DE102016205160A1

DE102016205160A1 - Batteriezelle

Info

Publication number: DE102016205160A1
Application number: DE102016205160.1A
Authority: DE
Inventors: Silvan Poller; Holger Reinshagen; Daniel Sauerteig
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-03-30
Filing date: 2016-03-30
Publication date: 2017-10-05
Also published as: CN107275524A; CN107275524B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle (2), umfassend ein Zellengehäuse (3), in welchem eine Elektrodeneinheit (10) angeordnet ist, wobei die Elektrodeneinheit (10) eine mit einem negativen Terminal (11) verbundene Anode (21) und eine mit einem positiven Terminal (12) verbundene Kathode (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass Dabei ist die Elektrodeneinheit (10) als Elektrodenstapel ausgeführt, welcher mehrere Schichten der Anode (21) und mehrere Schichten der Kathode (22) aufweist, die in einer Stapelrichtung (x) übereinander gestapelt sind, und das Zellengehäuse (3) ist prismatisch ausgebildet, wobei alle Flächen des Zellengehäuses (3) parallel oder rechtwinklig zu der Stapelrichtung (x) verlaufen, und das Zellengehäuse (3) weist ein erstes Gehäuseteil (61), welches das negative Terminal (11) bildet, und ein zweites Gehäuseteil (62), welches das positive Terminal (12) bildet, auf.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle, die ein Zellengehäuse umfasst, in welchem eine Elektrodeneinheit angeordnet ist, wobei die Elektrodeneinheit eine mit einem negativen Terminal verbundene Anode und eine mit einem positiven Terminal verbundene Kathode aufweist.
Stand der Technik
Elektrische Energie ist mittels Batterien speicherbar. Batterien wandeln chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie um. Hierbei werden Primärbatterien und Sekundärbatterien unterschieden. Primärbatterien sind nur einmal funktionsfähig, während Sekundärbatterien, die auch als Akkumulator bezeichnet werden, wieder aufladbar sind. In einem Akkumulator finden insbesondere sogenannte Lithium-Ionen-Batteriezellen Verwendung. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten, thermische Stabilität und eine äußerst geringe Selbstentladung aus.
Lithium-Ionen-Batteriezellen weisen eine positive Elektrode, die auch als Kathode bezeichnet wird, und eine negative Elektrode, die auch als Anode bezeichnet wird, auf. Die Kathode sowie die Anode umfassen je einen Stromableiter, auf den ein Aktivmaterial aufgebracht ist. Die Elektroden der Batteriezelle sind folienartig ausgebildet und unter Zwischenlage eines Separators, welcher die Anode von der Kathode trennt, zu einem Elektrodenwickel gewunden oder zu einem Elektrodenstapel mit mehreren Elektrodenlagen gestapelt. Die beiden Elektroden der Elektrodeneinheit sind elektrisch mit Polen der Batteriezelle verbunden, welche auch als Terminals bezeichnet werden. Die Elektroden und der Separator sind von einem in der Regel flüssigen Elektrolyt umgeben.
Eine gattungsgemäße Batteriezelle, die eine Elektrodeneinheit mit einer Anode und einer Kathode umfasst, ist beispielsweise aus der DE 10 2012 223 796 A1 bekannt. Die Batteriezelle weist dabei ein Zellengehäuse auf, welches beispielsweise aus einem Metall gefertigt und prismatisch, insbesondere quaderförmig, ausgestaltet ist. Die Anode und die Kathode sind mittels Kollektoren mit Terminals verbunden, die außerhalb des Zellengehäuses angeordnet sind.
Aus der US 2012/0276437 ist eine Batteriezelle bekannt, die einen Elektrodenstapel aufweist, der in einem metallischen Gehäuse angeordnet ist. Das Gehäuse umfasst dabei zwei Gehäuseteile, die durch eine Dichtung elektrisch voneinander isoliert sind. Die Anode und die Kathode des Elektrodenstapels weisen dabei Kontaktfahnen auf, die mit je einem der Gehäuseteile elektrisch verbunden sind. Die Gehäuseteile bilden somit die Terminals der Batteriezelle.
Auch aus der JP 2011-154784 ist eine Batteriezelle bekannt, die einen in einem metallischen Gehäuse angeordneten Elektrodenstapel aufweist. Das Gehäuse umfasst dabei ebenfalls zwei Gehäuseteile, welche die Terminals der Batteriezelle bilden.
Offenbarung der Erfindung
Es wird eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batteriezelle, vorgeschlagen, die ein Zellengehäuse umfasst, in welchem eine Elektrodeneinheit angeordnet ist. Die Elektrodeneinheit weist dabei eine Anode, die mit einem negativen Terminal der Batteriezelle elektrisch verbunden ist, und eine Kathode, die mit einem positiven Terminal der Batteriezelle elektrisch verbunden ist, auf.
Erfindungsgemäß ist die Elektrodeneinheit als Elektrodenstapel ausgeführt, welcher mehrere Schichten der Anode und mehrere Schichten der Kathode aufweist. Die Schichten der Anode und die Schichten der Kathode sind dabei in einer Stapelrichtung übereinander gestapelt. Das Zellengehäuse ist prismatisch ausgebildet, wobei alle Flächen des Zellengehäuses parallel oder rechtwinklig zu der Stapelrichtung verlaufen. Das Zellengehäuse weist ein erstes Gehäuseteil, welches das negative Terminal bildet, und ein zweites Gehäuseteil, welches das positive Terminal bildet, auf.
Als Prisma wird in diesem Zusammenhang ein Körper bezeichnet, dessen Seitenlängen gleich lang sind, und dessen Grundfläche ein Vieleck ist. Das Zellengehäuse der Batteriezelle hat dabei die Form eines geraden Prismas, wobei die Grundfläche des Prismas rechtwinklig zu der Stapelrichtung der Elektrodeneinheit steht.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind das erste Gehäuseteil, welches das negative Terminal bildet, und das zweite Gehäuseteil, welches das positive Terminal bildet, elektrisch leitend, insbesondere metallisch, ausgeführt. Dabei sind das erste Gehäuseteil und das zweite Gehäuseteil durch einen umlaufenden Isolator elektrisch voneinander isoliert.
Vorteilhaft ragt der Isolator in ein Anbauelement hinein, welches einen Kühlkanal und/oder einen Spannungsabgriff und/oder einen Sensor aufweist. Somit ist das Anbauelement fest mit dem Zellengehäuse der Batteriezelle verbunden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist die Anode Kontaktfahnen auf, und die Kathode weist Kontaktfahnen auf. Dabei ragen die Kontaktfahnen der Anode und die Kontaktfahnen der Kathode an gegenüberliegenden Seiten aus der als Elektrodenstapel ausgeführten Elektrodeneinheit heraus.
Vorzugsweise sind die Kontaktfahnen der Anode dabei unmittelbar mit dem ersten Gehäuseteil verbunden. Ebenso sind vorzugsweise die Kontaktfahnen der Kathode unmittelbar mit dem zweiten Gehäuseteil verbunden. Vorzugsweise wird also ein zusätzlicher Kollektor, welcher die Kontaktfahnen mit den Gehäuseteilen verbindet, nicht benötigt und nicht eingesetzt.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Kontaktfahnen der Anode stoffschlüssig mit dem ersten Gehäuseteil verbunden. Ebenso sind die Kontaktfahnen der Kathode vorteilhaft stoffschlüssig mit dem zweiten Gehäuseteil verbunden.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die Kontaktfahnen der Anode formschlüssig mit dem ersten Gehäuseteil verbunden. Ebenso sind die Kontaktfahnen der Kathode vorteilhaft formschlüssig mit dem zweiten Gehäuseteil verbunden.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist eine rechtwinklig zu der Stapelrichtung stehende Grundfläche des prismatischen Zellengehäuses eine hexagonale Form auf.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das erste Gehäuseteil eine konvexe Ausbuchtung auf. Ebenso weist das zweite Gehäuseteil eine konvexe Ausbuchtung. Durch die konvexen Ausbuchtungen ist eine elektrische Kontaktierung der die Terminals der Batteriezelle bildenden Gehäuseteile erleichtert.
Eine erfindungsgemäße Batteriezelle findet vorteilhaft Verwendung in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV), in einem Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV), in einer stationären Batterie, insbesondere zur Netzstabilisierung in Haushalten, in einer Batterie in einer marinen Anwendung, beispielsweise beim Schiffsbau oder in Jet-Skis, oder in einer Batterie in einer aeronautischen Anwendung, insbesondere beim Flugzeugbau. Auch weitere Anwendungen sind denkbar.
Vorteile der Erfindung
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung der Batteriezelle ist das elektrochemisch nutzbare Volumen innerhalb des Zellengehäuses vorteilhaft erhöht. Dies gilt insbesondere, wenn die Kontaktfahnen der Elektroden unmittelbar mit den Gehäuseteilen verbunden sind, wodurch zusätzliche Kollektoren zur Anbindung der Elektroden an die Terminals nicht erforderlich sind. Eingespartes Volumen ist beispielsweise für eine externe Sensorik oder für ein Kühlsystem nutzbar. Ferner ist eine Verbindung mehrerer Batteriezellen miteinander bei effektiver Ausnutzung eines verfügbaren Volumens möglich. Durch die Anordnung der Kontaktfahnen der Elektroden an gegenüberliegenden Seiten ist die Stromdichte innerhalb der Elektrodeneinheit homogenisiert, was zu einer verlängerten Lebensdauer der Batteriezelle führt.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:
1 eine schematische Schnittdarstellung einer Batteriezelle,
2 eine schematische, teiltransparente Darstellung einer Batteriezelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel,
3 eine schematische Darstellung eines Zuschnitts einer Elektrode für die Batteriezelle aus 2,
4 eine schematische, teiltransparente Darstellung einer Batteriezelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel,
5 eine schematische Darstellung des Zuschnitts einer Elektrode für die Batteriezelle aus 4,
6 eine schematische, teiltransparente Darstellung einer Batteriezelle gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel,
7 eine schematische, teiltransparente Darstellung einer Batteriezelle gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel,
8 eine schematische Schnittdarstellung einer Batteriezelle mit einer möglichen Verbindung von Kontaktfahnen mit einem Gehäuseteil,
9 eine schematische Schnittdarstellung einer Batteriezelle mit einer anderen möglichen Verbindung von Kontaktfahnen mit einem Gehäuseteil,
10 eine schematische Schnittdarstellung einer Batteriezelle mit einer weiteren möglichen Verbindung von Kontaktfahnen mit einem Gehäuseteil,
11 eine schematische Schnittdarstellung einer Batteriezelle mit noch einer möglichen Verbindung von Kontaktfahnen mit einem Gehäuseteil,
12 eine schematische Schnittdarstellung einer Batteriezelle mit noch einer weiteren möglichen Verbindung von Kontaktfahnen mit einem Gehäuseteil,
13 eine schematische, teiltransparente Detailansicht der Batteriezelle aus 2 mit einem Anbauelement und
14 eine schematische Schnittdarstellung der Batteriezelle aus 13.
Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
1 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Batteriezelle 2. Die Batteriezelle 2 umfasst ein Zellengehäuse 3, welches elektrisch leitend ausgeführt ist. Das Zellengehäuse 3 weist ein erstes Gehäuseteil 61 und ein zweites Gehäuseteil 62 auf, welche durch einen umlaufenden Isolator 50 elektrisch voneinander isoliert sind. Die Gehäuseteile sind aus einem Metall, beispielsweise aus Aluminium, gefertigt. Das erste Gehäuseteil 61 bildet ein negatives Terminal 11, und das zweite Gehäuseteil 62 bildet ein positives Terminal 12. Über die Terminals 11, 12 kann eine von der Batteriezelle 2 zur Verfügung gestellte Spannung abgegriffen werden. Ferner kann die Batteriezelle 2 über die Terminals 11, 12 auch geladen werden.
Innerhalb des Zellengehäuses 3 der Batteriezelle 2 ist eine als Elektrodenstapel ausgebildete Elektrodeneinheit 10 angeordnet, welcher zwei Elektroden, nämlich eine Anode 21 und eine Kathode 22, aufweist. Die Anode 21 und die Kathode 22 sind jeweils folienartig ausgeführt und weisen jeweils mehrere Schichten auf. Die Schichten der Anode 21 und die Schichten der Kathode 22 sind unter Zwischenlage je einer Schicht eines folienartigen Separators 18 in einer Stapelrichtung x übereinander gestapelt.
Das Zellengehäuse 3 ist prismatisch ausgebildet. Das Zellengehäuse 3 weist dabei eine Grundfläche und eine Deckfläche auf, welche deckungsgleich sind, und welche parallel zueinander sowie rechtwinklig zu der Stapelrichtung x orientiert sind. Ferner weist das Zellengehäuse 3 mehrere Seitenflächen auf, welche parallel zu der Stapelrichtung x orientiert sind.
Die Anode 21 umfasst ein anodisches Aktivmaterial 41, welches folienartig ausgeführt ist. Die Anode 21 umfasst ferner einen Stromableiter 31, welcher ebenfalls folienartig ausgebildet und elektrisch leitfähig ist. Das anodische Aktivmaterial 41 ist vorliegend beidseitig des Stromableiters 31 der Anode 21 angeordnet und mit diesem verbunden. Die Kathode 22 umfasst ein kathodisches Aktivmaterial 42, welches folienartig ausgeführt ist. Die Kathode 22 umfasst ferner einen Stromableiter 32, welcher ebenfalls folienartig ausgebildet und elektrisch leitfähig ist. Das kathodische Aktivmaterial 42 ist vorliegend beidseitig des Stromableiters 32 der Kathode 22 angeordnet und mit diesem verbunden.
Die Stromableiter 31 der Schichten der Anode 21 weisen jeweils in einem Endbereich eine Kontaktfahne 35 der Anode 21 auf, welche aus der Elektrodeneinheit 10 heraus ragt. Die Stromableiter 32 der Schichten der Kathode 22 weisen jeweils in einem Endbereich eine Kontaktfahne 36 der Kathode 22 auf, welche aus der Elektrodeneinheit 10 heraus ragt. Die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 und die Kontaktfahnen 36 der Kathode 22 ragen dabei in einer Längsrichtung y an gegenüberliegenden Seiten aus der Elektrodeneinheit 10 heraus. Die Längsrichtung y steht dabei rechtwinklig zu der Stapelrichtung x. Eine im Folgenden auch verwendete Querrichtung z steht rechtwinklig zu der Stapelrichtung x und rechtwinklig zu der Längsrichtung y.
Die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 sind zu dem ersten Gehäuseteil 61 geführt und an einer negativen Anbindungsstelle 71 mit diesem verbunden. Somit ist das negative Terminal 11 der Batteriezelle 2 elektrisch mit der Anode 21 verbunden. Die Kontaktfahnen 36 der Kathode 22 sind zu dem zweiten Gehäuseteil 62 geführt und an einer positiven Anbindungsstelle 72 mit diesem verbunden. Somit ist das positive Terminal 12 der Batteriezelle 2 elektrisch mit der Kathode 22 verbunden.
2 zeigt eine schematische, teiltransparente Darstellung einer Batteriezelle 2 gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel. Die Grundfläche des Zellengehäuses 3 weist dabei eine hexagonale Form auf. Das Zellengehäuse 3 weist zwei Seitenflächen auf, welche rechtwinklig zu der Längsrichtung y orientiert sind. Das Zellengehäuse 3 weist ferner zwei Seitenflächen auf, welche rechtwinklig zu der Querrichtung z orientiert sind. Ferner weist das Zellengehäuse 3 zwei Seitenflächen auf, welche unter einem Winkel von vorliegend 45° geneigt zu der Längsrichtung y und zu der Querrichtung z orientiert sind. An einer dieser beiden Seitenflächen befindet sich die negative Anbindungsstelle 71, an welcher die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 mit dem ersten Gehäuseteil 61 verbunden sind. An der anderen dieser beiden Seitenflächen befindet sich die positive Anbindungsstelle 72, an welcher die Kontaktfahnen 36 der Kathode 22 mit dem zweiten Gehäuseteil 62 verbunden sind.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Zuschnitts einer Elektrode, vorliegend einer Kathode 22, für die Batteriezelle 2 aus 2. Auf dem folienartigen Stromableiter 32 der Kathode 22 ist das kathodische Aktivmaterial 42 aufgebracht, wobei seitlich je ein Streifen des Stromableiters 32 der Kathode 22 frei von dem kathodischen Aktivmaterial 42 ist. Die einzelnen Schichten der Kathode 22 werden vorliegend unter einen Winkel von 45° ausgestanzt. Eine Ecke der ausgestanzten Schichten ragt dabei in den freien Streifen des Stromableiters 32 der Kathode 22 hinein und bildet dort die Kontaktfahne 36 der Kathode 22. An der gegenüberliegenden Ecke ist eine Aussparung vorgesehen. Die Schichten der Anode 21 werden analog dazu ausgestanzt. Anschließend werden die Schichten der Anode 21 und die Schichten der Kathode 22 und Zwischenlage von Schichten des Separators 18 derart gestapelt, dass die Kontaktfahnen 36 der Kathode 22 über den Aussparungen der Anode 21 liegen, und dass die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 über den Aussparungen der Kathode 22 liegen. Die Kontaktfahnen 35, 36 können, falls erforderlich, durch Anschweißen zusätzlicher Stücke verlängert werden.
4 zeigt eine schematische, teiltransparente Darstellung einer Batteriezelle 2 gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel. An zwei in Längsrichtung y gegenüberliegenden Seiten des Zellengehäuses 3 ist jeweils eine konvexe Ausbuchtung vorgesehen. In dem Bereich einer dieser konvexen Ausbuchtungen befindet sich die negative Anbindungsstelle 71, an welcher die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 mit dem ersten Gehäuseteil 61 verbunden sind. In dem Bereich der anderen konvexen Ausbuchtung befindet sich die positive Anbindungsstelle 72, an welcher die Kontaktfahnen 36 der Kathode 22 mit dem zweiten Gehäuseteil 62 verbunden sind. Die beiden konvexen Ausbuchtungen sind dabei diagonal gegenüberliegend, also in Längsrichtung y und in Querrichtung z gegenüberliegend, an dem Zellengehäuse 3 vorgesehen.
5 zeigt eine schematische Darstellung des Zuschnitts einer Elektrode, vorliegend einer Kathode 22, für die Batteriezelle 2 aus 4. Auf dem folienartigen Stromableiter 32 der Kathode 22 ist das kathodische Aktivmaterial 42 aufgebracht, wobei seitlich je ein Streifen des Stromableiters 32 der Kathode 22 frei von dem kathodischen Aktivmaterial 42 ist. Die einzelnen Schichten der Kathode 22 werden derart ausgestanzt, dass ein Teil der ausgestanzten Schichten in den freien Streifen des Stromableiters 32 der Kathode 22 hinein ragt und dort die Kontaktfahne 36 der Kathode 22 bildet. Die Schichten der Anode 21 werden analog dazu ausgestanzt. Anschließend werden die Schichten der Anode 21 und die Schichten der Kathode 22 und Zwischenlage von Schichten des Separators 18 derart gestapelt, dass die Kontaktfahnen 36 der Kathode 22 diagonal versetzt zu den Kontaktfahnen 35 der Anode 21 liegen. Die Kontaktfahnen 35, 36 können, falls erforderlich, durch Anschweißen zusätzlicher Stücke verlängert werden.
6 zeigt eine schematische, teiltransparente Darstellung einer Batteriezelle 2 gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel, welches dem zweiten Ausführungsbeispiel weitgehend ähnlich ist. Im Unterschied zur der Batteriezelle 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind bei der Batteriezelle 2 gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel die konvexen Ausbuchtungen an dem Zellengehäuse 3 in Längsrichtung y gegenüberliegend und in Querrichtung z fluchtend angeordnet.
7 zeigt eine schematische, teiltransparente Darstellung einer Batteriezelle 2 gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel, welches dem zweiten Ausführungsbeispiel weitgehend ähnlich ist. Im Unterschied zur der Batteriezelle 2 gemäß dem zweiten Ausführungsbeispiel sind bei der Batteriezelle 2 gemäß dem vierten Ausführungsbeispiel die konvexen Ausbuchtungen an dem Zellengehäuse 3 in Längsrichtung y gegenüberliegend sowie mittig und in Querrichtung z fluchtend angeordnet.
8 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Batteriezelle 2 mit einer möglichen Verbindung von Kontaktfahnen 35 der Anode 21 mit dem ersten Gehäuseteil 61. Das zweiten Gehäuseteil 62 sowie der Isolator 50 sind dabei nicht dargestellt. Die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 sind dabei von der Elektrodeneinheit 10 zunächst in Stapelrichtung x und in Längsrichtung y zu der Grundfläche des Zellengehäuses 3 geführt. Von dort verlaufen die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 in Längsrichtung y parallel zu der Grundfläche bis zu einer Seitenfläche des Zellengehäuses 3. Weiter verlaufen die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 in Stapelrichtung x von der Grundfläche weg.
8a zeigt einen ersten Schritt zur Verbindung der Kontaktfahnen 35 der Anode 21 mit dem ersten Gehäuseteil 61. In der besagten Seitenfläche ist ein konvexer Vorsprung vorgesehen, an welchen die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 geführt sind. Die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 werden mit dem konvexen Vorsprung, welcher die negative Anbindungsstelle 71 darstellt, vorliegend stoffschlüssig, beispielsweise mittels Ultraschallschweißen, Widerstandschweißen oder Laserschweißen, verbunden. Alternativ können die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 auch formschlüssig, beispielsweise mittels Clinchen oder Crimpen, mit dem konvexen Vorsprung, welcher die negative Anbindungsstelle 71 darstellt, verbunden werden.
In einem nächsten Schritt, welcher in 8b dargestellt ist, wird die negative Anbindungsstelle 71 mit den damit verbundenen Kontaktfahnen 35 der Anode 21 in das Zellengehäuses 3 hinein umgebogen.
9 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Batteriezelle 2 mit einer anderen möglichen Verbindung von Kontaktfahnen 35 der Anode 21 mit dem ersten Gehäuseteil 61. Die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 sind dabei von der Elektrodeneinheit 10 zunächst in Stapelrichtung x und in Längsrichtung y zu der Grundfläche des Zellengehäuses 3 geführt. Die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 sind an der negativen Anbindungsstelle 71, welche sich auf der Grundfläche befindet, unmittelbar mit dem ersten Gehäuseteil 61 verbunden, vorzugsweise stoffschlüssig. Der Isolator 50, welcher das erste Gehäuseteil 61 von dem zweiten Gehäuseteil 62 isoliert, befindet sich dabei teilweise innerhalb und teilweise außerhalb des Zellengehäuses 3 und ist mittels Gehäuseverbinder 56 mit den Gehäuseteilen 61, 62 verbunden. Bei dem Gehäuseverbinder 56 handelt es sich beispielsweise um einen Klebstoff.
10 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Batteriezelle 2 mit einer weiteren möglichen Verbindung von Kontaktfahnen 35 der Anode 21 mit dem ersten Gehäuseteil 61. Die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 sind dabei von der Elektrodeneinheit 10 zunächst in Stapelrichtung x und in Längsrichtung y zu der Grundfläche des Zellengehäuses 3 geführt. Von dort verlaufen die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 in Längsrichtung y parallel zu der Grundfläche bis zu einer Seitenfläche des Zellengehäuses 3. Die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 sind an der negativen Anbindungsstelle 71, welche sich auf dieser Seitenfläche befindet, unmittelbar mit dem ersten Gehäuseteil 61 verbunden, vorzugsweise stoffschlüssig. Der Isolator 50, welcher das erste Gehäuseteil 61 von dem zweiten Gehäuseteil 62 isoliert, ist ähnlich wie in 9 gezeigt ausgebildet und mit den Gehäuseteilen 61, 62 verbunden.
11 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Batteriezelle 2 mit noch einer möglichen Verbindung von Kontaktfahnen 35 der Anode 21 mit dem ersten Gehäuseteil 61. Die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 sind dabei von der Elektrodeneinheit 10 zunächst in Stapelrichtung x und in Längsrichtung y zu einem Anbindungselement 54 geführt, welches mit dem ersten Gehäuseteil 61 verbunden ist. Die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 sind an der negativen Anbindungsstelle 71, welche sich an dem Anbindungselement 54 befindet, mit dem Anbindungselement 54 verbunden vorzugsweise formschlüssig. Somit sind die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 mittelbar mit dem ersten Gehäuseteil 61 verbunden. Der Isolator 50, welcher das erste Gehäuseteil 61 von dem zweiten Gehäuseteil 62 isoliert, ist ähnlich wie in 9 gezeigt ausgebildet und mit den Gehäuseteilen 61, 62 verbunden.
12 zeigt eine schematische Schnittdarstellung einer Batteriezelle 2 mit noch einer weiteren möglichen Verbindung von Kontaktfahnen 35 der Anode 21 mit dem ersten Gehäuseteil 61. Die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 sind dabei von der Elektrodeneinheit 10 zunächst in Längsrichtung y zu einem Kollektor 52 geführt und mit diesem verbunden. Der Kollektor 52 ist an der negativen Anbindungsstelle 71, welche sich an dem ersten Gehäuseteil 61 befindet, mit dem ersten Gehäuseteil 61 verbunden. Somit sind die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 mittelbar mit dem ersten Gehäuseteil 61 verbunden. Der Isolator 50, welcher das erste Gehäuseteil 61 von dem zweiten Gehäuseteil 62 isoliert, ist ähnlich wie in 9 gezeigt ausgebildet und mit den Gehäuseteilen 61, 62 verbunden.
13 zeigt eine schematische, teiltransparente Detailansicht der Batteriezelle 2 aus 2 mit einem Anbauelement 80. Das Anbauelement 80 ist prismatisch ausgebildet und hat vorliegend eine dreieckige Grundfläche. Das Anbauelement 80 grenzt an die Seitenfläche des Zellengehäuses 3 an, an der sich die positive Anbindungsstelle 72 befindet, und die unter einem Winkel von vorliegend 45° geneigt zu der Längsrichtung y und zu der Querrichtung z orientiert ist. Ein weiteres Anbauelement 80 grenzt an die Seitenfläche des Zellengehäuses 3 an, an der sich die negative Anbindungsstelle 71 befindet, und die unter einem Winkel von vorliegend 45° geneigt zu der Längsrichtung y und zu der Querrichtung z orientiert ist. Die Anbauelemente 80 sind derart ausgestaltet, dass das Zellengehäuse 3 und die Anbauelemente 80 sich zu einem Quader ergänzen.
Das Anbauelement 80 weist vorliegend zwei in Stapelrichtung x verlaufende Kühlkanäle 84 sowie einen negativen Spannungsabgriff 81 und einen in dieser Darstellung nicht sichtbaren positiven Spannungsabgriff 82 auf. Das Anbauelement 80 kann auch weitere Elemente, beispielsweise Sensoren, aufweisen.
14 zeigt eine Schnittdarstellung der Batteriezelle 2 aus 13 entlang der Schnittlinie S, die geneigt zu der Längsrichtung y und zu der Querrichtung z verläuft. Die Kontaktfahnen 36 der Kathode 22 sind von der Elektrodeneinheit 10 zunächst zu der Grundfläche des Zellengehäuses 3 geführt. Die Kontaktfahnen 36 der Kathode 22 sind an der positiven Anbindungsstelle 72, welche sich auf der Grundfläche befindet, unmittelbar mit dem zweiten Gehäuseteil 62 verbunden. Der Isolator 50, welcher das erste Gehäuseteil 61 von dem zweiten Gehäuseteil 62 isoliert, ist ähnlich wie in 9 gezeigt ausgebildet und mit den Gehäuseteilen 61, 62 verbunden.
Der Isolator 50 ragt dabei in das Anbauelement 80 hinein. Somit ist das Anbauelement 80 fest mit dem Zellengehäuse 3 verbunden. Vorzugsweise ist der Isolator 50 dabei aus einem thermisch gut leitenden Material hergestellt, wodurch die Wärmeabfuhr aus dem Inneren des Zellengehäuses 3 zu den Kühlkanälen 84 in dem Anbauelement 80 verbessert ist. Beispielsweise kann der Isolator 50 einen metallischen Kern mit einer elektrisch isolierenden Beschichtung aufweisen. Der negative Spannungsabgriff 81 ist mit dem ersten Gehäuseteil 61 verbunden, welches das negative Terminal 11 bildet. Der positive Spannungsabgriff 82 ist mit dem zweiten Gehäuseteil 62 verbunden, welches das positive Terminal 12 bildet.
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
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Zitierte Patentliteratur

DE 102012223796 A1 [0004]
US 2012/0276437 [0005]
JP 2011-154784 [0006]

Claims

Batteriezelle (2), umfassend ein Zellengehäuse (3), in welchem eine Elektrodeneinheit (10) angeordnet ist, wobei die Elektrodeneinheit (10) eine mit einem negativen Terminal (11) verbundene Anode (21) und eine mit einem positiven Terminal (12) verbundene Kathode (22) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodeneinheit (10) als Elektrodenstapel ausgeführt ist, welcher mehrere Schichten der Anode (21) und mehrere Schichten der Kathode (22) aufweist, die in einer Stapelrichtung (x) übereinander gestapelt sind, und dass das Zellengehäuse (3) prismatisch ausgebildet ist, wobei alle Flächen des Zellengehäuses (3) parallel oder rechtwinklig zu der Stapelrichtung (x) verlaufen, und dass das Zellengehäuse (3) ein erstes Gehäuseteil (61), welches das negative Terminal (11) bildet, und ein zweites Gehäuseteil (62), welches das positive Terminal (12) bildet, aufweist.
Batteriezelle (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (61) und das zweite Gehäuseteil (62) metallisch ausgeführt und durch einen umlaufenden Isolator (50) elektrisch voneinander isoliert sind.
Batteriezelle (2) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Isolator (50) in ein Anbauelement (80) hinein ragt, welches einen Kühlkanal (84) und/oder einen Spannungsabgriff (81, 82) und/oder einen Sensor aufweist.
Batteriezelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anode (21) Kontaktfahnen (35) aufweist, und dass die Kathode (22) Kontaktfahnen (36) aufweist, wobei die Kontaktfahnen (35) der Anode (21) und die Kontaktfahnen (36) der Kathode (22) an gegenüberliegenden Seiten aus der Elektrodeneinheit (10) herausragen.
Batteriezelle (2) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfahnen (35) der Anode (21) unmittelbar mit dem ersten Gehäuseteil (61) verbunden sind, und/oder dass die Kontaktfahnen (36) der Kathode (22) unmittelbar mit dem zweiten Gehäuseteil (62) verbunden sind.
Batteriezelle (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfahnen (35) der Anode (21) stoffschlüssig mit dem ersten Gehäuseteil (61) verbunden sind, und/oder dass die Kontaktfahnen (36) der Kathode (22) stoffschlüssig mit dem zweiten Gehäuseteil (62) verbunden sind.
Batteriezelle (2) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktfahnen (35) der Anode (21) formschlüssig mit dem ersten Gehäuseteil (61) verbunden sind, und/oder dass die Kontaktfahnen (36) der Kathode (22) formschlüssig mit dem zweiten Gehäuseteil (62) verbunden sind.
Batteriezelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine rechtwinklig zu der Stapelrichtung (x) stehende Grundfläche des Zellengehäuses (3) eine hexagonalen Form aufweist.
Batteriezelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Gehäuseteil (61) eine konvexe Ausbuchtung aufweist, und/oder dass das zweite Gehäuseteil (62) eine konvexe Ausbuchtung aufweist.
Verwendung einer Batteriezelle (2) nach einem der vorstehenden Ansprüche in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV), in einem Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV), in einer stationären Batterie, in einer Batterie in einer marinen Anwendung oder in einer Batterie in einer aeronautischen Anwendung.