, in particular the electrolyte of the battery cell, from coming into contact with moisture, as a result of which further decomposition reactions triggered as a result of moisture contact and leading to the formation of hydrogen fluoride (HF) are prevented.
Gemäß einer vorteilhaften weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Verschlusselement feuerundurchlässig ist. Entzündet sich ein innerhalb des Zellgehäuses gebildetes Gas durch eine entsprechend hohe Batteriezelltemperatur, so wird durch das feuerundurchlässige Verschlusselement vorteilhafterweise verhindert, dass Flammen durch das geöffnete Sicherheitsventil aus dem Zellgehäuse schlagen. Vorzugsweise ist das Verschlusselement zudem feuerfest. According to an advantageous further embodiment of the invention it is provided that the closure element is fire-proof. If a gas formed within the cell housing ignites due to a correspondingly high battery cell temperature, the fire-impermeable closure element advantageously prevents flames from hitting the cell housing through the opened safety valve. Preferably, the closure element is also fireproof.
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Verschlusselement feuchtigkeitsundurchlässig und/oder feuerundurchlässig ist.In particular, it is provided that the closure element is moisture-impermeable and / or fire-proof.
Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezelle ist vorgesehen, dass das das Verschlusselement zumindest teilweise einen porösen Metallschaum und/oder eine poröse Keramik und/oder ein poröses Polymer und/oder einen anorganischen Stoff mit einer Schichtstruktur umfasst. Als poröser Metallschaum ist insbesondere ein Nickel-Schaum vorgesehen. Als anorganischer Stoff mit einer Schichtstruktur, welche insbesondere Dämpfe und/oder Partikel aufsaugen kann, ist insbesondere Vermiculit vorgesehen. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Verschlusselement aus einem porösen Polypropylen (PP) ist, wobei das Verschlusselement vorzugsweise als Membran ausgebildet ist. Vorzugsweise umfasst das Verschlusselement zumindest teilweise ein POREX® Porous PTFE Material, insbesondere wenigstens eine Schicht aus diesem Material. Ein solches PFTE Material (PFTE: Polytetrafluorethylen) ist besonders bevorzugt vorgesehen. Vorteilhafterweise ermöglicht ein Verschlusselement, welches aus einem porösen Material, wie insbesondere einem porösen Metallschaum und/oder einer poröse Keramik und/oder einem poröses Polymer, ist, ein gutes Entweichen von Gas aus der durch das Sicherheitsventil freigegebenen Öffnung des Zellgehäuses. Darüber hinaus stellt ein solches poröses Material vorteilhafterweise eine Feuchtigkeitsbarriere dar. Vorteilhafterweise verbleiben bei einer Zellentgasung entstehende toxische Zersetzungsprodukte, wie HF, die auf den Rauchpartikel-Oberflächen absorbiert werden, in der Porosität beziehungsweise den Poren des Verschlusselementes, wohingegen gasförmige Zersetzungsprodukte, wie CO2, durch das poröse Material des Verschlusselementes das Zellgehäuse in die äußere Umgebung verlassen können. Insbesondere aus diesem Grund sowie aufgrund der Undurchlässigkeit von Feuchtigkeit wird das Verschlusselement als semipermeabel bezeichnet.According to a further particularly preferred embodiment of the battery cell according to the invention, it is provided that the closure element at least partially comprises a porous metal foam and / or a porous ceramic and / or a porous polymer and / or an inorganic substance having a layer structure. As a porous metal foam in particular a nickel foam is provided. As an inorganic substance with a layer structure, which in particular can absorb vapors and / or particles, vermiculite is provided in particular. In particular, it is provided that the closure element is made of a porous polypropylene (PP), wherein the closure element is preferably formed as a membrane. Preferably the closure element comprises at least partially a POREX ® Porous PTFE material, in particular at least one layer of this material. One such PFTE material (PTFE: polytetrafluoroethylene) is particularly preferred. Advantageously, a closure element which is made of a porous material, such as in particular a porous metal foam and / or a porous ceramic and / or a porous polymer, allows a good escape of gas from the released through the safety valve opening of the cell housing. In addition, such a porous material advantageously constitutes a moisture barrier. Advantageously, toxic decomposition products, such as HF, which are absorbed on the smoke particle surfaces in the case of cell degassing, remain in the porosity or pores of the closure element, whereas gaseous decomposition products, such as CO 2 , can leave the cell housing in the external environment through the porous material of the closure element. In particular, for this reason, as well as due to the impermeability of moisture, the closure element is referred to as semipermeable.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezelle ist das Verschlusselement eine semipermeable Membran oder eine unidirektional permeable Membran, vorzugsweise eine Membran aus einem porösen Polymermaterial. Ein als Membran aus einem porösen Polymermaterial, insbesondere aus einem PFTE-Material, ausgebildetes Verschlusselement ist vorteilhafterweise flexibel und weist vorteilhafterweise eine lange Haltbarkeit auf. Darüber hinaus ist ein solches Verschlusselement vorteilhafterweise elektrisch nichtleitend, sodass keine Gefahr durch elektrische Kurzschlüsse besteht. Darüber hinaus weist ein solches Verschlusselement vorteilhafterweise eine hohe Temperaturbeständigkeit und chemische Beständigkeit auf.According to a further advantageous embodiment of the battery cell according to the invention, the closure element is a semipermeable membrane or a unidirectionally permeable membrane, preferably a membrane made of a porous polymer material. A closure element designed as a membrane made of a porous polymer material, in particular of a PFTE material, is advantageously flexible and advantageously has a long service life. In addition, such a closure element is advantageously electrically non-conductive, so there is no risk of electrical short circuits. In addition, such a closure element advantageously has a high temperature resistance and chemical resistance.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezelle ist vorgesehen, dass das Sicherheitsventil die Öffnung zum Inneren des Zellgehäuses hin verschließt und das Verschlusselement die Öffnung zur äußeren Umgebung des Zellgehäuses verschließt. Das heißt, dass vom Inneren des Zellgehäuses aus betrachtet, das Sicherheitsventil vor dem Verschlusselement angeordnet ist. According to a further preferred embodiment of the battery cell according to the invention it is provided that the safety valve closes the opening to the interior of the cell housing and the closure element closes the opening to the external environment of the cell housing. This means that, viewed from the inside of the cell housing, the safety valve is arranged in front of the closure element.
Vorzugsweise ist das Verschlusselement an der Außenseite des Zellgehäuses angeordnet. Hierdurch ist vorteilhafterweise das Verschlusselement besser kontrollierbar, beispielsweise im Rahmen von Wartungsarbeiten. Insbesondere lassen sich hierbei durch einfache Sichtkontrolle Schäden an dem Verschlusselement, insbesondere an einem als Membran ausgebildetem Verschlusselement, erkennen. Darüber hinaus ist eine Austauschbarkeit des Verschlusselementes verbessert gegeben. Insbesondere lässt sich ein vorzeitig gealtertes Verschlusselement, welches aufgrund von Materialalterung Risse oder der gleichen aufweist, einfach austauschen. Darüber hinaus ist eine Anordnung des Verschlusselementes, insbesondere eine Anordnung eines als Membran ausgebildeten Verschlusselementes, an der Außenseite des Zellgehäuses vorteilhafterweise einfach realisierbar. Insbesondere bei einem als Membran ausgebildete Verschlusselementes ist vorteilhafterweise auch im Rahmen einer Nachrüstung einer Batteriezelle mit einer solchen Membran eine einfache Anordbarkeit gegeben.Preferably, the closure element is arranged on the outside of the cell housing. As a result, the closure element is advantageously better controlled, for example in the context of maintenance. In particular, damage to the closure element, in particular on a closure element designed as a membrane, can be detected by simple visual inspection. In addition, an interchangeability of the closure element is given improved. In particular, a prematurely aged closure element, which has cracks or the like due to material aging, can be easily replaced. In addition, an arrangement of the closure element, in particular an arrangement of a sealing element designed as a membrane, on the outside of the cell housing advantageously can be easily realized. In particular, in the case of a closure element embodied as a membrane, a simple arrangeability is advantageously also provided in the context of retrofitting a battery cell with such a membrane.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezelle ist vorgesehen, dass das Verschlusselement, insbesondere das als Membran ausgebildete Verschlusselement, mittels eines Heißsiegelverfahrens an dem Zellgehäuse angeordnet ist. Die Heißsiegelverbindung kann dabei insbesondere mit sogenannten anisotrop leitfähigen Klebstoffen hergestellt werden. Durch das Heißsiegelverfahren ist vorteilhafterweise eine feste und vor allem dichte Verbindung zwischen dem Verschlusselement, insbesondere einer Membran als Verschlusselement, und dem Zellgehäuse herstellbar, sodass das Verschlusselement die Batteriezelle insbesondere vor dem Eindringen von Feuchtigkeit aus der äußeren Umgebung des Zellgehäuses durch die Öffnung des Zellgehäuses schützt.According to a further advantageous embodiment of the battery cell according to the invention, it is provided that the closure element, in particular the closure element designed as a membrane, is arranged on the cell housing by means of a heat-sealing method. The heat seal compound can be produced in particular with so-called anisotropically conductive adhesives. By the heat sealing method is advantageously a solid and above all tight connection between the closure element, in particular a membrane as a closure element, and the cell housing produced so that the closure element protects the battery cell in particular from the ingress of moisture from the outer environment of the cell housing through the opening of the cell housing ,
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezelle sieht vor, dass die Öffnung des Zellgehäuses durch einen rohr- oder schachtartigen Abschnitt umfasst ist, wobei das Sicherheitsventil und das Verschlusselement beabstandet voneinander die Öffnung verschließend angeordnet sind. Hierdurch ist das Verschlusselement, insbesondere eine Membran als Verschlusselement, vorteilhafterweise verbessert vor Beschädigungen durch das sich öffnende Sicherheitsventil geschützt. Zur Bereitstellung einer entsprechenden rohr- oder schachtartig ausgebildeten Öffnung ist insbesondere vorgesehen, dass die Wandung des Zellgehäuses, die die Öffnung aufweist, eine entsprechende Materialstärke aufweist, wobei die Öffnung beispielsweise durch eine Durchbohrung gebildet ist und die Durchbohrung als rohrartiger Abschnitt die Öffnung umfasst. Um eine Gewichtszunahme des Zellgehäuses durch die rohr- oder schachtartig ausgebildete Öffnung zu minimieren, kann insbesondere auch vorgesehen sein, dass an der Öffnung des Zellgehäuses ein Aufsatz angebracht ist, welcher den entsprechenden rohr- oder schachtartigen Abschnitt der Öffnung bildet. An einem Ende des Aufsatzes ist dabei vorzugsweise das Verschlusselement angeordnet, am anderen Ende des Aufsatzes das Sicherheitsventil. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Verschlusselement, insbesondere das als Membran ausgebildete Verschlusselement, mittels eines Heißsiegelverfahrens an einem Ende des rohr- oder schachtartig ausgebildeten Aufsatzes angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist ein solcher Aufsatz, welcher mit einer entsprechenden Membran versehen ist, mit der weiteren, nicht verschlossenen Aufsatzöffnung an der Öffnung des Zellgehäuses anordbar, insbesondere durch ein Verschweißen. Der Aufsatz ist dabei vorteilhafterweise aus einem korrosionsbeständigen Material, vorzugsweise aus Edelstahl oder Aluminium. Vorteilhafterweise ist ein solcher Aufsatz mit einem semipermeablen Verschlusselement oder unidirektional permeablen Verschlusselement an herkömmlichen Batteriezellen nachrüstbar.A further advantageous embodiment of the battery cell according to the invention provides that the opening of the cell housing is encompassed by a tubular or shaft-like section, wherein the safety valve and the closure element spaced from each other, the opening are arranged occlusive. As a result, the closure element, in particular a membrane as closure element, advantageously protected against damage by the opening safety valve. To provide a corresponding tubular or shaft-like opening, provision is made in particular for the wall of the cell housing having the opening to have a corresponding material thickness, wherein the opening is formed, for example, by a throughbore and the throughbore comprises the opening as a tube-like section. In order to minimize an increase in weight of the cell housing through the tubular or shaft-like opening, in particular it can also be provided that an attachment is attached to the opening of the cell housing, which forms the corresponding tubular or shaft-like section of the opening. The closure element is preferably arranged at one end of the attachment, the safety valve at the other end of the attachment. In particular, it is provided that the closure element, in particular the closure element formed as a membrane, is arranged by means of a heat-sealing process at one end of the tubular or shaft-like attachment. Advantageously, such an attachment, which is provided with a corresponding membrane, with the other, not closed attachment opening at the opening of the cell housing can be arranged, in particular by welding. The article is advantageously made of a corrosion-resistant material, preferably of stainless steel or aluminum. Advantageously, such an attachment with a semipermeable closure element or unidirectionally permeable closure element can be retrofitted to conventional battery cells.
Um Beschädigungen an dem Verschlusselement, insbesondere einem als Membran ausgebildeten Verschlusselement, beim Öffnen des Sicherheitsventils zu vermeiden, ist gemäß einer Ausgestaltungsvariante der Erfindung vorgesehen, dass, vom Inneren des Zellgehäuses aus betrachtet, das Verschlusselement vor dem Sicherheitsventil angeordnet ist.In order to avoid damage to the closure element, in particular a closure element designed as a membrane when opening the safety valve, according to a variant embodiment of the invention that, viewed from the inside of the cell housing, the closure element is arranged in front of the safety valve.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezelle sieht vor, dass das Zellgehäuse einen Zellgehäusedeckel umfasst, in welchem die Öffnung angeordnet ist. Dabei kann insbesondere vorgesehen sein, dass zur vorgenannten Ausbildung eines rohr- oder schachtartigen Abschnitts, welcher die Öffnung umfasst, der Deckel zumindest in dem Bereich der Öffnung eine größere Stärke aufweist. Die Öffnung kann dabei insbesondere durch eine Durchbohrung im Bereich der größeren Stärke gebildet sein. Insbesondere ist als vorteilhafte Alternative vorgesehen, dass ein entsprechend ausgebildeter Aufsatz, wie zuvor erläutert, mit dem Zellgehäusedeckel verbunden wird.A further advantageous embodiment of the battery cell according to the invention provides that the cell housing comprises a cell housing cover, in which the opening is arranged. It can be provided in particular that for the aforementioned embodiment of a tubular or shaft-like portion which comprises the opening, the lid has a greater thickness at least in the region of the opening. The opening can be formed in particular by a perforation in the region of greater strength. In particular, it is provided as an advantageous alternative that a correspondingly designed attachment, as explained above, is connected to the cell housing cover.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Sicherheitsventil eine Berstscheibe ist, insbesondere eine metallische Berstscheibe. Die Berstscheibe ist dabei insbesondere ausgebildet, bei einem Anstieg eines innerhalb des Zellgehäuses herrschenden Zellinnendrucks über einen Schwellenwert hinaus, insbesondere bei einem Anstieg eines innerhalb des Zellgehäuses herrschenden Zellinnendrucks über einen Schwellenwert von 5 bar bis 6 bar hinaus, zu öffnen und somit ein Ausströmen eines Mediums aus dem Zellgehäuse zu ermöglichen. Insbesondere ist vorgesehen, dass die Berstscheibe zur Verbesserung des Berstverhaltens wenigstens eine Sollbruchstelle aufweist.A further advantageous embodiment of the invention provides that the safety valve is a rupture disk, in particular a metallic rupture disk. The rupture disk is in particular designed to open in the event of an increase in internal cell pressure prevailing inside the cell housing beyond a threshold value, in particular if the cell internal pressure within the cell housing rises above a threshold value of 5 bar to 6 bar, and thus outflow of a medium to allow out of the cell case. In particular, it is provided that the rupture disk has at least one predetermined breaking point to improve the bursting behavior.
Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:Further advantageous details, features and design details of the invention are explained in more detail in connection with the exemplary embodiments illustrated in the figures. Showing:
In
Die Batteriezelle
Oberhalb des Sicherheitsventils
Erwärmt sich die Batteriezelle
Insbesondere ist vorgesehen, dass das Verschlusselement
Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausgestaltungsdetails dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.The illustrated in the figures and explained in connection with these design details are illustrative of the invention and are not limiting for this.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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