DE102014210390A1 - Batteriezelle und Batterie - Google Patents

Batteriezelle und Batterie Download PDF

Info

Publication number
DE102014210390A1
DE102014210390A1 DE102014210390.8A DE102014210390A DE102014210390A1 DE 102014210390 A1 DE102014210390 A1 DE 102014210390A1 DE 102014210390 A DE102014210390 A DE 102014210390A DE 102014210390 A1 DE102014210390 A1 DE 102014210390A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
battery cell
cell
battery
housing
lithium
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Withdrawn
Application number
DE102014210390.8A
Other languages
English (en)
Inventor
Thomas Wöhrle
Karina Metzdorf
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE102014210390.8A priority Critical patent/DE102014210390A1/de
Publication of DE102014210390A1 publication Critical patent/DE102014210390A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/056Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes
    • H01M10/0564Accumulators with non-aqueous electrolyte characterised by the materials used as electrolytes, e.g. mixed inorganic/organic electrolytes the electrolyte being constituted of organic materials only
    • H01M10/0566Liquid materials
    • H01M10/0568Liquid materials characterised by the solutes
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/116Primary casings; Jackets or wrappings characterised by the material
    • H01M50/117Inorganic material
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/38Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of elements or alloys
    • H01M4/381Alkaline or alkaline earth metals elements
    • H01M4/382Lithium
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/36Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
    • H01M4/58Selection of substances as active materials, active masses, active liquids of inorganic compounds other than oxides or hydroxides, e.g. sulfides, selenides, tellurides, halogenides or LiCoFy; of polyanionic structures, e.g. phosphates, silicates or borates
    • H01M4/583Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx
    • H01M4/587Carbonaceous material, e.g. graphite-intercalation compounds or CFx for inserting or intercalating light metals
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • H01M10/0587Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle (1) mit mindestens einer Lithium-Ionen interkalierenden und deinterkalierenden Elektrode und einem festen Glasgehäuse (34), wobei die Elektrode in dem festen Glasgehäuse (34) angeordnet ist. Weiterhin wird eine Batterie mit einer derartigen Batteriezelle (1) angegeben.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle mit mindestens einer Lithium-Ionen interkalierenden und deinterkalierenden Elektrode sowie eine Batterie mit zumindest einer derartigen Batteriezelle.
  • Es zeichnet sich ab, dass in Zukunft bei stationären Anwendungen, in Fahrzeugen und im Consumer-Bereich vermehrt Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden, an die sehr hohe Anforderungen bzgl. Sicherheit, Zuverlässigkeit, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer gestellt werden.
  • Ein wichtiger Parameter der Leistungsfähigkeit ist die spezifische Energie der Batteriezelle, die im Folgenden auch kurz als Zelle bezeichnet wird. Die spezifische Energie einer Zelle wird in Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) angegeben. Die spezifische Energie, wie auch die Energiedichte (in Wh/l) einer Zelle, wird durch die sogenannten aktiven Materialien in der Anode und Kathode der Zelle bestimmt. Daneben sind in der Zeile auch sogenannte Passiv-Materialien wie beispielsweise Separatoren und EIektrodenverbinder für die Funktionalität der Zelle nötig. Es ist ein Bestreben der Hersteller, die Gewichte der passiven Materialien, dazu gehört unter anderem auch das Zellengehäuse, zu reduzieren, um entsprechend die Energiedichte oder die spezifische Energie der Batterie zu steigern.
  • Prädestiniert für ein breites Einsatzgebiet von Applikationen ist insbesondere die Lithium-Ionen-Technologie. Sie zeichnet sich unter anderem durch eine hohe Energiedichte und eine geringe Selbstentladung aus.
  • Damit eine Interkalation, bzw. eine Deinterkalation von Lithium-Ionen in den verwendeten Elektroden stattfindet, ist prinzipiell die Anwesenheit einer Elektrolytkomponente notwendig, die ein sogenanntes Lithium-Leitsalz enthält. Beispielsweise wird bei Lithium-Ionen-Zellen als Lithium-Leitsalz meist Lithium-Hexa-Fluorophosphat (LiPF6) eingesetzt. LiPF6 ist gegenüber Feuchtigkeit äußerst reaktiv und es erfolgt in mehreren Stufen Hydrolyse bis hin zu Fluorwasserstoff (HF).
  • Um eine Schädigung der Lithium-Ionen-Zelle durch Feuchte zu verhindern, wird in der Praxis oftmals ein Gehäuse mit einem metallischen Anteil verwendet. Eine Metallfolie oder ein Metallblech sind dabei die eigentliche Sperre gegen die Luftfeuchte, d. h verhindern den Eintritt von Feuchtigkeit. Ein rein metallisches Gehäuse kann zum Beispiel aus Aluminium bestehen und im kalten Tiefziehverfahren hergestellt werden.
  • Das metallische Gehäuse, zum Beispiel Aluminium- oder Edelstahl-basiert, ist nach außen naturgemäß elektrisch leitend. Es kann daher leicht zu elektrischen Isolationsproblemen im Hoch-Volt-Speicher-System zwischen den verschalteten Zellen kommen.
  • Im Falle von mechanischen Einwirkungen, z. B. während eines Crashs, und im Falle einer Zerstörung des Metallgehäuses, zum Beispiel einer Zersplitterung, können diese Gehäuse-Metallteile heftige interne Kurzschlüsse in der Zelle bewirken. Dies kann eine heftige Erwärmung, ein Öffnen der Zelle, eine Emission von Zellkomponenten als Rauch, eine Flammenbildung oder sogar eine Explosion hervorrufen. Dies wird vor allem beobachtet, wenn die Zelle im vollgeladenen Zustand ist.
  • DE 10 2010 030 367 A1 zeigt eine Batterie mit einem Gehäuse, in dem mindestens eine Batteriezelle und eine Vorrichtung zur Trocknung von im Gehäuseinnenraum befindlicher Luft angeordnet sind. Die Batterie weist dabei einen Formkörper aus einem porösen, Feuchtigkeit aufnehmenden Werkstoff auf, welcher einen Faserstoff, Holz, Kreide, Papier, ein Polymer oder Glas umfasst oder daraus besteht.
  • Es sind auch Alternativen zu rein metallischen Gehäusen bekannt. WO 2010/110565 A2 beschreibt ein Gehäuse für eine Batterie, welches aus einem Polybutylentherephthalat oder aus einer Glasfaser gefertigt ist. JP 2008-004506 A zeigt ein Batterieelement, welches in einem Kunstharzgehäuse aufgenommen ist, welches Wasserabsorptionsschichten aufweist.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein zum Stand der Technik alternatives Gehäuse für Lithium-Ionen-Zellen bereitzustellen. Das Gehäuse soll dabei die oben genannten Nachteile in Punkto Sicherheit vermindern oder sogar ausschließen und weiterhin mechanisch so stabil und sperrend gegen Feuchtigkeit sein, wie ein Metallgehäuse nach dem Stand der Technik. Zudem soll das erfindungsgemäße Zellgehäuse auch flexibler in der Volumengebung sein und weniger kostenintensiv hergestellt werden können.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Erfindungsgemäß wird dies durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale erreicht. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich anhand der Unteransprüche.
  • Eine Batteriezelle gemäß der Erfindung umfasst mindestens eine Lithium-Ionen interkalierende und deinterkalierende Elektrode und ein festes Glasgehäuse, wobei die Lithium-Ionen interkalierende und deinterkalierende Elektrode in dem festen Glasgehäuse angeordnet ist.
  • Vorteilhaft wird dabei ein geringeres Gewicht des Zellgehäuses erreicht, was einer höheren spezifischen Energie auf Zellebene entspricht. Weiterhin ist vorteilhaft, dass im Prinzip ohne weitere Verfahrensschritte sowohl eine elektrische Isolation nach außen als auch nach innen vorhanden ist. Vorteilhaft werden außerdem kostengünstige Materialien vorgeschlagen, deren Verarbeitung ebenfalls kostengünstig erfolgen kann. Vorteilhaft ist weiter, dass keine Gefahr mehr besteht, dass beispielsweise bei Unfällen Metall in die Zelle eintreten kann, was einer Erhöhung der Sicherheit im Gefahrfall vor allem bei mechanischer Einwirkung auf das Zellgehäuse entspricht.
  • Das Glasgehäuse ist bevorzugt optisch transparent. Somit können visuell oder mittels einem optischen Sensor die Zustände im Inneren der Zelle beobachtet, ausgewertet und studiert werden. Die optischen Sensoren sind dabei an ein Steuerungssystem gekoppelt, welches Auswerteeinheiten und Warnhinweisgeneratoren aufweist. Insbesondere bei stationären Applikationen oder bei Applikationen zu Validierungszwecken, welche auch als Abuse-Tests bezeichnet werden, ist es interessant, beispielsweise die Quelle einer Hitzeentwicklung zu detektieren. Aber auch bei normalem Betrieb können durch optische Sensoren unnormale Zustände detektiert werden, beispielsweise ein Auftreten von Kohlendioxid oder generell eine Gasentwicklung in der Zelle.
  • Nach einer Ausführungsform ist das Glasgehäuse aus einem Kalk-Natron-Glas gefertigt. Das Kalk-Natron-Glas umfasst dabei Siliziumdioxidanteile, Natriumoxidanteile und Kalziumoxidanteile. Das Kalk-Natron-Glas kann insbesondere Normalglas mit einer chemischen Zusammensetzung Na2O·CaO·6SiO2 sein.
  • Bevorzugt umfasst der Siliziumdioxidanteil des Glasgehäuses mindestens 40 Gew.-%. Besonders gute Ergebnisse konnten mit Kalk-Natron-Gläsern erhalten werden, welche eine chemische Zusammensetzung der Formel s = 3(n2 + 1) aufweisen, wobei s die Molzahl des Siliziumdioxids und n das Molverhältnis von Natriumoxid zu Kalziumoxid angibt.
  • Bei den verwendeten Glasgehäusen hat sich herausgestellt, dass diese gegen Wassermoleküle ebenso sperrend sind wie beispielsweise eine Aluminiumwalzfolie.
  • Nach einer Ausführungsform enthält das Glasgehäuse außerdem Boroxidanteile und Aluminiumoxidanteile. Durch Verwendung von Bor- und Aluminiumoxid konnte die Widerstandsfähigkeit des Glases gegen Wasser, Säuren und Laugen stark erhöht werden.
  • Nach einer Ausführungsform weist die Batteriezelle ein Lithium-Leitsalz auf, welches LiPF6 enthält. Vorteilhaft hat sich herausgestellt, dass die prinzipielle Anwesenheit von Fluorwasserstoff (HF) in der Zelle bei Verwendung des Leitsalzes LiPF6 für das feste Glasgehäuse unproblematisch ist. Bevorzugt wird dabei die Menge von LiPF6 bei der Fertigung der Zelle auf höchstens 200 ppm begrenzt. In diesem Fall kann der Fluorwasserstoff mit dem Siliziumdioxid in der Zelle abreagieren, nämlich gemäß SiO2 + 4HF → SiF4 + 2H2O.
  • Das entstehende Wasser ist so wenig in der Zelle konzentriert, dass es wiederum langsam zu HF mit LiPF6 hydrolysiert.
  • Nach einer Ausführungsform ist die Elektrode eine Anode oder, mit anderen Worten eine anodische Elektrode. Mit Anode wird eine Elektrode bezeichnet, die beim Anschluss an einen Verbraucher, also beispielsweise beim Betrieb eines Elektrofahrzeugs, Elektronen abgibt. Die Anode ist in diesem Fall die negative Elektrode.
  • Die Anode kann eine Trägerfolie aufweisen, welche bevorzugt Kupfer enthält. Außerdem ist bevorzugt vorgesehen, dass die Anode einen Graphit, Kohlenstoff oder Mischungen daraus enthält. Alternativ hierzu kann vorgesehen sein, dass die Anode ein metallisches Lithium enthält.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform ist die Elektrode eine Kathode oder, mit anderen Worten, eine kathodische Elektrode. Die Kathode bezeichnet dabei die Elektrode, die beim Anschluss an einen Verbraucher, d. h. bei einer Entladung der Batterie, beispielsweise beim Betrieb eines Elektrofahrzeugs, Elektronen aufnimmt. Die Kathode ist in diesem Fall die positive Elektrode.
  • Die kathodische Elektrode kann eine Trägerfolie aufweisen, welche bevorzugt Aluminium enthält. Die aktiven Schichten der kathodischen Elektrode enthalten ein Material, welches Lithium in ionischer Form reversibel einlagern (Interkalation) oder wiederauslagern (Deinterkalation) kann.
  • Die kathodische Elektrode enthält besonders bevorzugt ein lithiiertes Übergangsmetalloxid in einer Schichtstruktur, wie beispielsweise Lithium-Kobalt-Oxid (LiCoO2), ein Lithium enthaltendes Spinell wie LiMn2O4 oder ein Olivin wie LiFe(PO4). Die genannten Kathoden-Materialien sind gut verfügbar und zu akzeptablen Preisen zu beschaffen.
  • Die Kathode kann weiterhin Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Mischoxide (NCM) in einer chemischen Zusammensetzung Li[Con1Mn2Nin3]O2 aufweisen, wobei n1 + n2 + n3 = 1 ist und wobei n1, n2 und n3 beispielsweise gleich groß gewählt sein können. Es können auch andere Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Mischoxide eingesetzt mit der allg. Formel Ni0.6Co0.2Mn0.2. eingesetzt werden. Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Mischoxide können zur Stabilisierung dotiert sein, insbesondere mit Übergangsmetallen. Die Kathode kann auch eine Lithium-Manganoxid-Schicht aufweisen (LMO-Schicht), welche beispielsweise reines Lithium-Manganoxid der Formel LiMn2O4 oder modifizierte Lithium-Manganoxide enthält, und welche außerdem zur Stabilisierung dotiert und beschichtet sein kann. Die Kathode kann außerdem eine Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumoxidschicht aufweisen (NCA-Schicht), welche eine hohe Leistung und eine lange Lebensdauer der Elektrode verspricht.
  • Das feste Glasgehäuse kann beispielsweise in einem Heiß-Glasgießprozess gefertigt sein. Durch den Heiß-Glasgießprozess kann eine freie Formgebung des Gehäuses erfolgen. Insbesondere können dabei die Gehäusedicke, die Gehäuselänge, -breite und -höhe vorteilhaft den jeweiligen Anwendungsmöglichkeiten angepasst werden.
  • Nach einer weiteren Ausführungsform weist das Glasgehäuse abgerundete Ecken auf. Dies ermöglicht eine bessere Anpassung des Gehäuses an eine gewickelte Batteriezelle (jelly roll, Abk. J/R), welche nicht in eine ideale prismatische Form gebracht werden kann. Die abgerundeten Ecken erlauben eine verbesserte mechanische Halterung des Wickels im Gehäuse, wobei Positionierelemente überflüssig werden, die sonst den Wickel in Position halten müssen. Vorteilhaft wird dabei sehr wenig freier Flüssigelektrolyt im Zellinneren benötigt, da ein Leerraum verringert wird. Außerdem ergibt sich ein verbesserter thermischer Übergang, sowie eine gleichmäßigere Temperaturverteilung, welche eine längere Lebensdauer der Lithium-Ionen-Zelle erwarten lässt. Im Bereich der Rundungen ist eine Kontaktierung des Wickels verbessert möglich, was ebenfalls eine verbesserte Lebensdauer der Lithium-Ionen-Zelle erwarten lässt. Ein weiterer zusätzlicher positiver Effekt des Zellengehäuses ist die Tatsache, dass das starre feste Zellengehäuse einen äußeren Druck auf die Wickel ausübt, was die Kontaktierung verbessert, insbesondere im Vergleich zu Weichkörperzellengehäusen (pouch packaging, soft pack).
  • Im Gießverfahren sind viele Formen denkbar, die es ermöglichen, Batterien optimal in Fahrzeugen unterzubringen.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung umfasst eine Batterie zumindest eine derartige Batteriezelle.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung sieht vor, Hartkörperzellengehäuse, welche im englischen und im technischen Sprachgebrauch auch als Hardcases bezeichnet werden, ausschließlich aus Glas-basierten Werkstoffen herzustellen. Gläser besitzen eine ausreichende Temperaturbeständigkeit, äußerst gute Chemikalienbeständigkeit und elektrochemische Stabilität und eine hervorragende mechanische Stabilität bei Nichteinwirkung von Vibration oder Schlag. Die Zellen können mit geringeren Kosten hergestellt werden und bieten weitere positive Eigenschaften wie eine elektrische Isolation nach außen und wesentlich geringeres Gewicht und verbessertes Sicherheitsverhalten im Gefahrfall.
  • Im Vergleich zu metallischen Hartkörperzellengehäusen ist das relativ verringerte Gewicht vorteilhaft. Im Vergleich zu Weichkörperzellengehäusen ist die verbesserte mechanische Festigkeit vorteilhaft.
  • Die Batteriezelle und Batterie können dabei sowohl bei stationären Anwendungen eingesetzt werden, zum Beispiel bei Windkraftanlagen, als auch in Fahrzeugen, in Hybrid- und Elektrofahrzeugen, beispielsweise HEV, PHEV, EV oder Micro-Hybrid. Insbesondere können Batteriezelle und Batterie auch im Consumer-Bereich, zum Beispiel bei Laptops, Mobiltelefonen, MP3-Player oder Powertools eingesetzt werden.
  • Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:
  • 1 verschiedene Gehäuse- und Verpackungstypen von Batteriezellen,
  • 2 Zellen, Module und Packs in beispielhafter Ausführungsform und
  • 3 ein beispielhaftes Herstellungsverfahren einer erfindungsgemäßen Batteriezelle.
  • In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleicher oder ähnliche Komponenten mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei in Einzelfällen auf eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 1a zeigt eine Batteriezelle 1 in Form einer Pouch-Zelle 2. Der Begriff Batteriezelle 1 wird im Rahmen der Erfindung äquivalent zu den Begriffen galvanisches Element und Zelle verwendet.
  • Die Pouch-Zelle 2 umfasst ein weiches Gehäuse 4, beispielsweise eine Folienverpackung, welche beispielsweise aus einem Aluminium oder einem Verbundstoff bestehen kann. Die Pouch-Zelle 2 ist im Wesentlichen wie ein flacher Quader ausgebildet und kann einen Zellwickel 18 oder mehrere Zellwickel 18 in dem Gehäuse 4 aufnehmen. Die Pouch-Zelle 2 umfasst außerdem zwei Terminale 6, welche zur elektrischen Kontaktierung der Pouch-Zelle 2 vorgesehen sind.
  • 1b zeigt eine weitere Batteriezelle 1, welche als eine prismatische Zelle 8 ausgeführt ist. Die prismatische Zelle 8 umfasst ein im Wesentlichen quaderförmiges Gehäuse 4, welches im Gegensatz zum Weichkörperzellengehäuse der Pouch-Zelle 2 ein Hartkörperzellengehäuse ist. Das Gehäuse 4 kann wiederum aus Aluminium bestehen und beispielsweise im kalten Tiefziehverfahren hergestellt werden. Das Gehäuse 4 umfasst außerdem eine Abschlussplatte 30, welche oberseitig angeordnet ist und Öffnungen für die Terminale 6 aufweist sowie eine Berstöffnung 10 und eine Befüllöffnung 36. Über die Befüllöffnung 36 wird nach Bestückung des Gehäuses 4 mit einem oder mehreren Zellwickeln 18 (nicht dargestellt) ein flüssiger Elektrolyt eingefüllt, mit welchem sich der oder die Zellwickel 18 vollsaugen. Bei einer Havarie der Batteriezelle 1 wird über die Berstöffnung 10 erreicht, dass Flüssigkeiten und Gase an einer definierten Stelle austreten, so dass ein Gefahrenmanagement erfolgen kann.
  • 1c zeigt eine Batteriezelle 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform als eine zylindrische Zelle 12. Die zylindrische Zelle 12 umfasst oberseitig und unterseitig die Terminale 6 und ein metallisches zylinderförmiges Gehäuse 4, wobei anstelle eines unterseitigen zweiten Terminals 6 auch das Gehäuse 4 als zweites Terminal 6 dienen kann.
  • 2 zeigt eine Batteriezelle 1, ein Batteriemodul 14 und eine Batterie 16.
  • Die Batteriezelle 1 ist hier beispielhaft die prismatische Zelle 8, welche wie mit Bezug zu 1b beschrieben wurde.
  • Mehrere dieser Batteriezellen 1 werden zu dem Batteriemodul 14 verschaltet, wobei diese sowohl seriell als auch parallel miteinander verschaltet sein können, um die geforderten Leistungsdaten zu erreichen. Die Verschaltung erfolgt dabei typischerweise über Zellverbinder, welche oftmals als Metallplatten ausgeführt sind.
  • Mehrere dieser Batteriemodule 14 werden zu der Batterie 16 zusammengeschaltet, wobei die Batterie 16 im Rahmen der Erfindung auch als ein Batteriepack bezeichnet wird. Derartige Batterien 16 können beispielsweise in einem Kraftfahrzeug verwendet werden, wo beispielsweise die Batterie 16 mit einem Antriebssystem des Kraftfahrzeugs verbunden ist.
  • 3 zeigt ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 1. In einem ersten Schritt S1 wird ein Zellwickel 18 hergestellt, wobei in bekannter Weise Kathodenlagen, Anodenlagen und, diese isolierend, Separatorlagen aufgewickelt werden, so dass, wie dargestellt, seitlich erste und zweite Stromkollektoren 20, 22 herausstehen, über welche eine elektrische Kontaktierung der Kathoden- und Anodenlagen erfolgt.
  • In einem zweiten Schritt S2 erfolgt eine Zusammensetzung einer Deckelgruppe 24, welche die Abschlussplatte 30, erste und zweite Stromabnehmer 26, 28 sowie Befestigungs- und Dichtungselemente 32 umfasst.
  • Der Zellwickel 18 und die Deckelgruppe 24 werden an den ersten und zweiten Stromkollektoren 20, 22 und den ersten und zweiten Stromabnehmern 26, 28 in einem dritten Schritt S3 miteinander verschweißt. Hierbei können auch mehrere Zellwickel 18 gemeinsam mit einer Deckelgruppe 24 verschweißt werden, falls dies vorgesehen ist.
  • Abschließend wird in einem vierten Schritt S4 der Zellwickel 18 mit der daran verschweißten Deckelgruppe 24 in ein Glasgehäuse 34 eingesetzt, welches mit den beschriebenen Materialien und in der beschriebenen Form vorliegt. Das Glasgehäuse 34 kann beispielsweise durch ein Heiß-Glasgießverfahren gefertigt sein und insbesondere abgerundete Ecken aufweisen, um der Form des Zellwickels 18 zu folgen.
  • Die Abschlussplatte 30 ist in einigen Ausführungsformen ebenfalls aus Glas gefertigt, wobei eine Verbindung des noch offenen Glasgehäuses 34 mit der Abschlussplatte 30 beispielsweise durch Laserschmelzen erfolgen kann.
  • Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
  • 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 102010030367 A1 [0009]
    • WO 2010/110565 A2 [0010]
    • JP 2008-004506 A [0010]

Claims (11)

  1. Batteriezelle (1) mit mindestens einer Lithium-Ionen interkalierenden und deinterkalierenden Elektrode und einem festen Glasgehäuse (34), wobei die Lithium-Ionen interkalierende und deinterkalierende Elektrode in dem festen Glasgehäuse (34) angeordnet ist.
  2. Batteriezelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasgehäuse (34) aus einem Kalk-Natron-Glas gefertigt ist.
  3. Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Siliziumdioxidanteil des Glasgehäuses (34) mindestens 40 Gew.-% beträgt.
  4. Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasgehäuse (34) einen Bor- und Aluminiumoxidanteil aufweist.
  5. Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche mit einem Lithium-Leitsalz, welches LiPF6 enthält.
  6. Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (1) eine negative Elektrode aufweist, welche einen Graphit, Kohlenstoff oder Mischungen daraus enthält.
  7. Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (1) eine negative Elektrode aufweist, welche ein metallisches Lithium enthält.
  8. Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (1) eine positive Elektrode aufweist, welche ein lithiiertes Übergangsmetalloxid in einer Schichtstruktur, ein Lithium enthaltendes Spinell oder ein Olivin enthält.
  9. Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasgehäuse (34) in einem Heiß-Glasgießprozess gefertigt ist.
  10. Batteriezelle (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Glasgehäuse (34) abgerundete Ecken aufweist.
  11. Batterie (16) mit zumindest einer Batteriezelle (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9.
DE102014210390.8A 2014-06-03 2014-06-03 Batteriezelle und Batterie Withdrawn DE102014210390A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014210390.8A DE102014210390A1 (de) 2014-06-03 2014-06-03 Batteriezelle und Batterie

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102014210390.8A DE102014210390A1 (de) 2014-06-03 2014-06-03 Batteriezelle und Batterie

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102014210390A1 true DE102014210390A1 (de) 2015-12-03

Family

ID=54481325

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE102014210390.8A Withdrawn DE102014210390A1 (de) 2014-06-03 2014-06-03 Batteriezelle und Batterie

Country Status (1)

Country Link
DE (1) DE102014210390A1 (de)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3358644A1 (de) 2017-02-03 2018-08-08 Lithium Energy and Power GmbH & Co. KG Batteriezelle und batteriemodul
EP3358648A1 (de) 2017-02-03 2018-08-08 Lithium Energy and Power GmbH & Co. KG Vorrichtung zur entladung einer batteriezelle und batteriezelle
DE102018132716A1 (de) 2018-12-18 2020-06-18 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Energiespeicherzelle mit Zell-Stapel und Hardcase-Gehäuse und Verfahren zum Herstellen derselben
DE102021111629A1 (de) 2021-05-05 2022-11-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Elektrischer Verbund von Batteriezellen und Verfahren zur Herstellung desselben

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008004506A (ja) 2006-06-26 2008-01-10 Sony Corp 非水電解質二次電池および電池パック、ならびに非水電解質二次電池および電池パックの作製方法。
WO2010110565A2 (ko) 2009-03-24 2010-09-30 에스케이에너지 주식회사 누전 방지용 외장 부재 및 이를 구비하는 차량용 배터리 팩
DE102010030367A1 (de) 2010-06-22 2011-12-22 Sb Limotive Company Ltd. Batterie mit einem Formkörper aus einem porösen, Feuchtigkeit aufnehmenden Werkstoff zum Feuchtigkeitstransport aus dem Batteriegehäuse

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008004506A (ja) 2006-06-26 2008-01-10 Sony Corp 非水電解質二次電池および電池パック、ならびに非水電解質二次電池および電池パックの作製方法。
WO2010110565A2 (ko) 2009-03-24 2010-09-30 에스케이에너지 주식회사 누전 방지용 외장 부재 및 이를 구비하는 차량용 배터리 팩
DE102010030367A1 (de) 2010-06-22 2011-12-22 Sb Limotive Company Ltd. Batterie mit einem Formkörper aus einem porösen, Feuchtigkeit aufnehmenden Werkstoff zum Feuchtigkeitstransport aus dem Batteriegehäuse

Cited By (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP3358644A1 (de) 2017-02-03 2018-08-08 Lithium Energy and Power GmbH & Co. KG Batteriezelle und batteriemodul
EP3358648A1 (de) 2017-02-03 2018-08-08 Lithium Energy and Power GmbH & Co. KG Vorrichtung zur entladung einer batteriezelle und batteriezelle
WO2018141444A1 (en) 2017-02-03 2018-08-09 Lithium Energy and Power GmbH & Co. KG Device for discharging a battery cell and battery cell
WO2018141439A1 (en) 2017-02-03 2018-08-09 Lithium Energy and Power GmbH & Co. KG Battery cell and battery module
DE102018132716A1 (de) 2018-12-18 2020-06-18 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Energiespeicherzelle mit Zell-Stapel und Hardcase-Gehäuse und Verfahren zum Herstellen derselben
DE102021111629A1 (de) 2021-05-05 2022-11-10 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Elektrischer Verbund von Batteriezellen und Verfahren zur Herstellung desselben

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP3791437B1 (de) Wiederaufladbare batteriezelle
DE69829711T2 (de) Lithium Sekundärbatterie
DE69829818T2 (de) Verwendung einer Lithium Sekundärbatterie in einem elektrischen oder Hybrid-Fahrzeug
DE112012004170B4 (de) Hermetisch abgedichtete Lithiumsekundärbatterie
EP2980887B1 (de) Batterie mit nichtwässrigem elektrolyten, batteriemodul und batteriepack
EP2791990B1 (de) Hartschalenzellgehäuse mit dampfsperrschicht
DE102010030197A1 (de) Lithium-Ionen-Zelle
DE102011088636A1 (de) Hartschalengehäuse mit superhydrophoben Material
DE102011017105A1 (de) Lithium-Ionen-Batterie mit hoher Spannung
DE112015001082T5 (de) Sekundärbatterie mit nicht-wässrigem Elektrolyten
EP3703161A1 (de) Wiederaufladbare batteriezelle mit einem aktiven elektrodendepolarisator
DE102011109137A1 (de) Lithiumionen-Batterie
WO2020221564A1 (de) Wiederaufladbare batteriezelle
WO2013017217A1 (de) Lithiumionen-batterie
DE102016217705A1 (de) Faserverstärkte Sinterelektrode
DE102014210390A1 (de) Batteriezelle und Batterie
DE102010020992A1 (de) Additiv für Elektrolyte in wiederaufladbaren Lithiumionen-Batterien
EP2514019B1 (de) Lithium-ionen-batterie
DE112017007079T5 (de) Verfahren zum stabilisieren von lithiumtitanatoxid (lto) durch elektrolytvorbehandlung
DE102012213919A1 (de) Batteriezelle, Batterie, Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle und Kraftfahrzeug
DE102011120879A1 (de) Batterie
DE102013202500A1 (de) Galvanisches Element, Batteriesystem sowie Kraftfahrzeug
DE102014201539A1 (de) Batteriegehäuse und Batterie aufweisend ein Batteriegehäuse
EP2777086A1 (de) Batteriezelle mit füllkörper und additiv, batteriezellenmodul, batterie und kraftfahrzeug
DE102019204105A1 (de) Batteriezelle mit einer verbesserten Kühlung

Legal Events

Date Code Title Description
R119 Application deemed withdrawn, or ip right lapsed, due to non-payment of renewal fee