DE102016225160A1

DE102016225160A1 - Pouchfolie für ein Batteriezellsystem

Info

Publication number: DE102016225160A1
Application number: DE102016225160.0A
Authority: DE
Inventors: Christian Schmid-Schoenbein
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2016-12-15
Filing date: 2016-12-15
Publication date: 2018-06-21
Also published as: US10693110B2; KR102539949B1; JP2018113253A; US20180205046A1; KR20180069746A

Abstract

Es wird eine Pouchfolie (3) für ein Batteriezellsystem (1) beschrieben, wobei die Pouchfolie (3) voneinander separierte Taschen (12) zum Einbringen von Elektrodenverbunden (5) bildet, wobei die Taschen (12) elektrolytundurchlässig sind und wobei die Taschen (12), insbesondere im Betriebszustand des Batteriezellsystems (1), physisch über die Pouchfolie (3) faltbar miteinander verbunden sind.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Pouchfolie für ein Batteriezellsystem, ein Batteriezellsystem, ein Verfahren zur Herstellung desselben, ein Batteriemodul sowie auf eine Batterie nach dem Oberbegriff der unabhängigen Ansprüche.
Stand der Technik
Eine Batteriezelle ist ein elektrochemischer Energiespeicher, der bei seiner Entladung die gespeicherte chemische Energie durch eine elektrochemische Reaktion in elektrische Energie umwandelt. Es zeichnet sich ab, dass in der Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen, wie Windkraftanlagen, in Kraftfahrzeugen, die als Hybrid- oder Elektrokraftfahrzeuge ausgelegt sind, wie auch bei Elektronikgeräten neue Batteriesysteme zum Einsatz kommen werden, an die sehr hohe Anforderungen bzgl. Zuverlässigkeit, Sicherheit, Leistungsfähigkeit und Lebensdauer gestellt werden. Aufgrund ihrer großen Energiedichte werden insbesondere Lithium-Ionen-Batterien als Energiespeicher für elektrisch angetriebene Kraftfahrzeuge verwendet.
Die US 2013/0273413 offenbart eine Batterie mit einer Vielzahl an Zellen, welche auf einer Platte angeordnet sind. Im betriebsfertigen Zustand nimmt die Batterie eine asymmetrische Form an, wodurch verfügbarer Raum innerhalb eines tragbaren elektronischen Gerätes genutzt werden kann.
Die WO 2014/038891 weist eine Sekundärbatterie mit einer Vielzahl von Elektrodenensembles auf, welche in Einbuchtungen einer zusammenhängenden Umhüllung eingebracht sind. Die Umhüllung wird dann jeweils zwischen den Elektrodenensembles abgetrennt, sodass die Elektrodenensembles in deren Einbuchtungen getrennt voneinander vorliegen.
Offenbarung der Erfindung
Erfindungsgemäß wird eine Pouchfolie für ein Batteriezellsystem sowie ein Batteriezellsystem, insbesondere ein Lithiumionen-Batteriezellsystem, ein Verfahren zur Herstellung des Batteriezellsystems, ein Batteriemodul, eine Batterie, und die Verwendung derselben mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche bereitgestellt.
Unter dem Begriff Pouchfolie ist im Rahmen dieser Erfindung eine flexible Folie, insbesondere eine Verbundfolie, zu verstehen, welche elektrolytundurchlässig ist. Die Pouchfolie umfasst beispielsweise ein Polypropylen, ein Polyamid, ein Polyethylenterephthalat und/oder ein Polybutylenterephthalat.
Die Pouchfolie umfasst beispielsweise anstatt einer herkömmlichen Pouchfolie aus Laminat und Aluminium ein Laminat ohne Aluminium, insbesondere ohne Metall.
Die Pouchfolie weist beispielsweise eine Dicke von 40-200 µm auf, besonders bevorzugt weist de Pouchfolie eine Dicke von 153 µm auf.
Unter dem Begriff Elektrodenverbund ist ein Verbund umfassend zumindest eine Anode und zumindest eine Kathode zu verstehen, welche Lithiumionen reversibel ein- und auslagern können.
Während des Ladens von Lithiumionen-Zellen wandern Lithiumionen von der Kathode durch den Elektrolyten zur Anode und werden in diese eingelagert. Gleichzeitig wandern Elektronen über einen externen Kreislauf ebenfalls von der Kathode zur Anode. Beim Entladen von Lithiumionen-Zellen laufen diese Vorgänge in umgekehrter Richtung ab, sodass Lithiumionen von der Anode zur Kathode wandern und dort in diese eingelagert werden.
Desweiteren umfasst der Elektrodenverbund zumindest einen Separator, der die Anode und die Kathode sowohl räumlich als auch elektrisch voneinander trennt. Die Anode, der Separator und die Kathode können ineinander aufgewickelt sein oder aufeinander gestapelt vorliegen.
Die Kathode umfasst beispielsweise eine Kathodenträgerfolie, welche elektrisch leitend ausgeführt ist und beispielsweise ein Aluminium umfasst. Auf die Kathodenträgerfolie ist das Kathoden-Aktivmaterial, beispielsweise eine Kombination verschiedener Lithium-Metall-Oxide LiMeO, zumindest teilweise aufgebracht. Alternativ umfasst das Kathodenaktivmaterial ein nicht-oxidisches Material. Ein Randstreifen der Kathodenträgerfolie wird beispielsweise nicht mit Aktivmaterial beschichtet, aus welchem dann beispielsweise eine oder mehrere Kathodenkontaktfahnen ausgeschnitten werden, die zur elektrischen Kontaktierung der Kathode dienen.
Die Anode umfasst beispielsweise eine Anodenträgerfolie, welche elektrisch leitend ausgeführt ist und beispielsweise ein Kupfer umfasst. Auf die Anodenträgerfolie ist das Anoden-Aktivmaterial zumindest teilweise aufgebacht. Das Anoden-Aktivmaterial umfasst beispielsweise ein natürliches und/oder synthetisches Graphit, ein Silizium und/oder ein Titanat. Ein Randstreifen der Anodenträgerfolie wird beispielsweise nicht mit Aktivmaterial beschichtet, aus welchem dann beispielsweise eine oder mehrere Anodenkontaktfahnen ausgeschnitten werden, die zur elektrischen Kontaktierung der Anode dienen. Das Material des Separators umfasst beispielsweise ein Polyolefin, insbesondere ein Polypropylen und/oder ein Polyethylen, ein fluoriertes Polyolefin, ein Polyimid, ein Polyamid, ein Alkan, ein Polytetrafluorethylen, ein Polyvinylidenfluorid und/oder ein Polyethylenterephthalat.
Erfindungsgemäß ist eine Pouchfolie für ein Batteriezellsystem offenbart, welche voneinander separierte Taschen zum Einbringen von Elektrodenverbunden aufweist. Die Taschen sind elektrolytundurchlässig und dienen somit beispielsweise als Barriere für einen Elektrolyten. Die Taschen sind, insbesondere im Betriebszustand des Batteriezellsystems, physisch über die Pouchfolie faltbar miteinander verbunden.
Vorteilhaft hierbei ist, dass die Pouchfolie sehr flexibel ist, wodurch die Struktur mit den zusammenhängenden Taschen sehr einfach herstellbar ist, da sich die Pouchfolie biegen, umschlagen, erwärmen und siegeln lässt ohne beschädigt zu werden und auch nach der Herstellung biegsam, elastisch und faltbar ist. Auch werden Kosten eingespart, da die Produktion der Pouchfolie fortlaufend an einem Stück erfolgen kann, was wenig Arbeitsaufwand erfordert und sehr zeiteffektiv ist. Desweiteren sind die Materialkosten einer Pouchfolie sehr niedrig beispielsweise im Vergleich zu anderen Umhüllungen oder Gehäusen von Elektrodenverbunden wie beispielsweise prismatischen Hartschalengehäusen.
Desweiteren ist erfindungsgemäß ein Batteriezellsystem, insbesondere ein Lithiumionen-Batteriezellsystem, offenbart mit einer entsprechenden Pouchfolie mit zumindest zwei Taschen und mit zumindest zwei Elektrodenverbunden. Die Elektrodenverbunde sind in die voneinander separierten Taschen der Pouchfolie eingebracht. Somit bildet je ein Elektrodenverbund zusammen mit einer Tasche der Pouchfolie eine Batteriezelle bzw. eine Pouchzelle, wobei die Pouchzellen physisch über die Pouchfolie faltbar miteinander verbunden sind.
Vorteilhaft hierbei ist, dass ein solches Batteriezellsystem sehr flexibel gestaltbar ist. Die Pouchfolie mit den zusammenhängenden Taschen ist auf verschiedenste Weise faltbar, sodass die Form des Batteriezellsystems und somit auch die Kontaktierung der einzelnen Pouchzellen individuell gestaltbar sind, beispielsweise in Bezug auf Platzbedarf, Größe, Falttechniken und Kontaktierungsmöglichkeiten. Zudem vorteilhaft ist, dass das Batteriezellsystem kein Limit aufweist, was die Stapelhöhe betrifft. Es können beispielsweise mehrere Batteriezellsysteme aufeinander gestapelt werden oder zumindest ein Batteriezellsystem wird derart gefaltet, dass die zusammenhängenden Pouchzellen aufeinander angeordnet vorliegen. Desweiteren ist das vorgeschlagene Batteriezellsystem flexibel in Bezug auf die eingesetzte Zellchemie. Es kann beispielsweise ein Festkörper-Zellsystem eingesetzt werden beispielsweise mit einem Feststoff als Elektrolyt. Alternativ wird ein flüssiger Elektrolyt eingesetzt. Zudem ist das Batteriezellsystem mit der Pouchfolie mit Taschen bei niedrigen, mittleren und hohen Temperaturen von bis zu 100°C einsetzbar. Weiterhin vorteilhaft ist, dass die Elektrodenverbunde, welche in die Taschen der Pochfolie eingebracht sind, aufgrund der flexiblen sie umgebenden Pouchfolie anschwellen können, beispielsweise durch Ein- und Auslagerungsvorgänge der Lithiumionen oder altersbedingt. Dies verhindert Verschiebungen und Beschädigungen der Elektrodenverbunde aufgrund zu großem auf diese einwirkenden Druck.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Pouchfolie und des Batteriezellsystems ergeben sich aus den Unteransprüchen.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform umfasst die Pouchfolie kein Aluminium, insbesondere kein Metall. Die Pouchfolie bildet dann eine Elektrolytbarriere, aber keine Feuchtigkeitsbarriere. Bei einer Batterie mit entsprechender Pouchfolie wird die Feuchtigkeitsbarriere dann beispielsweise auf Modulebene eingebracht. Vorteilhaft bei einer Pouchfolie ohne Aluminium, insbesondere ohne Metall, ist, dass keine elektrische Isolation, beispielsweise in Form eines Isolationsbandes, an Schnittkanten der Pouchfolie notwendig ist. Hierdurch werden Kosten, Material, Zeit und Arbeitskraft eingespart. Desweiteren vorteilhaft ist, das dadurch, dass in das Material, insbesondere das Laminat, der Pouchfolie kein Aluminium bzw. Metall eingebracht ist, die Gefahr einer Korrosion der Pouchfolie gebannt ist. Desweiteren ist eine Pouchfolie ohne Aluminium, insbesondere Metall, beispielsweise dünner und leichter ausgeführt als Pouchfolien mit Aluminium. Desweiteren vorteilhaft ist, dass Pouchfolien ohne Aluminium, insbesondere Metall, viel deformierbarer sind als Pouchfolien mit Aluminium bzw. einem Metall. Dies ist beispielsweise dann von Vorteil, wenn Partikel ungewollt, beispielsweise bei der Herstellung eines Batteriezellsystems mit entsprechender Pouchfolie, an oder in die Pouchfolie gelangen. Die Pouchfolie kann sich dann um den Partikel herum dehnen und sich an diesen anpassen, ohne beschädigt oder löchrig zu werden. Zudem vorteilhaft ist, dass ein Material, insbesondere ein Laminat ohne Aluminium bzw. ohne ein Metall deutlich kostengünstiger ist als ein solches mit Aluminium bzw. einem Metall.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform weist die Pouchfolie eine Länge L und eine Breite B auf, wobei die Länge L insbesondere länger ist als die Breite B. Die Pouchfolie ist entlang der Längserstreckung umgeschlagen, sodass zwei Pouchfolienhälften vorliegen, welche aufeinander angeordnet sind. Dadurch ergeben sich ein offenes und ein durch das Umschlagen der Pouchfolie geschlossenes Ende. Die Pouchfolienhälften sind der Breite nach in, insbesondere regelmäßigen, Abständen derart zusammengefügt, dass räumlich voneinander getrennte Taschen vorliegen.
Vorteilhaft hierbei ist, dass die geschlossenen Enden der Pouchfolienhälften nicht zusammengefügt werden müssen, da sie bereits zusammenhängen.
Zudem vorteilhaft ist, dass die Pouchfolie an einem Stück zusammenhängt und bei dem Umschlagen der einen Pouchfolienhälfte oder dem Zusammenfügen der Pouchfolienhälften der Breite nach nicht auf Einzelteile geachtet werden muss. Dadurch ist der Zusammenbau der zusammenhängenden Pouchfolie mit Taschen sehr einfach und schnell realisierbar.
In einer alternativen Ausführungsform erfolgt das Zusammenfügen der Pouchfolienhälften der Breite nach in unregelmäßigen Abständen. Dies kann beispielsweise bei der anschließenden Faltung der einzelnen Pouchzellen, welche durch die Pouchfolie zusammenhängen, vorteilhaft sein.
In einer besonders bevorzugen Ausführungsform sind die Taschen der Pouchfolie der Länge nach an deren offenem Ende durch Zusammenfügen der beiden Pouchfolienhälften zumindest teilweise verschlossen. Vorteilhaft hierbei ist, dass dadurch ein zumindest für Elektrolyt abgedichteter Raum innerhalb der Tasche entsteht, in welchen der Elektrolyt beispielsweise eingefüllt bzw. eingebracht wird. Die Taschen der Pouchfolie sind dann beispielsweise auch vor Kontaminationen, beispielsweise Partikeln, geschützt, da diese die abgedichtete Pouchfolie nicht passieren können.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist das Zusammenfügen der Pouchfolienhälften in Form von Nähten, insbesondere von Siegelnähten, ausgeführt. Hierbei sind Nähte, welche die Taschen der Breite nach voneinander abtrennen Quernähte und die Naht, welche die Taschen der Länge nach verschließt, eine Längsnaht.
Vorteilhaft hierbei ist, dass die Nähte zum einen ebenfalls flexibel sind und beispielsweise zu einem gewissen Grad dehnbar sind, aber die Pouchfolienhälften dennoch fest zusammenhalten
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform stehen zumindest eine Anodenkontaktfahne einer Anode des Elektrodenverbunds und zumindest eine Kathodenkontaktfahne einer Kathode des Elektrodenverbunds, auf der gleichen Seite der Tasche, insbesondere versetzt zueinander, über die Tasche hinaus. Die Anodenkontaktfahne und die Kathodenkontaktfahne dienen zur elektrischen Kontaktierung. Vorteilhaft ist, wenn zumindest eine Anodenkontaktfahne einer Anode des Elektrodenverbunds und zumindest eine Kathodenkontaktfahne einer Kathode des Elektrodenverbunds, auf der gleichen Seite der Tasche, insbesondere versetzt zueinander, über die Tasche hinausstehen, dass die Kontaktfahnen somit von der Pouchfolie wegweisen, sodass genügend Platz zur elektrischen Kontaktierung der Anodenkontaktfahne und der Kathodenkontaktfahne vorhanden ist.
Alternativ stehen zumindest eine Anodenkontaktfahne einer Anode des Elektrodenverbunds und zumindest eine Kathodenkontaktfahne einer Kathode des Elektrodenverbunds auf einander gegenüberliegenden Seiten der Tasche, über die Tasche hinaus. Vorteilhaft hierbei ist, dass sich eine sehr homogene Stromdichte im Betrieb ergibt.
Nachfolgend ist ein erstes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Batteriezellsystems offenbart, wobei die Anodenkontaktfahnen und die Kathodenkontaktfahnen auf derselben Seiten des Elektrodenverbunds angeordnet sind. Die Pouchfolie des Batteriezellsystems weist eine Länge und eine Breite auf, wobei die Länge der Pouchfolie insbesondere länger ist als die Breite. Das erste Verfahren weist folgende Schritte auf:

A) Auflegen von Elektrodenverbunden, umfassend zumindest eine Anode mit zumindest einer Anodenkontaktfahne, zumindest einen Separator und zumindest eine Kathode mit zumindest einer Kathodenkontaktfahne, auf die Pouchfolie, sodass die Anodenkontaktfahnen und die Kathodenkontaktfahnen über eine erste Länge der Pouchfolie, insbesondere versetzt zueinander, überstehen. Hierbei bedecken die Elektrodenverbunde höchstens die Hälfte der Breite der Pouchfolie und liegen voneinander beabstandet auf der Pouchfolie auf. Die Elektrodenverbunde liegen beispielsweise in gestapelter Form vor. Das bedeutet, dass die Anode, der Separator und die Kathode des Elektrodenverbunds aufeinander gestapelt sind. Alternativ liegt der Elektrodenverbund ineinander aufgewickelt vor.
B) Die Pouchfolie wird der Länge nach umgeschlagen, sodass die Breite der Pouchfolie insbesondere halbiert ist und die Pouchfolie eine erste Pouchfolienhälfte und eine zweite Pouchfolienhälfte aufweist. Diese bilden eine Art Einbuchtung, innerhalb welcher sich die Elektrodenverbunde befinden.
C) Zusammenfügen der beiden Pouchfolienhälften in bestimmten Abständen der Breite der Pouchfolie nach, sodass nebeneinanderliegende Taschen entstehen, von welchen die Elektrodenverbunde umgeben sind. Die Abstände, in welchen die beiden Pouchfolienhälften zusammengefügt werden sind vorteilhaft regelmäßig. Alternativ können diese Abstände auch unregelmäßig sein. Das Zusammenfügen der Pouchfolienhälften erfolgt insbesondere durch Versiegeln.
D) Zusammenfügen der Pouchfolienhälften an deren offenen Enden, insbesondere indem die Pouchfolienhälften miteinander versiegelt werden.

In einer ersten Variante des ersten Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Batteriezellsystems erfolgen die Verfahrensschritte in vertauschter Reihenfolge. Das erste Verfahren in der ersten Variante weist folgende Schritte auf:

A') Umschlagen der Pouchfolie der Länge nach, sodass die Breite der Pouchfolie insbesondere halbiert ist und die Pouchfolie eine erste Pouchfolienhälfte und eine zweite Pouchfolienhälfte aufweist. Die Pouchfolienhälften bilden eine Art Einbuchtung innerhalb welcher Elektrodenverbunde einbringbar sind.
B') Zusammenfügen der beiden Pouchfolienhälften in bestimmten Abständen der Breite der Pouchfolie nach, sodass nebeneinanderliegende Taschen entstehen. Die Abstände sind hierbei regelmäßig oder alternativ unregelmäßig gewählt. Das Zusammenfügen der Pouchfolienhälften erfolgt insbesondere durch Siegeln.
C') Einbringen von Elektrodenverbunden in die Taschen der Pouchfolie. Die Elektrodenverbunde umfassend zumindest eine Anode mit zumindest einer Anodenkontaktfahne, zumindest einen Separator und zumindest eine Kathode mit zumindest einer Kathodenkontaktfahne. Die Elektrodenverbunde werden so in die Taschen der Pouchfolie eingefügt, dass die Anodenkontaktfahnen und die Kathodenkontaktfahnen über eine erste Länge der Pouchfolie, insbesondere versetzt zueinander, überstehen.
D') Zusammenfügen der Pouchfolienhälften an deren offenen Enden, insbesondere indem diese miteinander versiegelt werden.

Die Reihenfolge der aufgeführten Verfahrensschritte in beiden Varianten des ersten Verfahrens kann auch vertauscht sein. Beispielsweise kann in der ersten Variante des erste Verfahrens Schritt D auch vor Schritt C erfolgen.
Desweiteren ist ein zweites Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Batteriezellsystems offenbart, wobei die Anodenkontaktfahnen und die Kathodenkontaktfahnen auf sich gegenüberliegenden Seiten des Elektrodenverbunds angeordnet sind. Die Pouchfolie des Batteriezellsystems weist eine Länge und eine Breite auf, wobei die Länge der Pouchfolie insbesondere länger ist als deren Breite. Die Pouchfolie weist zudem Ausnehmungen auf, welche beispielsweise halbkreisförmig ausgebildet sind. Alternativ können die Ausnehmungen auch eine beliebige andere Form aufweisen.
Das zweite Verfahren weist folgende Schritte auf:

AA) Auflegen von Elektrodenverbunden umfassend zumindest eine Anode mit zumindest einer Anodenkontaktfahne, zumindest einen Separator und zumindest eine Kathode mit zumindest einer Kathodenkontaktfahne, insbesondere mittig, auf die Pouchfolie. Hierbei sind die Anodenkontaktfahnen und die Kathodenkontaktfahnen auf sich gegenüberliegenden Seiten in Richtung einer ersten Seitenbreite und einer zweiten Seitenbreite der Pouchfolie angeordnet. Die Elektrodenverbunde bedecken hierbei höchstens die Hälfte der Breite der Pouchfolie und liegen voneinander beabstandet auf der Pouchfolie auf. Die Elektrodenverbunde liegen beispielsweise in gestapelter Form vor. Das bedeutet, dass die Anode, der Separator und die Kathode aufeinander gestapelt sind. Alternativ liegt der Elektrodenverbund ineinander aufgewickelt vor.
BB) Kontaktieren je einer Anodenkontaktfahne eines Elektrodenverbundes mit je einer Kathodenkontaktfahne eines benachbarten Elektrodenverbundes. Die Kontaktierung erfolgt beispielsweise durch Schweißen, insbesondere durch Laserschweißen, oder durch Walzplattieren.
CC) Beidseitiges Umschlagen der Pouchfolie der Länge nach, sodass die Breite der Pouchfolie insbesondere halbiert ist, und die Pouchfolie eine Art Einbuchtung bildet, innerhalb welcher sich die Elektrodenverbunde befinden. Hierbei werden beispielsweise eine erstes Pouchfolienstück und eine zweites Pouchfolienstück in Richtung Mitte der Pouchfolie umgeschlagen, sodass die Elektrodenverbunde von der Pouchfolie eingefasst sind. Die beiden umgeschlagenen Pouchfolienstücke überlappen hierbei in einem Bereich, welcher sich insbesondere mittig der Pouchfolie befindet. Die Ausnehmungen der Pouchfolie sind nach dem Umschlagen der Pouchfolienstücke auf den miteinander verbundenen Anodenkontaktfahnen und Kathodenkontaktfahnen angeordnet. Die Ausnehmungen erlauben einen direkten Kontakt zu den Anodenkontaktfahnen und Kathodenkontaktfahnen, sodass diese beispielsweise elektrisch kontaktiert werden können mit Ausgleichsleitungen, welche für eine gleichmäßige Spannung aller Pouchzellen eines Batteriemoduls sorgen, verbunden werden können. Alternativ werden die Ausnehmungen erst im Umgeschlagenen Zustand der Pouchfolienstücke in die Pouchfolie eingebracht.
DD) Zusammenfügen der aufeinander liegenden Pouchfolienbereiche in, bestimmten Abständen der Breite nach, sodass nebeneinanderliegende Taschen entstehen, von welchen die Elektrodenverbunde umgeben sind. Die Abstände, in welchen die beiden Pouchfolienhälften zusammengefügt werden sind vorteilhaft regelmäßig. Alternativ können diese Abstände auch unregelmäßig sein. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform werden die aufeinander liegenden Pouchfolienstücke auch um die Ausnehmungen der Pouchfolie herum zusammengefügt, insbesondere miteinander versiegelt.
EE) Zusammenfügen der offenen Enden der Pouchfolie der Länge nach, sodass die Taschen allseits abgedichtet sind. Durch das vorherige Umschlagen der beiden Pouchfolienhälften in Richtung Mitte der Pouchfolie liegen die beiden Pouchfolienstücke hierbei in einem Bereich überlappend mittig auf den Elektrodenverbunden. Das Zusammenfügen der beiden Pouchfolienstücke erfolgt insbesondere durch Siegeln.

Die Reihenfolge der aufgeführten Verfahrensschritte des zweiten Verfahrens kann auch vertauscht sein. Beispielsweise kann Schritt BB vor Schritt AA erfolgen oder Schritt EE vor Schritt DD.
Desweiteren ist ein drittes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Batteriezellsystems offenbart, wobei die Anodenkontaktfahnen und die Kathodenkontaktfahnen auf sich gegenüberliegenden Seiten des Elektrodenverbunds angeordnet sind. Die Pouchfolie des Batteriezellsystems weist eine Länge und eine Breite auf, wobei die Länge der Pouchfolie insbesondere länger ist als die Breite. Das dritte Verfahren weist folgende Schritte auf:

AAA) Auflegen von Elektrodenverbunden auf die Pouchfolie, wobei diese zumindest eine Anode mit zumindest einer Anodenkontaktfahne, zumindest einen Separator und zumindest eine Kathode mit zumindest einer Kathodenkontaktfahne umfassen. Hierbei sind die Anodenkontaktfahnen und die Kathodenkontaktfahnen auf sich gegenüberliegenden Seiten in Richtung einer ersten Seitenbreite und in Richtung einer zweiten Seitenbreite der Pouchfolie angeordnet. Die Elektrodenverbunde bedecken hiebei höchstens die Hälfte der Breite der Pouchfolie und liegen voneinander beabstandet auf der Pouchfolie auf. Die Elektrodenverbunde liegen beispielsweise in gestapelter Form vor. Das bedeutet, dass die Anode, der Separator und die Kathode aufeinander gestapelt sind. Alternativ liegt der Elektrodenverbund ineinander aufgewickelt vor.
BBB) Kontaktieren je einer Anodenkontaktfahne eines Elektrodenverbundes mit einer Kathodenkontaktfahne eines benachbarten Elektrodenverbunds sowie kontaktieren der Anodenkontaktfahne und der Kathodenkontaktfahne an einen Niederstromtab, welcher einen Spannungsabgriff darstellt, wobei der Niederstromtab über eine erste Länge der Pouchfolie übersteht.
CCC) Umschlagen der Pouchfolie der Länge nach, sodass die Breite der Pouchfolie insbesondere halbiert ist und eine erste Pouchfolienhälfte und eine zweite Pouchfolienhälfte aufweist. Die Pouchfolienhälften bilden eine Art Einbuchtung innerhalb welcher sich die Elektrodenverbunde befinden.
DDD) Zusammenfügen der beiden Pouchfolienhälften in bestimmten Abständen der Breite nach, sodass nebeneinanderliegende Taschen entstehen, welche die Elektrodenverbunde umgeben. Die Abstände, in welchen die beiden Pouchfolienhälften zusammengefügt werden sind vorteilhaft regelmäßig. Alternativ können diese Abstände auch unregelmäßig sein. Das Zusammenfügen der beiden Pouchfolienhälften erfolgt insbesondere durch Siegeln.
EEE) Zusammenfügen der Pouchfolienhälften an deren offenen Enden, insbesondere durch Sigeln.

Die Reihenfolge der aufgeführten Verfahrensschritte des dritten Verfahrens kann auch vertauscht sein. Beispielsweise kann Schritt BBB vor Schritt AAA erfolgen oder Schritt EEE vor Schritt DDD.
In einer bevorzugten Ausführungsform eines der beschriebenen Verfahren, wird ein Elektrolyt, insbesondere ein flüssiger Elektrolyt, in die Taschen der Pouchfolie eingebracht. Der Elektrolyt dient als Lithiumionen-Leiter und sorgt dafür, dass Ein- und Auslagerungsvorgänge von Lithium-Ionen in der Anode und in der Kathode stattfinden können. Der Elektrolyt umfasst beispielsweise eine Mischung von azyklischen Carbonaten (zum Beispiel Ethyl-Methyl-Carbonat, Dimethylcarbonat oder Diethlycarbonat) oder zyklischen Carbonaten (zum Beispiel Ethylencarbonat oder Propylencarbonat) in der ein Leitsalz, beispielsweise Lithium-Hexa-Fluorophosphat (LiPF₆), Lithiumperchlorat (LiClO4), Lithiumhexafluoroarsenat (LiAsF6) oder Lithiumtetrafluoroborat (LiBF4), gelöst ist.
In einer besonders bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Zusammenfügen der Pouchfolienhälften mittels eines Siegelverfahrens, sodass Siegelnähte entstehen. Das Siegelverfahren ist beispielsweise ein thermisches Siegelverfahren oder ein Ultraschall-Siegelverfahren. Vorteilhaft bei einer Abdichtung durch eine Versiegelung ist, dass eine dichte, gute Verbindung entsteht. Desweiteren vorteilhaft ist, dass die Versiegelung nur eine geringe Schichtstärke aufweist, wodurch Diffunssionsprozesse verhindert werden. Desweiteren entsteht durch die Versiegelung eine materialschlüssige Verbindung, deren Dichtwirkung besonders stabil ist.
In einer Ausführungsform eines der Verfahren werden bei dem Zusammenfügen von Quernähten der Pouchfolie an deren Enden ein, zwei oder drei Pouchfolien-Überstände ausgebildet.
Desweiteren ist ein Batteriemodul offenbart, welches eine erfindungsgemäße Pouchfolie und/oder ein erfindungsgemäßes Batteriezellsystem umfasst. Weiterhin ist eine Batterie offenbart, welche ein erfindungsgemäßes Batteriemodul umfasst sowie auch die Verwendung derselben in einem Elektrofahrzeug, in einem Hybridfahrzeug oder in einem Plug-In-Hybridfahrzeug. Alternativ findet die Batterie beispielsweise Anwendung in Schiffen, Zweirädern, Flugzeugen, stationären Energiespeichern, Elektrowerkzeugen, Unterhaltungselektronik und/oder Haushaltsgeräten.
Figurenliste
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigt:

1: eine schematische Darstellung einer 3D-Ansicht einer ersten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriezellsystems mit einer Pouchfolie und Elektrodenverbunden,
2: eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf das Batteriezellsystems gemäß 1,
3: eine schematische Darstellung einer Querschnittsfläche entlang einer Schnittlinie K-K' gemäß 2,
4a: eine schematische Darstellung einer seitlichen 3D-Ansicht auf die erste Seitenlänge L1 gemäß 1 in einem ungefalteten Zustand des Überständs der Pouchfolie zwischen den Pouchzellen,
4b: eine schematische Darstellung einer seitlichen 3D-Ansicht auf die erste Seitenlänge L1 gemäß 1 in einem gefalteten Zustand des Überstands der Pouchfolie zwischen den Pouchzellen,
5a-d: eine schematische Darstellung eines ersten Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Batteriezellsystems in der ersten Ausführungsform mit den Schritten A-D,
6a: eine schematische Darstellung der Schritte AA und BB eines zweiten Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Batteriezellsystems in einer zweiten Ausführungsform,
6b: eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Batteriezellsystems mit einer Pouchfolie und Elektrodenverbunden in der zweiten Ausführungsform,
7: eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Batteriezellsystems mit einer Pouchfolie und Elektrodenverbunden in einer dritten Ausführungsform.
8: eine schematische Darstellung einer Aufsicht auf einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Batteriezellsystems mit einer Pouchfolie und Elektrodenverbunden in einer vierten Ausführungsform.

Ausführungsformen der Erfindung
In den 1 und 2 ist eine erste Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriezellsystem 1 dargestellt. In 1 ist das Batteriezellsystem 1 in einer 3D-Ansicht und in 2 in einer Aufsicht dargestellt.
Das Batteriezellsystem 1 weist eine Pouchfolie 3 und drei Elektrodenverbunde 5 auf. Die drei Elektrodenverbunde 5 stehen beispielhaft für eine beliebige Anzahl an Elektrodenverbunden 5.
Die Pouchfolie 3 weist eine Länge L und eine Breite B auf, wobei die Länge L länger ist als die Breite B. Desweiteren weist die Pouchfolie 3 eine erste Seitenlänge L1 und eine dieser gegenüberliegende zweite Seitenlänge L2, sowie eine erste Seitenbreite B1 und eine dieser gegenüberliegende zweite Seitenbreite B2 auf. Die Pouchfolie 3 bildet voneinander separierte Taschen 12, welche faltbar miteinander verbunden sind. Die Pouchfolie 3 ist elektrolytundurchlässig.
Jeder Elektrodenverbund 5 weist eine Anode mit einer Anodenkontaktfahne 7, einen Separator und eine Kathode mit einer Kathodenkontaktfahne 8 auf, welche aufeinander gestapelt vorliegen. In einer alternativen, nicht dargestellten Ausführungsform weist ein Elektrodenverbund 5 mehrere Anoden und/oder Anodenkontaktfahnen 7 und mehrere Kathoden und/oder Kathodenkontaktfahnen 8 auf. In jede Tasche 12 der Pouchfolie 3 ist ein Elektrodenverbund 5 derart eingebracht, dass die Anodenkontaktfahne 7 und die Kathodenkontaktfahne 8 versetzt zueinander über eine erste Seitenlänge L1 der Pouchfolie 3 überstehen.
Je ein Elektrodenverbund 5 bildet zusammen mit einer Tasche 12 der Pouchfolie 3 eine Pouchzelle 10 aus.
Die Pouchfolie 3 umfasst beispielsweise ein Laminat umfassend zumindest einen Kunststoff, insbesondere ein Polyolefin wie beispielsweise ein Polyethylen und/oder ein Polypropylen. In einer Ausführungsform umfasst die Pouchfolie 3 kein Aluminium, insbesondere kein Metall.
Die Pouchfolie 3 ist entlang der Längserstreckung umgeschlagen, sodass eine erste Pouchfolienhälfte 3a und eine zweite Pouchfolienhälfte 3b vorliegen. In die Pouchfolienhälften 3a, 3b sind der Breite B nach in, insbesondere regelmäßigen, Abständen Quernähte 14a eingebracht, welche räumlich voneinander getrennte Taschen 12 bilden. Die Quernähte 14a sind beispielsweise durch Versiegeln der beiden Pouchfolienhälften 3a, 3b miteinander eingebracht. Die Taschen 12 der Pouchfolie 3 sind der Länge L nach durch eine Längsnaht 14b verschlossen, welche beispielsweise durch Versiegeln der Pouchfolienhälften 3a, 3b an deren offenem Ende eingebracht ist. Hierbei sind auch die Anodenkontaktfahnen 7 und die Kathodenkontaktfahnen 8 in einem Bereich in welchem diese an den Pouchfolienhälften 3a, 3b anliegen, mit eingesiegelt.
In die Taschen 12 der Pouchfolie 3 ist beispielsweise ein Elektrolyt, insbesondere ein flüssiger Elektrolyt eingebracht, wobei die Taschen 12 eine Barriere für den Elektrolyten bilden.
In 3 ist ein Querschnitt entlang einer Schnittlinie K-K' gemäß 2 dargestellt. Aus 3 wird ersichtlich, dass die Pouchfolie 3 den Elektrodenverbund 5 in Form einer Tasche 12 umhüllt, sodass eine Pouchzelle 10 gebildet ist. Die Anodenkontaktfahne 7 des Elektrodenverbunds 5 steht über die beiden Pouchfolienhälften 3a, 3b über. An dem Austritt der Anodenkontaktfahne 7 aus der Tasche 12 der Pouchfolie 3 ist eine Längsnaht 14b ausgebildet, welche die Anodenkontaktfahne 7 in einem Austrittsbereich mit der Pouchfolie 3 dicht verbindet.
In den 4a und 4b ist eine seitliche Ansicht auf die erste Seitenlänge L1 gemäß 1 dargestellt. Es sind lediglich zwei zusammenhängende Pouchzellen 10 dargestellt. Diese stehen beispielhaft für eine beliebige Anzahl an Pouchzellen 10. Im Folgenden werden nur die Details bezüglich der Überstände 15 der Pouchfolie 3 zwischen den Pouchzellen 10 beschrieben. In 4a ist ein Überstand 15 in einem ungefalteten Zustand dargestellt, sodass das in 4a dargestellte Faltmuster vorliegt. Hierbei ist eine mittiger Bereich 15a von flankierenden Bereichen 15b umgeben. In 4b sind die Pouchzellen 10 aufeinander zugeschoben, sodass diese näher beieinander liegen. Der Überstand 15 liegt dann in einem gefalteten Zustand vor. Die flankierenden Bereiche 15b liegen dann direkt an den jeweiligen Pouchzellen 10 an, indem diese in Richtung der jeweiligen Pouchzelle 10 gefaltet bzw. geklappt werden. Hierbei stehen manche der flankierenden Bereiche 15b über die Pouchzelle 10 hinaus. Der mittige Bereich 15a ist dann zumindest im Wesentlichen orthogonal zu den flankierenden Bereichen 15b angeordnet, sodass die Faltung im Wesentlichen einer H-Form entspricht. An den Übergangen von dem mittigen Bereich 15a zu den flankierendenBereichen 15b wird zumindest auf Höhe der Pouchzellen 10 pro Übergang eine Quernaht 14b eingefügt, insbesondere durch Versiegeln. Alternativ wird zumindest eine Quernaht 14b in den mittigen Bereich 15a, zumindest auf Höhe der Pouchzellen 10 eingefügt bzw. eingesiegelt. Weiterhin alternativ wird der mittige Bereich 15a vollständig über die gesamte Breite oder zumindest über einen Großteil der Breite versiegelt.
In 5a-d ist ein erstes Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Batteriezellsystems 1 in der ersten Ausführungsform dargestellt, wobei die Anodenkontaktfahnen 7 und die Kathodenkontaktfahnen 8 auf derselben Seite des Elektrodenverbunds 5 angeordnet sind. Das Batteriezellsystem 1 weist beispielhaft drei Elektrodenverbunde 5 auf, diese stehen beispielhaft für eine beliebige Anzahl an Elektrodenverbunden 5. Die Pouchfolie 3 des Batteriezellsystems 1 weist eine Länge L und eine Breite B auf, wobei die Länge L der Pouchfolie 3 insbesondere länger ist als die Breite B.
In 5a ist Verfahrensschritt A dargestellt. Die Elektrodenverbunde 5 werden auf die Pouchfolie 3 aufgelegt. Die Elektrodenverbunde 5 umfassend zumindest eine Anode mit zumindest einer Anodenkontaktfahne 7, zumindest einen Separator und zumindest eine Kathode mit zumindest einer Kathodenkontaktfahne 8. Die Elektrodenverbunde 5 werden derart auf die Pouchfolie 3 aufgelegt, dass die Anodenkontaktfahnen 7 und die Kathodenkontaktfahnen 8 über eine erste Seitenlänge L1 der Pouchfolie 3 versetzt zueinander überstehen. Hierbei bedecken die Elektrodenverbunde 5 im Wesentlichen die Hälfte der Breite B der Pouchfolie 3 und liegen voneinander beabstandet auf der Pouchfolie 3 auf. Die Elektrodenverbunde 5 liegen beispielsweise in gestapelter Form vor. Das bedeutet, dass die Anode, der Separator und die Kathode aufeinander gestapelt sind. Alternativ liegt der Elektrodenverbund 5 ineinander aufgewickelt vor. In 5a ist der nächste Verfahrensschritt B bereits durch halbkreisförmige Pfeile angedeutet, welche ein Umschlagen der Pouchfolie 3 an deren zweiten Seitenlänge L2 in Richtung der Elektrodenverbunde 5 bedeuten sollen.
In 5b ist Verfahrensschritt B dargestellt. Die Pouchfolie 3 ist der Länge L nach umgeschlagen, sodass die Breite B der Pouchfolie 3 im Wesentlichen halbiert ist und die Pouchfolie 3 eine erste Pouchfolienhälfte 3a und eine zweite Pouchfolienhälfte 3b aufweist. In 5b ist nur die erste Pouchfolienhälfte 3a sichtbar. Die Pouchfolienhälften 3a, 3b bilden eine Art Einbuchtung, innerhalb welcher sich die Elektrodenverbunde 5 befinden.
In 5c ist Verfahrensschritt C dargestellt. Die beiden Pouchfolienhälften 3a, 3b werden in regelmäßigen Abständen der Breite B der Pouchfolie 3 nach zusammengefügt. Auf diese Weise entstehen nebeneinanderliegende Taschen 12, von welchen die Elektrodenverbunde 5 umgeben sind. Je ein Elektrodenverbund 5 bildet zusammen mit einer Tasche 12 der Pouchfolie 3 eine Pouchzelle 10 aus. In einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform sind die Abstände, in welchen die beiden Pouchfolienhälften 3a, 3b zusammengefügt werden unregelmäßig. Das Zusammenfügen der Pouchfolienhälften 3a, 3b erfolgt beispielsweise durch ein Siegelverfahren. Hierbei entstehen Quernähte 14a, insbesondere Siegelnähte.
In 5d ist Verfahrensschritt D dargestellt. Die Pouchfolienhälften 3a, 3b werden an deren offenen Enden zusammengefügt, beispielsweise indem die Pouchfolienhälften 3a, 3b miteinander versiegelt werden. Hierbei entsteht eine durchgehende Längsnaht 14b, welche auch die Anodenkontaktfahnen 7 und die Kathodenkontaktfahnen 8 in einem Bereich, in welchem diese auf der Pouchfolie 3 aufliegen, miteinschließt, sodass die Taschen 12 der Pouchfolie 3 dicht verschlossen sind.
Die Verfahrensschritte des in 5a-d dargestellten ersten Verfahrens können auch in vertauschter Reihenfolge erfolgen.
In 6a sind die Verfahrensschritte AA und BB eines zweiten Verfahrens zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Batteriezellsystems 1 in einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Die Anodenkontaktfahnen 7 und die Kathodenkontaktfahnen 8 der Elektrodenverbunde 5 sind auf sich gegenüberliegenden Seiten des Elektrodenverbunds 5 angeordnet. Die Pouchfolie 3 des Batteriezellsystems 1 weist eine Länge L und eine Breite B auf, wobei die Länge L der Pouchfolie 3 insbesondere länger ist als deren Breite B. Die Pouchfolie 3 weist zudem Ausnehmungen 33 auf, welche beispielsweise halbkreisförmig ausgebildet sind. Alternativ können die Ausnehmungen 33 auch eine beliebige andere Form aufweisen.
In Schritt AA werden die Elektrodenverbunde 5, welche zumindest eine Anode mit zumindest einer Anodenkontaktfahne 7, zumindest einen Separator und zumindest eine Kathode mit zumindest einer Kathodenkontaktfahne 8 aufweisen, mittig auf die Pouchfolie 3 aufgelegt. Die Anodenkontaktfahnen 7 und die Kathodenkontaktfahnen 8 zeigen hierbei in Richtung einer ersten Seitenbreite B1 und einer zweiten Seitenbreite B2 der Pouchfolie 3. Die Elektrodenverbunde 5 bedecken im Wesentlichen die Hälfte der Breite B der Pouchfolie 3 und liegen voneinander beabstandet auf der Pouchfolie 3 auf. Die Elektrodenverbunde 5 liegen beispielsweise in gestapelter Form vor. Das bedeutet, dass die Anode, der Separator und die Kathode aufeinander gestapelt sind. Alternativ liegen die Elektrodenverbunde 5 ineinander aufgewickelt vor.
In Schritt BB wird je eine Anodenkontaktfahne 7 eines Elektrodenverbundes 5 mit je einer Kathodenkontaktfahne 8 eines benachbarten Elektrodenverbundes 5 elektrisch kontaktiert. Die Kontaktierung erfolgt beispielsweise durch Schweißen, insbesondere durch Laserschweißen, oder durch Walzplattieren.
In 6a ist der nächste Verfahrensschritt CC bereits durch halbkreisförmige Pfeile angedeutet, welche ein beidseitiges Umschlagen der Pouchfolie 3 in Richtung der Elektrodenverbunde 5 bedeuten sollen.
In dem nicht dargestellten Schritt CC wird die Pouchfolie 3 an der ersten Seitenlänge L1 und an der zweiten Seitenlänge L2 der Länge L nach, in Richtung der Elektrodenverbunde 5 umgeschlagen, sodass die Breite B der Pouchfolie 3 im Wesentlichen halbiert ist. Die Pouchfolie 3 bildet so eine Art Einbuchtung, innerhalb welcher sich die Elektrodenverbunde 5 befinden. Die beiden umgeschlagenen Pouchfolienstücke überlappen hierbei in einem Bereich, welcher sich insbesondere mittig der Pouchfolie 3 befindet. Die Resultate aller weiteren Verfahrensschritte sind in 6b dargestellt.
In 6b ist eine Aufsicht auf einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Batteriezellsystems 1 mit einer Pouchfolie 3 und Elektrodenverbunden 5 in der zweiten Ausführungsform dargestellt. Im Folgenden werden lediglich Merkmale aufgeführt, welche sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform des Batteriezellsystems 1 unterscheiden.
Die Ausnehmungen 33 der Pouchfolie 3 liegen nach dem Umschlagen der Pouchfolienstücke auf den miteinander verbundenen Anodenkontaktfahnen 7 und Kathodenkontaktfahnen 8. Durch die Ausnehmungen 33 ist ein direkter Kontakt zu den Anodenkontaktfahnen 7 und Kathodenkontaktfahnen 8 möglich, sodass diese beispielsweise, mit Ausgleichsleitungen, welche für eine gleichmäßige Spannung aller Pouchzellen eines Batteriemoduls sorgen, elektrisch kontaktiert werden können.
Durch Verfahrensschritt DD sind die übereinanderliegenden Pouchfolienstücke der Pouchfolie 3 der Breite B nach in regelmäßigen Abständen zusammengefügt, insbesondere miteinander versiegelt, sodass Quernähte 14a ausgebildet sind, welche nebeneinanderliegende Taschen 12 ausbilden. Die Quernähte 14a reichen um die Ausnehmungen 33 herum, sodass diese ebenfalls versiegelt und somit dicht sind.
Durch Verfahrensschritt EE sind die offenen Enden der Pouchfolienstücke 3 der Länge L nach zusammengefügt, insbesondere versigelt, sodass eine durchgehende Längsnaht 14b gebildet ist und die Taschen 12 insbesondere vollständig abgedichtet sind. Die Längsnaht 14b ist mittig auf den Elektrodenverbunden 5 angeordnet. Alternativ ist die Längsnaht 14b an einer beliebigen anderen Stelle angeordnet.
In 7 ist eine Aufsicht auf einen Ausschnitt eines erfindungsgemäßen Batteriezellsystems 1 mit einer Pouchfolie 3 und Elektrodenverbunden 5 in einer dritten Ausführungsform dargestellt, welches nach einem dritten Verfahren hergestellt ist.
Im Unterschied zu der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform des Batteriezellsystems 1 sind die Anodenkontaktfahne 7 und die Kathodenkontaktfahne 8 des Elektrodenverbundes 5 auf gegenüberliegenden Seiten des Elektrodenverbunds 5 angeordnet. Die Anodenkontaktfahne 7 eines Elektrodenverbundes 5 ist mit einer Kathodenkontaktfahne 8 eines benachbarten Elektrodenverbundes 5 kontaktiert. Die Anodenkontaktfahne 7 eines Elektrodenverbundes 5 ist des Weiteren an einen Niederstromtab 9 kontaktiert und die Kathodenkontaktfahne 8 eines benachbarten Elektrodenverbundes 5 ist an den selben Niederstromtab 9 kontaktiert. Der Niederstromtab 9 ist so angeordnet, dass er über eine erste Seitenlänge L1 der Pouchfolie 3 übersteht. Der Niederstromtab 9 dient zur Kontaktierung mit Ausgleichsleitungen für das Balancing, sogenannte Balancing lines, welche ein Zellüberwachungssystem CSC elektrisch kontaktieren. Die Anodenkontaktfahnen 7 und die Kathodenkontaktfahnen 8 liegen in der Quernaht 14a der Pouchfolie 3, sodass diese beispielsweise zumindest teilweise mit eingesiegelt sind. Der Niederstromtab 9 ist in einem Bereich in welchem dieser an den Pouchfolienhälften 3a, 3b anliegt, durch die Längsnaht 14b mit eingesiegelt.
In 8 ist eine vierte Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Batteriezellsystems 1 dargestellt. Im Folgenden werden lediglich Merkmale aufgeführt, welche sich von der in 1 dargestellten ersten Ausführungsform des Batteriezellsystems 1 unterscheiden. Die Kontaktfahnen 7, 8 der Elektrodenverbunde 5 sind an kurzen Elektrodenverbund-Seitenbreiten angeordnet. Jeweils zwei benachbarte Elektrodenverbunde 5 des Batteriezellsystems 1 weisen aufeinander zu, das heißt die Anodenkontaktfahnen 7 und die Kathodenkontaktfahnen 8 jeweils zweier Elektrodenverbunde 5 weisen aufeinander zu. Jeweils eine Anodenkontaktfahne 7 eines Elektrodenverbunds 5 ist mit einer Kathodenkontaktfahne 8 des benachbarten Elektrodenverbunds 5 elektrisch kontaktiert. In 8 ist die jeweils nur eine der beiden Kontaktfahnen 7, 8 einer Pouchzelle 10 kontaktiert, die andere Kontaktfahne 7, 8 liegt jeweils frei, sodass diese nach einem Falten des Batteriezellsystems 1 mit der benachbarten Pouchzelle 10 kontaktiert werden kann, welche in 8 im ungefalteten Zustand von dieser weg weist. Auf diese Weise kann eine Reihenschaltung der Pouchzellen erfolgen. Alternativ kann eine Parallelverschaltung der einzelnen Pouchzellen 10 miteinander erfolgen. Die Kontaktfahnen sind vorteilhaft alle gleich lang. In 8 sind manche Kontaktfahnen 7, 8 der Anschaulichkeit wegen kürzer dargestellt. Die Pouchfolie 3 weist Ausnehmungen 33 auf. Die Ausnehmungen 33 der Pouchfolie 3 liegen auf den miteinander verbundenen Anodenkontaktfahnen 7 und Kathodenkontaktfahnen 8. Durch die Ausnehmungen 33 ist ein direkter Kontakt zu den Anodenkontaktfahnen 7 und Kathodenkontaktfahnen 8 möglich, sodass diese elektrisch kontaktiert werden können und mit Ausgleichsleitungen verbunden werden können. In einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform ist je eine Ausnehmung pro miteinander verbundenem Kontaktfahnenpaar in der feuchtigkeitsundichten Pouchfolie 3 ausgebildet. Die Quernähte 14a umsiegeln die Ausnehmungen 33.
In jeder der in den 1, 2 und 5 bis 8 dargestellten Varianten der Batteriezellsysteme 1 können die Elektrodenverbunde 5 auch um 90° gedreht sein wobei die Kontaktfahnen 7, 8 ihre Ausrichtung beibehalten und so vorliegen, wie in den genannten Figuren dargestellt.
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

US 2013/0273413 [0003]
WO 2014/038891 [0004]

Claims

Pouchfolie (3) für ein Batteriezellsystem (1), dadurch gekennzeichnet, dass die Pouchfolie (3) voneinander separierte Taschen (12) zum Einbringen von Elektrodenverbunden (5) bildet, wobei die Taschen (12) elektrolytundurchlässig sind und wobei die Taschen (12), insbesondere im Betriebszustand des Batteriezellsystems (1), physisch über die Pouchfolie (3) faltbar miteinander verbunden sind.
Pouchfolie (3) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Pouchfolie (3) eine Verbundfolie ist, welche kein Aluminium und insbesondere kein Metall umfasst.
Batteriezellsystem (1), insbesondere Lithiumionen-Batteriezellsystem, umfassend eine Pouchfolie (3) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, mit zumindest zwei Taschen (12) und zumindest zwei Elektrodenverbunden (5), dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenverbunde (5) in die voneinander separierten Taschen (12) der Pouchfolie (3) eingebracht sind, sodass je ein Elektrodenverbund (5) zusammen mit einer Tasche (12) der Pouchfolie (3) eine Pouchzelle (10) bildet, wobei die Pouchzellen (10) physisch über die Pouchfolie (3) faltbar miteinander verbunden sind.
Batteriezellsystem (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Pouchfolie (3) eine Länge (L) und eine Breite (B) aufweist, insbesondere wobei die Länge (L) länger ist als die Breite (B), und dass die Pouchfolie (3) entlang der Längserstreckung umgeschlagen ist, sodass zwei Pouchfolienhälften (3a, 3b) vorliegen, welche aufeinander angeordnet sind und ein offenes und ein durch das Umschlagen der Pouchfolie (3) geschlossenes Ende aufweisen, und dass die Pouchfolienhälften (3a, 3b) der Breite (B) nach in, insbesondere regelmäßigen, Abständen derart zusammengefügt sind, dass räumlich voneinander getrennte Taschen (12) vorliegen.
Batteriezellsystem (1) nach einem der Ansprüche 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet dass die Taschen (12) der Pouchfolie (3) der Länge (L) nach an deren offenem Ende durch Zusammenfügen der beiden Pouchfolienhälften (3a, 3b) zumindest teilweise verschlossen sind.
Batteriezellsystem (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet dass das Zusammenfügen der Pouchfolienhälften (3a, 3b) in Form von Nähten, insbesondere Siegelnähten, ausgeführt ist, wobei die Nähte welche die Taschen (12) der Breite (B) nach voneinander abtrennen, Quernähte (14a) sind und wobei die Naht (14), welche die Taschen (12) der Länge (L) nach verschließt, eine Längsnaht (14b) ist.
Batteriezellsystem (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Anodenkontaktfahne (7) einer Anode des Elektrodenverbunds (5) und zumindest eine Kathodenkontaktfahne (8) einer Kathode des Elektrodenverbunds (5), auf der gleichen Seite der Tasche (12) insbesondere versetzt zueinander oder auf einander gegenüberliegenden Seiten der Tasche (12), über die Tasche (12) hinaus überstehen.
Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellsystems (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei eine Pouchfolie (3) eine Länge (L) und eine Breite (B) aufweist, insbesondere wobei die Länge (L) der Pouchfolie (3) länger ist als die Breite (B), mit den nachfolgenden Schritten A) Auflegen von Elektrodenverbunden (5), insbesondere von gestapelten Elektrodenverbunden (5), umfassend zumindest eine Anode mit zumindest einer Anodenkontaktfahne (7), zumindest einen Separator und zumindest eine Kathode mit zumindest einer Kathodenkontaktfahne (8), auf die Pouchfolie (3), wobei die Anodenkontaktfahnen (7) und die Kathodenkontaktfahnen (8) über eine erste Seitenlänge (L1) der Pouchfolie (3), insbesondere versetzt zueinander, überstehen und wobei die Elektrodenverbunde (5) höchstens die Hälfte der Breite (B) der Pouchfolie (3) bedecken und voneinander beabstandet auf der Pouchfolie (3) aufliegen B) Umschlagen der Pouchfolie (3) der Länge L nach, sodass die Breite B der Pouchfolie (3) insbesondere halbiert ist und die Pouchfolie (3) eine erste Pouchfolienhälfte (3a) und eine zweite Pouchfolienhälfte (3b) aufweist, welche eine Art Einbuchtung bilden, innerhalb welcher sich die Elektrodenverbunde (5) befinden C) Zusammenfügen der beiden Pouchfolienhälften (3a, 3b) in, insbesondere regelmäßigen, Abständen der Breite (B) der Pouchfolie (3) nach, sodass nebeneinanderliegende Taschen (12) entstehen, von welchen die Elektrodenverbunde (5) umgeben sind D) Zusammenfügen der Pouchfolienhälften (3a, 3b) an deren offenen Enden oder mit den Schritten A') Umschlagen der Pouchfolie (3) der Länge L nach, sodass die Breite (B) der Pouchfolie (3) insbesondere halbiert ist und die Pouchfolie (3) eine erste Pouchfolienhälfte (3a) und eine zweite Pouchfolienhälfte (3b) aufweist, welche eine Art Einbuchtung bilden innerhalb welcher Elektrodenverbunde (5) einbringbar sind B') Zusammenfügen der beiden Pouchfolienhälften (3a, 3b) in, insbesondere regelmäßigen, Abständen der Breite (B) der Pouchfolie (3) nach, sodass nebeneinanderliegende Taschen (12) entstehen C') Einbringen von Elektrodenverbunden (5) umfassend zumindest eine Anode mit zumindest einer Anodenkontaktfahne (7), zumindest einen Separator und zumindest eine Kathode mit zumindest einer Kathodenkontaktfahne (8), in die Taschen (12) der Pouchfolie (3), wobei die Anodenkontaktfahnen (7) und die Kathodenkontaktfahnen (8) über eine erste Seitenlänge L1 der Pouchfolie (3), insbesondere versetzt zueinander, überstehen D') Zusammenfügen der Pouchfolienhälften (3a, 3b) an deren offenen Enden
Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellsystems (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei eine Pouchfolie (3) eine Länge (L) und eine Breite (B) aufweist, insbesondere wobei die Länge (L) der Pouchfolie (3) länger ist als die Breite (B), und wobei die Pouchfolie (3) Ausnehmungen (33) aufweist, mit den nachfolgenden Schritten AA) Auflegen von Elektrodenverbunden (5), insbesondere von gestapelten Elektrodenverbunden (5), umfassend zumindest eine Anode mit zumindest einer Anodenkontaktfahne (7), zumindest einen Separator und zumindest eine Kathode mit zumindest einer Kathodenkontaktfahne (8), insbesondere mittig, auf die Pouchfolie (3), wobei die Anodenkontaktfahnen (7) und die Kathodenkontaktfahnen (8) auf sich gegenüberliegenden Seiten in Richtung einer ersten Seitenbreite (B1) und einer zweiten Seitenbreite (B2) der Pouchfolie (3) angeordnet sind und wobei die Elektrodenverbunde (5) höchstens die Hälfte der Breite (B) der Pouchfolie (3) bedecken und voneinander beabstandet auf der Pouchfolie (3) aufliegen BB) Kontaktieren je einer Anodenkontaktfahne (7) eines Elektrodenverbundes (5) mit je einer Kathodenkontaktfahne (8) eines benachbarten Elektrodenverbundes (5) CC) Umschlagen der Pouchfolie (3) der Länge (L) nach, insbesondere beidseitiges Umschlagen der Pouchfolie (3) der Länge (L) nach, sodass die Breite (B) der Pouchfolie (3) insbesondere halbiert ist, und die Pouchfolie (3) eine Art Einbuchtung bildet, innerhalb welcher sich die Elektrodenverbunde (5) befinden, und dass die Ausnehmungen (33) der Pouchfolie (3) auf den miteinander verbundenen Anodenkontaktfahnen (7) und Kathodenkontaktfahnen (8) angeordnet sind, sodass diese elektrisch kontaktierbar sind. DD) Zusammenfügen der aufeinander liegenden Pouchfolienstücke in, insbesondere regelmäßigen, Abständen der Breite (B) nach, sodass nebeneinanderliegende Taschen (12) entstehen, von welchen die Elektrodenverbunde (5) umgeben sind EE) Zusammenfügen der offenen Enden der Pouchfolie (3) der Länge (L) nach, insbesondere in einem mittigen Bereich der Pouchfolie (3).
Verfahren zur Herstellung eines Batteriezellsystems (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7, wobei eine Pouchfolie (3) eine Länge (L) und eine Breite (B) aufweist, insbesondere wobei die Länge (L) der Pouchfolie (3) länger ist als die Breite (B), mit den nachfolgenden Schritten AAA) Auflegen von Elektrodenverbunden (5), insbesondere von gestapelten Elektrodenverbunden (5), umfassend zumindest eine Anode mit zumindest einer Anodenkontaktfahne (7), zumindest einen Separator und zumindest eine Kathode mit zumindest einer Kathodenkontaktfahne (8), auf die Pouchfolie (3), wobei die Anodenkontaktfahnen (7) und die Kathodenkontaktfahnen (8) auf sich gegenüberliegenden Seiten in Richtung einer ersten Seitenbreite (B1) und einer zweiten Seitenbreite (B2) der Pouchfolie (3) angeordnet sind und wobei die Elektrodenverbunde (5) höchstens die Hälfte der Breite (B) der Pouchfolie (3) bedecken und voneinander beabstandet auf der Pouchfolie (3) aufliegen BBB) Kontaktieren je einer Anodenkontaktfahne (7) eines Elektrodenverbundes (5) mit einer Kathodenkontaktfahne (8) eines benachbarten Elektrodenverbunds (5) sowie kontaktieren der Anodenkontaktfahne (7) und der Kathodenkontaktfahne (8) an einen Niederstromtab (9), welcher einen Spannungsabgriff darstellt, wobei der Niederstromtab (9) über eine erste Seitenlänge (L1) der Pouchfolie (3) übersteht. CCC) Umschlagen der Pouchfolie (3) der Länge (L) nach, sodass die Breite (B) der Pouchfolie (3) insbesondere halbiert ist und eine erste Pouchfolienhälfte (3a) und eine zweite Pouchfolienhälfte (3b) aufweist, welche eine Art Einbuchtung bilden innerhalb welcher sich die Elektrodenverbunde (5) befinden DDD) Zusammenfügen der beiden Pouchfolienhälften (3a, 3b) in, insbesondere regelmäßigen, Abständen der Breite (B) nach, sodass nebeneinanderliegende Taschen (12) entstehen, von welchen die Elektrodenverbunde (5) umgeben sind EEE) Zusammenfügen der Pouchfolienhälften (3a, 3b) an deren offenen Enden
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei ein Elektrolyt, insbesondere ein flüssiger Elektrolyt, in die Taschen (12) der Pouchfolie (3) eingebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8-11, wobei das Zusammenfügen der Pouchfolienhälften (3a, 3b) mittels eines Siegelverfahrens erfolgt, sodass Siegelnähte entstehen.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8-12, wobei bei dem Zusammenfügen der Pouchfolie (3) der Breite (B) nach an Enden von Quernähten (14a) ein, zwei oder drei Pouchfolien-Überstände (15) ausgebildet werden.
Batteriemodul umfassend eine Pouchfolie (3) nach einem der Ansprüche 1 oder 2 und/oder ein Batteriezellsystem (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 7.
Batterie umfassend ein Batteriemodul nach Anspruch 14.
Verwendung einer Batterie nach Anspruch 15 in einem Elektrofahrzeug, in einem Hybridfahrzeug oder in einem Plug-In-Hybridfahrzeug.