DE102017109233A1 - Segmentierte Elektrodeneinheit, Batterie und Verfahren zum Herstellen einer segmentierten Elektrodeneinheit - Google Patents

Segmentierte Elektrodeneinheit, Batterie und Verfahren zum Herstellen einer segmentierten Elektrodeneinheit Download PDF

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Abstract

Um eine Elektrodeneinheit für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Batterie, umfassend eine Elektrode und ein mit der Elektrode flächig in Kontakt stehendes Stromabnehmerelement, so zu verbessern, dass bei einer Batterie eine Stromverteilung ortsaufgelöst messbar ist, wird vorgeschlagen, dass das Stromabnehmerelement mindestens zwei voneinander getrennte Stromabnehmersegmente umfasst, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente jeweils eine erste Stromabnehmersegmentkontaktfläche aufweisen und dass die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen mit der Elektrode flächig in Kontakt stehen.
Ferner werden eine verbesserte Batterie umfassend zwei durch ein schichtförmiges Separatorelement getrennte Elektrodeneinheiten sowie ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Elektrodeneinheit vorgeschlagen.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrodeneinheit für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Batterie, umfassend eine Elektrode und ein mit der Elektrode flächig in Kontakt stehendes Stromabnehmerelement.
  • Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Batterie umfassend zwei durch ein schichtförmiges Separatorelement getrennte Elektrodeneinheiten, welche jeweils eine Elektrode und ein mit der Elektrode flächig in Kontakt stehendes Stromabnehmerelement umfassen.
  • Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrodeneinheit für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Batterie, welche Elektrodeneinheit eine Elektrode und ein mit der Elektrode flächig in Kontakt stehendes Stromabnehmerelement umfasst.
  • Aus der DE 103 16 117 B3 ist eine Messvorrichtung zum Messen der Strom- und Temperaturverteilung für Brennstoffzellen bekannt. Für die ortsaufgelöste Messung insbesondere der Stromverteilung wird dabei eine Mehrzahl von Messwiderständen auf einer Platine aufgebracht. Diese Messwiderstände müssen jedoch temperaturabhängig kalibriert werden.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektrodeneinheit, eine Batterie und ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, dass bei einer Batterie eine Stromverteilung ortsaufgelöst messbar ist.
  • Diese Aufgabe wird bei einer Elektrodeneinheit der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Stromabnehmerelement mindestens zwei voneinander getrennte Stromabnehmersegmente umfasst, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente jeweils eine erste Stromabnehmersegmentkontaktfläche aufweisen und dass die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen mit der Elektrode flächig in Kontakt stehen.
  • Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ermöglicht es insbesondere, ohne Messwiderstände eine Stromverteilung und entsprechend auch eine Impedanzverteilung in einer Batterie ortsaufgelöst zu messen. Dies wird erreicht durch eine Segmentierung des Stromabnehmerelements. Dadurch können die durch jedes Stromabnehmersegment fließenden Ströme getrennt gemessen werden. Dies ist ohne jegliche Messwiderstände möglich. Es wird direkt der über das jeweilige Stromabnehmersegment fließende Strom gemessen. Dadurch vereinfacht sich der Aufbau der Elektrodeneinheit gegenüber dem Stand der Technik. Insbesondere kann so eine Anzahl der erforderlichen Schichten zur Ausbildung der Elektrodeneinheit minimiert werden, da keine separaten Leitungen zum Kalibrieren der Messwiderstände erforderlich sind. Insgesamt kann so eine Messanordnung bereitgestellt werden, die das ortsaufgelöste Messen von Strömen von oder zu der Elektrode ermöglicht. Die durch die Stromabnehmersegmente gebildete Messordnung bildet gleichzeitig das Stromabnehmerelement, sodass die Messanordnung Teil der Elektrodeneinheit und damit auch Teil der Batterie ist.
  • Vorzugsweise umfasst das Stromabnehmerelement eine Mehrzahl von Stromabnehmersegmenten. Je größer die Anzahl der Stromabnehmersegmente ist, umso besser ortsaufgelöst kann ein Stromfluss in der elektrochemischen Zelle gemessen werden. Beispielsweise können 5, 10, 15, 20 oder noch mehr Stromabnehmersegmente bei der Elektrodeneinheit vorgesehen werden. Die Anzahl der Stromabnehmersegmente kann grundsätzlich beliebig vorgegeben werden, sodass durch die Anzahl und Form der Stromabnehmersegmente die Ortsauflösung der Strommessung in gewünschter Weise vorgegeben werden kann.
  • Günstig ist es, wenn die mindestens zwei Stromabnehmersegmente auf einem Trägerelement angeordnet sind. Insbesondere ermöglicht es das Trägerelement, eine mechanisch stabile und einfach handhabbare Elektrodeneinheit auszubilden. Insbesondere dann, wenn die Elektrode aus einem aktiven Elektrodenmaterial ausgebildet wird, das nicht selbsttragend ist, insbesondere porös, können so die Stromabnehmersegmente auf dem Trägerelement angeordnet oder ausgebildet werden und die Elektrode tragen. Die Stromabnehmersegmente dienen dann gleichzeitig als Träger für die Elektrode und verleihen dieser damit eine hinreichende mechanische Stabilität.
  • Vorteilhaft ist es, wenn das Trägerelement verformbar ausgebildet ist. Insbesondere kann es biegbar, faltbar oder rollbar ausgebildet sein. Diese Ausgestaltung ermöglicht es insbesondere, unterschiedliche Bauformen von Batterien zu realisieren, beispielsweise gerollte und damit zylindrische Bauformen oder durch Schichten von Elektrodeneinheiten ausgebildete quaderförmige Batterien.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente jeweils eine zweite Stromabnehmersegmentkontaktfläche aufweisen, dass das Trägerelement eine erste Trägerelementfläche aufweist und dass die zweiten Stromabnehmersegmentkontaktflächen mit der ersten Trägerelementfläche flächig in Kontakt stehen. So kann ein Schichtaufbau der Elektrodeneinheit realisiert werden mit einer minimalen Anzahl an Schichten. Zudem ermöglicht die flächige Verbindung zwischen dem Trägerelement und den Stromabnehmersegmenten einen einfachen schichtförmigen Aufbau der Elektrodeneinheit.
  • Eine besonders einfacher Aufbau der Elektrodeneinheit kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen und die zweiten Stromabnehmersegmentkontaktflächen identisch oder im Wesentlichen identisch ausgebildet sind. Mit anderen Worten sind die Oberflächen der Stromabnehmersegmente, die einerseits mit der Elektrode und andererseits mit dem Träger in Kontakt stehen, identisch ausgebildet, sodass sich ein gleichmäßiger Stromfluss durch die Stromabnehmersegmente quer zu den Stromabnehmersegmentkontaktflächen einstellen kann.
  • Um eine möglichst stabile Elektrodeneinheit ausbilden zu können, ist es vorteilhaft, wenn das Trägerelement selbsttragend ausgebildet ist.
  • Günstig ist es, wenn das Trägerelement eine Dicke von maximal 1 mm aufweist. Insbesondere kann die Dicke maximal 0,5 mm betragen. Weiter insbesondere kann die Dicke maximal 50 µm betragen. Je dünner das Trägerelement ist, desto einfacher lässt sich das Trägerelement verformen, insbesondere auch mit darauf angeordneten Stromabnehmersegmenten und einer darauf ausgebildeten Elektrode.
  • Vorzugsweise ist das Trägerelement aus einem elektrisch nichtleitenden Trägerelementmaterial ausgebildet. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die durch die einzelnen Stromabnehmersegmente fließenden Ströme nicht getrennt gemessen werden können.
  • Vorteilhaft ist es, wenn das Trägerelementmaterial einen spezifischen Durchgangswiderstand von mindestens 1010 Ohm·cm und/oder einen spezifischen Oberflächenwiderstand von mindestesn 1013 Ohm aufweist. So kann insbesondere eine räumliche Trennung der Stromabnehmersegmente und damit eine Isolierung derselben relativ zueinander über das Trägerelement auf einfache und sichere Weise erreicht werden.
  • Günstig ist es, wenn das Trägerelementmaterial flüssigkeitsdicht oder impermeabel für Flüssigkeiten ist. Insbesondere kann das Trägerelementmaterial hydrophob sein. Die beschriebenen Eigenschaften ermöglichen es insbesondere, das Trägerelement als Abdichtung der Elektrodeneinheit zu nutzen. Insbesondere kann so verhindert, dass ein Elektrolyt aus einer zwischen zwei Elektrodeneinheiten angeordneten oder ausgebildeten Separatorschicht und damit aus der elektrochemischen Zelle, insbesondere aus einer Batterie, austreten kann.
  • Günstig ist es, wenn das das Trägerelementmaterial oxidationsstabil und reduktionsstabil in einem Spannungsbereich von 0 V bis etwa 10 V ist. Insbesondere kann die beschriebene Stabilität in einem Spannungsbereich von 0 V bis etwa 5 V durch entsprechende Wahl des Trägerelementmaterials erreicht werden.
  • Vorzugsweise ist das Trägerelementmaterial starr oder flexibel. Starre Trägerelementmaterialien ermöglichen einen stabilen Aufbau der Elektrodeneinheit. Insbesondere können diese eingesetzt werden, wenn keine verformbaren Elektrodeneinheiten ausgebildet werden sollen. Flexible Trägerelementmaterialien ermöglichen insbesondere das Aufrollen und/oder das Falten der Elektrodeneinheiten, um beispielsweise zylindrische Batterien ausbilden zu können.
  • Besonders einfach und kostengünstig lässt sich die Elektrodeneinheit ausbilden, wenn das Trägermaterial ein Kunststoff ist. Insbesondere kann der Kunststoff ein Flüssigkristallpolymer (FKP) und/oder ein Polyaryletherketon sein. Beispielsweise kann der Kunststoff Polyetheretherketon (PEEK) sein. Derartige Kunststoffe sind insbesondere chemisch stabil gegenüber Lithium und organischen Elektrolyten. Sie ermöglichen sowohl starre als auch flexible Ausführungen der Elektrodeneinheit.
  • Vorteilhaft ist es, wenn das Trägerelementmaterial chemisch stabil gegenüber Lithium und/oder organischen Elektrolyten und/oder Leitsalzen und/oder einem Elektrodenmaterial, aus dem die Elektrode ausgebildet ist, ist. So kann insbesondere eine langzeitstabile Elektrodeneinheit ausgebildet werden.
  • Vorzugsweise weist das Trägerelementmaterial einen Elastizitätsmodul von höchstens etwa 15 GPa auf. Insbesondere kann der Elastizitätsmodul höchstens 5 GPa betragen. So lassen sich insbesondere flexible verformbare Trägerelemente ausbilden.
  • Um die Stabilität der Elektrodeneinheit weiter zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn die mindestens zwei Stromabnehmersegmente flüssigkeitsdicht oder impermeabel für Flüssigkeiten ausgebildet sind. Insbesondere können sie hydrophob ausgebildet sein.
  • Um Stromverluste in der Elektrodeneinheit zu minimieren, ist es vorteilhaft, wenn das Stromabnehmerelement aus einem elektrisch hochleitfähigen Stromabnehmerelementmaterial ausgebildet ist. Damit werden auch die Stromabnehmersegmente entsprechend leitfähig und ermöglichen eine gute Ableitung der fließenden Ströme.
  • Einfach und kostengünstig ausbilden lässt sich die Elektrodeneinheit, wenn das Stromabnehmerelementmaterial metallisch ist.
  • Vorzugsweise ist oder enthält das Stromabnehmerelementmaterial Kupfer oder Aluminium. Diese Materialien lassen sich einfach und sicher verarbeiten.
  • Günstigerweise weist das Stromabnehmerelementmaterial eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens etwa 1 MS/m auf. Insbesondere kann die Leitfähigkeit mindestens etwa 30 MS/m betragen.
  • Um eine Zerstörung der Elektrodeneinheit möglichst zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn das Stromabnehmerelementmaterial chemisch stabil gegenüber Lithium und/oder organischen Elektrolyten und/oder Leitsalzen und/oder dem Elektrodenmaterial ist.
  • Um zu verhindern, dass Flüssigkeiten, insbesondere Elektrolyte, in das Stromabnehmerelement eindringen können, ist es vorteilhaft, wenn das Stromabnehmerelementmaterial flüssigkeitsdicht oder impermeabel für Flüssigkeiten ist.
  • Vorzugsweise ist die erste Stromabnehmersegmentkontaktfläche beschichtet oder versiegelt. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass insbesondere eine Elektrolyt aus der Elektrode in die Stromabnehmersegmente eindringen kann.
  • Um einen guten Kontakt zwischen den Stromabnehmersegmenten und der Elektrode herstellen zu können, ist es günstig, wenn eine Beschichtung oder Versiegelung der ersten Stromabnehmersegmentkontaktfläche Gold enthält oder aus Gold besteht. Zudem kann so eine sichere Abdichtung der Stromabnehmersegmente zur Elektrode hin erreicht werden.
  • Um einen möglichst kompakten Aufbau der Elektrodeneinheit erreichen zu können, ist es günstig, wenn die mindestens zwei Stromabnehmersegmente eine Dicke in einem Bereich von etwa 0,2 µm bis etwa 10 µm aufweisen.
  • Günstigerweise entspricht die Dicke einem Abstand zwischen der ersten Stromabnehmersegmentkontaktfläche und der zweiten Stromabnehmersegmentkontaktfläche. So kann ein definierter Aufbau der Elektrodeneinheit erreicht werden.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die Elektrode aus einem porösen Elektrodenmaterial ausgebildet ist. Sie kann so gut von einem Elektrolyten durchdrungen werden. Ferner können so auch Materialien zur Ausbildung der Elektrode genutzt werden, die selbst nicht formstabil sind. Dies spielt letztlich keine Rolle, da die Elektrode flächig mit den Stromabnehmersegmenten verbunden ist.
  • Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Elektrodenmaterial Lithium, Graphit, Silizium und/oder Schwefel ist oder enthält. Insbesondere kann das Elektrodenmaterial Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid, Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid, Lithium-Eisen-Phosphat und/oder Lithium-Titanat sein oder enthalten. Wenn das Elektrodenmaterial Schwefel enthält, können insbesondere Metall-Schwefel-Batterien ausgebildet werden.
  • Günstig ist es, wenn das Elektrodenmaterial eine Porosität von höchstens etwa 0,3 aufweist. Insbesondere kann die Porosität höchstens etwa 0,2 betragen.
  • Günstig ist es, wenn die Elektrode eine Dicke von maximal 100 µm aufweist. Insbesondere kann sie eine Dicke von maximal 50 µm aufweisen. Je dünner die Elektrode ist, umso kostengünstiger lässt sich die Elektrodeneinheit ausbilden. Ferner haben dünne Elektroden den Vorteil, dass insgesamt kompaktere und leichtere Batterien ausgebildet werden können.
  • Ein besonders einfacher Aufbau der Elektrodeneinheit kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen der mindestens zwei Stromabnehmersegmente identisch oder im Wesentlichen identisch ausgebildet sind. Insbesondere können alle Stromabnehmersegmente identisch ausgebildet sein.
  • Vorzugsweise sind die mindestens zwei Stromabnehmersegmente in einem Raster angeordnet. So kann die Ortsauflösung einer Stromverteilung der Batterie durch das Raster vorgegeben werden.
  • Auf einfache Weise lassen sich die Stromabnehmersegmente in einem Raster anordnen, wenn die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen vieleckig ausgebildet sind. Insbesondere können sie dreieckig, viereckig oder sechseckig ausgebildet sein. Abhängig von der Form der Elektrode kann es zudem günstig sein, wenn die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen oval, insbesondere kreisförmig, oder ovalsegmentförmig, insbesondere kreissegmentförmig, ausgebildet sind.
  • Vorteilhaft ist es, wenn jedem der mindestens zwei Stromabnehmersegmente eine Kontakteinrichtung zugeordnet ist. Die Kontakteinrichtung ermöglicht es insbesondere, jedes Stromabnehmersegment mit einer Strommesseinrichtung elektrisch leitfähig und individuell zu verbinden. So können durch die einzelnen Stromabnehmersegmente fließende Ströme einfach und sicher gemessen werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement eine zweite Trägerelementfläche aufweist, dass die Kontakteinrichtungen auf der zweiten Trägerelementfläche angeordnet oder ausgebildet sind und dass jede einem der mindestens zwei Stromabnehmersegmente zugeordnete Kontakteinrichtung mit dem ihr zugeordneten Stromabnehmersegment elektrisch leitend verbunden ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht es insbesondere auf einfache Weise, die einzelnen Stromabnehmersegmente mit einer Strommesseinrichtung zu verbinden. Insbesondere kann die Kontaktierung beziehungsweise Verbindung mit der Kontakteinrichtung auf einer Seite des Trägerelements erfolgen, die nicht direkt mit den Stromabnehmersegmenten in Kontakt steht.
  • Ferner ist es vorteilhaft, wenn jedes Stromabnehmersegment und die ihm zugeordnete Kontakteinrichtung über eine elektrisch leitende Verbindung elektrisch leitend miteinander verbunden sind und wenn die elektrisch leitende Verbindung durch eine die erste Trägerelementfläche und die zweite Trägerelementfläche verbindende Durchbrechung des Trägerelements geführt ist. Die Durchbrechungen des Trägerelements ermöglichen auf einfache Weise eine Verbindung der Stromabnehmersegmente mit der zugeordneten Kontakteinrichtung.
  • Zum Messen der durch die Stromabnehmersegmente fließenden Ströme ist es günstig, wenn jede Kontakteinrichtung mit einer Strommesseinrichtung elektrisch leitend verbunden oder verbindbar ist. Insbesondere kann eine Mehrzahl von Strommesseinrichtungen vorgesehen sein, um die durch die mindestens zwei Stromabnehmersegmente fließenden Ströme getrennt, aber gleichzeitig messen zu können.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die Elektrode entsprechend der mindestens zwei Stromabnehmersegmente segmentiert ausgebildet ist und mindestens zwei, insbesondere eine Mehrzahl, von Elektrodensegmenten umfasst. Auf diese Weise kann insbesondere sichergestellt werden, dass alle von der Elektrode abfließenden oder zu dieser fließenden Ströme durch die mindestens zwei Stromabnehmersegmente fließen.
  • Besonders einfach wird die Herstellung der Elektrodeneinheit, wenn diese eine einzige Elektrode umfasst. Diese bedeckt dann alle Stromabnehmersegmente.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Elektrodeneinheit mindestens eine Temperaturmesseinrichtung zum ortsaufgelösten Messen einer Elektrodentemperatur und/oder einer Stromabnehmertemperatur aufweist. Die mindestens eine Temperaturmesseinrichtung ist somit optional vorgesehen, um ortsaufgelöst Temperaturen an der Elektrodeneinheit zu bestimmen.
  • Günstig ist es, wenn mindestens einem der mindestens zwei Stromabnehmersegmente eine Temperaturmesseinrichtung zugeordnet ist. Insbesondere kann jedem der Stromabnehmersegmente eine Temperaturmesseinrichtung zugeordnet sein. So kann insbesondere auf einfache Weise ermittelt werden, ob eine Beziehung zwischen der Stromverteilung und der Temperaturverteilung besteht oder nicht.
  • Auf einfache Weise ausbilden lässt sich die Elektrodeneinheit, wenn die mindestens eine Temperaturmesseinrichtung in Form eines Temperaturmesswiderstands ausgebildet ist. Mittels derartiger Temperaturmesswiderstände lassen sich Temperaturen einfach und sicher messen, beispielsweise durch Verbinden mit einer Konstantstromquelle und Messen einer anliegenden Spannung, die von der Temperatur abhängt.
  • Günstig ist es, wenn die mindestens eine Temperaturmesseinrichtung auf oder in dem Trägerelement angeordnet oder ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Temperaturmesseinrichtung als separater Temperaturmesswiderstand auf das Trägerelement aufgebracht werden. Beispielsweise kann es auch in einer Ausnehmung des Trägerelements angeordnet werden. Zum Beispiel kann der Temperaturmesswiderstand auch in Form einer mäanderförmigen Temperaturmessleitung auf das Trägerelement oder in einer Ausnehmung desselben aufgebracht sein. Die mindestens eine Temperaturmesseinrichtung steht vorzugsweise in thermischem Kontakt mit dem Trägerelement und/oder dem Stromabnehmerelement oder mindestens einem Stromabnehmersegment, so dass die Temperaturmesseinrichtung dieselbe oder im Wesentlichen dieselbe Temperatur aufweist wie das Stromabnehmerelement oder das Stromabnehmersegment.
  • Günstig ist es, wenn die mindestens eine Temperaturmesseinrichtung auf der zweiten Trägerelementfläche angeordnet oder ausgebildet ist. So lässt sich die Temperaturmesseinrichtung auf einfache Weise kontaktieren, um sie insbesondere mit einer Strom- oder Spannungsquelle zu verbinden.
  • Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner bei einer Batterie der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine der zwei Elektroden in Form einer der oben beschriebenen Elektrodeneinheiten ausgebildet ist.
  • Eine derart ausgebildete Batterie weist dann auch die oben in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen von Elektrodeneinheiten beschriebenen Vorteile auf.
  • Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens zwei voneinander getrennte Stromabnehmersegmente zur Ausbildung des Stromabnehmerelements ausgebildet werden, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente jeweils eine erste Stromabnehmersegmentkontaktfläche aufweisen und dass die Elektrode auf die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen flächig aufgebracht wird zum Herstellen eines flächigen Kontakts zwischen der Elektrode und den mindestens zwei Stromabnehmersegmenten.
  • Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Weiterbildung ermöglicht es insbesondere, Elektroden, die aus einem nicht selbsttragenden Elektrodenmaterial ausbildet sind, zur Herstellung von Elektrodeneinheiten einer Batterie einzusetzen. Die mindestens zwei Stromabnehmersegmente bilden dann quasi einen Träger für die Elektrode.
  • Günstig ist es, wenn die mindestens zwei Stromabnehmersegmente auf ein Trägerelement aufgebracht werden. Insbesondere kann dies durch Laminieren erreicht werden. So lässt sich auf einfache Weise eine Messanordnung umfassend das Trägerelement und die mindestens zwei Stromabnehmersegmente ausbilden.
  • Vorteilhaft ist es, wenn die mindestens zwei Stromabnehmersegmente auf das Trägerelement aufgebracht werden, bevor die Elektrode auf das Stromabnehmerelement aufgebracht wird. Die mindestens zwei Stromabnehmersegmente werden also zunächst auf das Trägerelement aufgebracht und dienen dann selbst wiederum als Träger für die Elektrode.
  • Die vorstehende Beschreibung umfasst somit insbesondere die nachfolgend in Form durchnummerierter Sätze definierten Ausführungsformen von Elektrodeneinheiten, Batterien und Verfahren zum Herstellen einer Elektrodeneinheit:
    1. 1. Elektrodeneinheit für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Batterie (10), umfassend eine Elektrode (16, 18) und ein mit der Elektrode flächig in Kontakt stehendes Stromabnehmerelement (24, 26), dadurch gekennzeichnet, dass das Stromabnehmerelement (24, 26) mindestens zwei voneinander getrennte Stromabnehmersegmente (32, 132) umfasst, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) jeweils eine erste Stromabnehmersegmentkontaktfläche (34, 134) aufweisen und dass die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (34, 134) mit der Elektrode (16, 18) flächig in Kontakt stehen.
    2. 2. Elektrodeneinheit nach Satz 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromabnehmerelement (24, 26) eine Mehrzahl von Stromabnehmersegmenten (32, 132) umfasst.
    3. 3. Elektrodeneinheit nach Satz 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) auf einem Trägerelement (44, 144) angeordnet sind.
    4. 4. Elektrodeneinheit nach Satz 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (44, 144) verformbar ausgebildet ist, insbesondere biegbar, faltbar oder rollbar.
    5. 5. Elektrodeneinheit nach Satz 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) jeweils eine zweite Stromabnehmersegmentkontaktfläche (40, 140) aufweisen, dass das Trägerelement (44, 144) eine erste Trägerelementfläche (42, 142) aufweist und dass die zweiten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (40, 140) mit der ersten Trägerelementfläche (42, 142) flächig in Kontakt stehen.
    6. 6. Elektrodeneinheit nach Satz 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (34, 134) und die zweiten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (40, 140) identisch oder im Wesentlichen identisch ausgebildet sind.
    7. 7. Elektrodeneinheit nach einem der Sätze 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (44, 144) selbsttragend ausgebildet ist.
    8. 8. Elektrodeneinheit nach einem der Sätze 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (44, 144) eine Dicke (92) von maximal 1 mm, insbesondere von maximal 0,5 mm, weiter insbesondere von maximal 50 µm, aufweist.
    9. 9. Elektrodeneinheit nach einem der Sätze 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (44, 144) aus einem elektrisch nichtleitenden Trägerelementmaterial ausgebildet ist.
    10. 10. Elektrodeneinheit nach Satz 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelementmaterial einen spezifischen Durchgangswiderstand von mindestens 1010 Ohm·cm und/oder einen spezifischen Oberflächenwiderstand von mindestens 1013 Ohm aufweist.
    11. 11. Elektrodeneinheit nach Satz 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelementmaterial flüssigkeitsdicht oder impermeabel für Flüssigkeiten ist, insbesondere hydrophob.
    12. 12. Elektrodeneinheit nach einem der Sätze 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelementmaterial oxidationsstabil und reduktionsstabil in einem Spannungsbereich von 0 V bis etwa 10 V, insbesondere in einem Spannungsbereich von 0 V bis etwa 5 V ist.
    13. 13. Elektrodeneinheit nach einem der Sätze 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelementmaterial starr oder flexibel ist.
    14. 14. Elektrodeneinheit nach Satz 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelementmaterial ein Kunststoff ist, insbesondere ein Flüssigkristallpolymer (FKP) und/oder ein Polyaryletherketon, weiter insbesondere Polyetheretherketon (PEEK).
    15. 15. Elektrodeneinheit nach einem der Sätze 9 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelementmaterial chemisch stabil gegenüber Lithium und/oder organischen Elektrolyten und/oder Leitsalzen und/oder einem Elektrodenmaterial, aus dem die Elektrode (16, 18) ausgebildet ist, ist.
    16. 16. Elektrodeneinheit nach einem der Sätze 9 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelementmaterial einen Elastizitätsmodul von höchstens etwa 15 GPa aufweist, insbesondere von höchstens 5 GPa.
    17. 17. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) flüssigkeitsdicht oder impermeabel für Flüssigkeiten ausgebildet sind, insbesondere hydrophob.
    18. 18. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromabnehmerelement (24, 26) aus einem elektrisch hoch leitfähigen Stromabnehmerelementmaterial ausgebildet ist.
    19. 19. Elektrodeneinheit nach Satz 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromabnehmerelementmaterial metallisch ist.
    20. 20. Elektrodeneinheit nach Satz 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromabnehmerelementmaterial Kupfer oder Aluminium ist oder enthält.
    21. 21. Elektrodeneinheit nach einem der Sätze 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromabnehmerelementmaterial eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens etwa 1 MS/m, insbesondere von mindestens etwa 30 MS/m, aufweist.
    22. 22. Elektrodeneinheit nach einem der Sätze 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromabnehmerelementmaterial chemisch stabil gegenüber Lithium und/oder organischen Elektrolyten und/oder Leitsalzen und/ oder dem Elektrodenmaterial ist.
    23. 23. Elektrodeneinheit nach einem der Sätze 18 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromabnehmerelementmaterial flüssigkeitsdicht oder impermeabel für Flüssigkeiten ist.
    24. 24. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stromabnehmersegmentkontaktfläche (34, 134) beschichtet oder versiegelt ist.
    25. 25. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschichtung oder Versiegelung der ersten Stromabnehmersegmentkontaktfläche (34, 134) Gold enthält oder aus Gold besteht.
    26. 26. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) eine Dicke (96) in einem Bereich von etwa 10 µm bis etwa 100 µm aufweisen, insbesondere etwa 35 µm.
    27. 27. Elektrodeneinheit nach Satz 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (96) einem Abstand zwischen der ersten Stromabnehmersegmentkontaktfläche (34, 134) und der zweiten Stromabnehmersegmentkontaktfläche (40, 140) entspricht.
    28. 28. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (16, 18) aus einem porösen Elektrodenmaterial ausgebildet ist.
    29. 29. Elektrodeneinheit nach Satz 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenmaterial Lithium, Graphit, Silizium und/oder Schwefel ist oder enthält, insbesondere Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid, Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid, Lithium-Eisen-Phosphat und/oder Lithium-Titanat.
    30. 30. Elektrodeneinheit nach Satz 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenmaterial eine Porosität von höchstens etwa 0,3 aufweist, insbesondere von höchstens etwa 0,2.
    31. 31. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (16, 18) eine Dicke (98) von maximal 100 µm aufweist, insbesondere von maximal 50 µm.
    32. 32. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (34, 134) der mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) identisch oder im Wesentlichen identisch ausgebildet sind.
    33. 33. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) in einem Raster angeordnet sind.
    34. 34. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (34, 134) vieleckig ausgebildet sind, insbesondere dreieckig, viereckig oder sechseckig.
    35. 35. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (34, 134) oval, insbesondere kreisförmig, oder ovalsegmentförmig, insbesondere kreissegmentförmig, ausgebildet sind.
    36. 36. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) eine Kontakteinrichtung (48, 148) zugeordnet ist.
    37. 37. Elektrodeneinheit nach Satz 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (44, 144) eine zweite Trägerelementfläche (46, 146) aufweist, dass die Kontakteinrichtungen (48, 148) auf der zweiten Trägerelementfläche (46, 146) angeordnet oder ausgebildet sind und dass jede einem der mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) zugeordnete Kontakteinrichtung (48, 148) mit dem ihr zugeordneten Stromabnehmersegment (32, 132) elektrisch leitend verbunden ist.
    38. 38. Elektrodeneinheit nach Satz 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Stromabnehmersegment (32, 132) und die ihm zugeordnete Kontakteinrichtung (48, 148) über eine elektrisch leitende Verbindung (52, 152) elektrisch leitend miteinander verbunden sind und dass die elektrisch leitende Verbindung durch eine die erste Trägerelementfläche (42, 142) und die zweite Trägerelementfläche (46, 146) verbindende Durchbrechung (54, 154) des Trägerelements geführt ist.
    39. 39. Elektrodeneinheit nach einem der Sätze 37 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kontakteinrichtung (48, 148) mit einer Strommesseinrichtung (58, 158) elektrisch leitend verbunden oder verbindbar ist.
    40. 40. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Sätze, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (16, 18) entsprechend der mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) segmentiert ausgebildet ist und mindestens zwei, insbesondere eine Mehrzahl, von Elektrodensegmenten (36) umfasst.
    41. 41. Elektrodeneinheit nach einem der Sätze 1 bis 39, gekennzeichnet durch eine einzige Elektrode (16, 18).
    42. 42. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Sätze, gekennzeichnet durch mindestens eine Temperaturmesseinrichtung (72) zum ortsaufgelösten Messen einer Elektrodentemperatur und/oder einer Stromabnehmertemperatur.
    43. 43. Elektrodeneinheit nach Satz 42, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einem, insbesondere jedem, der mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) eine Temperaturmesseinrichtung (72) zugeordnet ist.
    44. 44. Elektrodeneinheit nach Satz 42 oder 43, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Temperaturmesseinrichtung (72) in Form eines Temperaturmesswiderstands (74) ausgebildet ist.
    45. 45. Elektrodeneinheit nach einem der Sätze 42 bis 44, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Temperaturmesseinrichtung (72) auf oder in dem Trägerelement (44, 144) angeordnet oder ausgebildet ist.
    46. 46. Elektrodeneinheit nach einem der Sätze 42 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Temperaturmesseinrichtung auf der zweiten Trägerelementfläche (46, 146) angeordnet oder ausgebildet ist.
    47. 47. Batterie (10) umfassend zwei durch ein schichtförmiges Separatorelement (14) getrennte Elektrodeneinheiten (38, 138), welche jeweils eine Elektrode (16, 18) und ein mit der Elektrode (16, 18) flächig in Kontakt stehendes Stromabnehmerelement (24, 26) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der zwei Elektrodeneinheiten (38, 138) in Form einer Elektrodeneinheit (38, 138) nach einem der voranstehenden Sätze ausgebildet ist.
    48. 48. Verfahren zum Herstellen einer Elektrodeneinheit (38, 138) für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Batterie (10), welche Elektrodeneinheit (38, 138) eine Elektrode (16, 18) und ein mit der Elektrode (16, 18) flächig in Kontakt stehendes Stromabnehmerelement (24, 26) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei voneinander getrennte Stromabnehmersegmente (32, 132) zur Ausbildung des Stromabnehmerelements (24, 26) ausgebildet werden, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) jeweils eine erste Stromabnehmersegmentkontaktfläche (34, 134) aufweisen und dass die Elektrode (16, 18) auf die die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (34, 134) flächig aufgebracht wird zum Herstellen eines flächigen Kontakts zwischen der Elektrode (16, 18) und den mindestens zwei Stromabnehmersegmenten (24, 26).
    49. 49. Verfahren nach Satz 48, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (24, 26) auf ein Trägerelement (44, 144) aufgebracht werden, insbesondere durch Laminieren.
    50. 50. Verfahren nach Satz 49, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) auf das Trägerelement (44, 144) aufgebracht werden, bevor die Elektrode auf das Stromabnehmerelement (32, 132) aufgebracht wird.
  • Die nachfolgende Beschreibung dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung. Es zeigen:
    • 1: eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Batterie;
    • 2: eine schematische Darstellung einer Elektrodeneinheit mit segmentiertem Stromabnehmer;
    • 3: eine schematische Darstellung einer Batterie mit zwei Elektrodeneinheiten mit segmentiertem Stromabnehmer;
    • 4: eine schematische Darstellung einer Elektrodeneinheit mit Temperaturmesseinrichtungen;
    • 5: eine schematische Darstellung einer teilweisen Schnittansicht durch eine Trägerelement mit segmentiertem Stromabnehmerelement und Temperaturmesseinrichtungen;
    • 6: eine schematische Darstellung einer teilweisen Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Trägerelements mit segmentiertem Stromabnehmerelement und Temperaturmesseinrichtungen;
    • 7: eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung einer Batterie in Flachbauweise mit einer segmentierten Elektrodeneinheit;
    • 8: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines Trägerelements mit vier kreissegmentförmigen Stromabnehmersegmenten;
    • 9: eine schematische Darstellung eines Trägerelements mit vier quadratischen, in einem Raster angeordneten Stromabnehmersegmenten;
    • 10: eine schematische Anordnung eines Trägerelements mit drei Stromabnehmersegmenten unterschiedlicher Größe.
  • In 1 ist schematisch der Aufbau einer insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichneten Batterie, insbesondere einer wiederaufladbaren Batterie 10, dargestellt. In einem Batteriegehäuse 12 sind zwei durch einen Separator 14 getrennte Elektroden 16 und 18 angeordnet. Beispielsweise kann die Elektrode 18 die Anode der Batterie 10 bilden, die Elektrode 18 die Kathode 22.
  • Die Elektrode 16 ist auf ihrer dem Separator 14 abgewandten Seite mit einem ersten Stromabnehmer 24 flächig in Kontakt stehend. Ebenso steht die Elektrode 18 mit einem zweiten Stromabnehmer 26 flächig in Kontakt. Die Stromabnehmer 24 und 24 werden auch als Stromabnehmerelemente bezeichnet.
  • Für den Einsatz der Batterie 10 ist der erste Stromabnehmer 24 mit einem Stromabnehmerkontaktelement 28 verbunden, welches durch das Batteriegehäuse 12 aus diesem herausgeführt ist. Ein zweites Stromabnehmerkontaktelement 30 ist elektrisch leitend mit dem zweiten Stromabnehmer 26 verbunden und ebenfalls durch das Batteriegehäuse 12 aus der Batterie 10 herausgeführt.
  • Die ersten und zweiten Stromabnehmerkontaktelemente 28 und 30, die in Form von sogenannten Stromabnehmerfahnen ausgebildet sind, ermöglichen es einem Anwender, die Stromabnehmerkontaktelemente 28 und 30 mit einem elektrischen Verbraucher oder insbesondere auch mit einer Ladevorrichtung zu verbinden, falls es sich bei der Batterie 10 um einen wieder aufladbare Batterie 10 handelt.
  • Der Separator 14 kann insbesondere einen Elektrolyten enthalten, welcher den Austausch von Ionen zwischen den Elektroden 16 und 18 durch den Separator 14 hindurch ermöglicht.
  • In 2 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Batterie 10 dargestellt. Identische Elemente und Baugruppen sind daher in 2 sowie allen weiteren Figuren mit identischen Bezugszeichen bezeichnet.
  • Die in 2 dargestellte Batterie 10 umfasst eine erste Elektrode 16, die zwischen dem Separator 14 und dem ersten Stromabnehmer 24 angeordnet ist. Das erste Stromabnehmerkontaktelement 28 ist durch das Batteriegehäuse 12 aus der Batterie 10 herausgeführt.
  • Die Batterie 10 aus 2 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Batterie 10 insbesondere dadurch, dass der zweite Stromabnehmer 26 eine Mehrzahl von Stromabnehmersegmenten 32 umfasst. Die Stromabnehmersegmente 32 umfassen erste Stromabnehmersegmentkontaktflächen 34, die mit der Elektrode 18 flächig in Kontakt stehen.
  • Die Elektrode 18 kann in Form einer durchgehenden Elektrode 18 ausgebildet sein, die eine wie in 1 dargestellte Elektrodenschicht bildet und aus einem aktiven Elektrodenmaterial hergestellt ist.
  • In 2 ist schematisch eine alternative Ausgestaltung dargestellt. Die Elektrode 18 umfasst mehrere Elektrodensegmente 36, wobei jedem Stromabnehmersegment 32 ein Elektrodensegment 36 zugeordnet ist, welches flächig mit der ersten Stromabnehmersegmentkontaktfläche 34 eines Stromabnehmersegments 32 in Kontakt steht.
  • Der zweite Stromabnehmer 26, auch als zweites Stromabnehmerelement bezeichnet, bildet zusammen mit der Elektrode 18 eine Elektrodeneinheit 38.
  • Die Stromabnehmersegmente 32 weisen ferner zweite Stromabnehmersegmentkontaktflächen 40 auf, die parallel oder im Wesentlichen parallel zu den ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen 34 verlaufen und in entgegengesetzter Richtung von diesen weg weisen.
  • Die zweiten Stromabnehmersegmentkontaktflächen 40 der Stromabnehmersegmente 32 liegen an einer ersten Trägerelementfläche 42 eines Trägerelements 44 an, stehen mithin also mit der ersten Trägerelementfläche 42 flächig in Kontakt.
  • Das Trägerelement 44 weist ferner eine zweite Trägerelementfläche 46 auf, die parallel oder im Wesentlichen parallel zur ersten Trägerelementfläche 42 verläuft und in entgegengesetzter Richtung wie diese weist.
  • Zu jedem Stromabnehmersegment 32 ist auf der zweiten Trägerelementfläche 46 eine Kontakteinrichtung 48 in Form eines elektrisch leitfähigen Leiterplattenkontakts 50 angeordnet.
  • Jede Kontakteinrichtung 48 ist über eine elektrisch leitende Verbindung 52 mit einem Stromabnehmersegment 32 elektrisch leitend verbunden. Die Verbindung 52 ist durch eine in 2 schematisch gestrichelt eingezeichnete Durchbrechung 54 des Trägerelements 54 geführt. Die Durchbrechung 54 verbindet die erste Trägerelementfläche 42 und die zweite Trägerelementfläche 46 miteinander.
  • Jede Kontakteinrichtung 48 ist elektrisch leitend mit einer Verbindungsleitung 56 verbunden, die aus dem Batteriegehäuse 12 herausgeführt und mit einer Strommesseinrichtung 58 verbunden beziehungsweise verbindbar ist. Zweite Anschlusskontakte der parallel zueinander geschalteten Strommesseinrichtungen 58 sind über eine gemeinsame Rückleitung 60 zu einer weiteren Strommesseinrichtung 62 geführt, deren weiterer Anschlusskontakt mit dem ersten Stromabnehmerkontaktelement 28 elektrisch leitend über eine Verbindungsleitung 64 verbunden ist.
  • Mit den Strommesseinrichtungen 58 können so die durch die zugeordneten Stromabnehmersegmente 32 fließenden Ströme IS gemessen werden.
  • Mit der Strommesseinrichtung 62 kann der durch alle Stromabnehmersegmente 32 fließende Gesamtstrom IG gemessen werden. Aufgrund der Parallelanordnung der Strommesseinrichtungen 58 sollte mit der Strommesseinrichtung 52 der Gesamtstrom IG als Summe aller durch die Stromabnehmersegmente 32 fließenden Teilströme IS gemessen werden können.
  • In der beschriebenen Weise kann so ortsaufgelöst ein in der Batterie 10 durch den zweiten Stromabnehmer 26 fließender Gesamtstrom IG ortsaufgelöst durch Messen aller durch die Stromabnehmersegmente 32 fließender Teilströme IS gemessen werden.
  • In 3 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Batterie 10 dargestellt. Es umfasst eine auf dem Trägerelement 44 angeordnete Elektrodeneinheit 38 sowie eine zweite Elektrodeneinheit 138, die auf einem weiteren Trägerelement 144 angeordnet ist. Zwischen den beiden segmentierten Elektroden 16 und 18 ist der Separator 14 angeordnet.
  • Das zweite Trägerelement 144 entspricht in seinem Aufbau dem Trägerelement 44. Es trägt eine Mehrzahl an Stromabnehmersegmenten 132, die in ihrem Aufbau ebenfalls den Stromabnehmersegmenten 32 entsprechen.
  • Das Trägerelement 144 umfasst eine Mehrzahl von Durchbrechungen 154, durch die elektrisch leitende Verbindungen 152 geführt sind, welche die auf der ersten Trägerelementfläche 142 aufgebrachten Stromabnehmersegmente 132 mit den auf der zweiten Trägerelementfläche 146 angeordneten Kontakteinrichtungen 148 elektrisch leitend verbinden.
  • Verbindungsleitungen 156 verbinden die Kontakteinrichtungen 148 mit Strommesseinrichtungen 158.
  • Mit den Strommesseinrichtungen 158 können zu beziehungsweise vom jeweiligen Stromabnehmersegment 132 fließende Ströme gemessen werden. Die Summe aller mit den Strommesseinrichtungen 158 gemessenen Ströme IS sollte der Summe aller mit den Strommesseinrichtungen 158 gemessenen Ströme IS entsprechen. Die jeweiligen durch die Stromabnehmersegmente 32 beziehungsweise 132 fließenden Ströme IS können sich unterscheiden, und zwar insbesondere in Abhängigkeit einer Größe der jeweiligen Stromabnehmersegmente 32.
  • Insgesamt ist die in 3 dargestellte Anordnung spiegelsymmetrisch bezogen auf den Separator 14 ausgebildet.
  • 4 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Batterie 10, und zwar in Form einer schematischen Draufsicht auf die zweite Trägerelementfläche 46.
  • Das Trägerelement 44 verdeckt die Elektrodeneinheit 38 sowie den Separator 14 und die weitere Elektrode 16 samt erstem Stromabnehmer 24. Der Aufbau der Batterie 10, wie sie in 4 dargestellt ist, kann somit grundsätzlich dem Aufbau der Batterie in 2 entsprechen. Selbstverständlich ist es auch denkbar, eine entsprechende Anordnung vorzusehen, bei der zusätzlich zur Elektrodeneinheit 38 auch eine zweite Elektrodeneinheit 138 wie bei dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Batterie 10 vorgesehen ist.
  • In 4 sind beispielhaft vier Stromabnehmersegmente 32 gestrichelt eingezeichnet, die sich hinter dem Trägerelement 44 befinden.
  • Durch die nicht dargestellte Durchbrechung 54 sind die Kontakteinrichtung 48 jeweils mit einem der vier Stromabnehmersegmente 32 elektrisch leitend verbunden. Elektrisch leitende Leiterbahnen 66 verbinden die Kontakteinrichtungen 48 mit Anschlusskontakten 68, die auf der zweiten Trägerelementfläche 46 angeordnet oder ausgebildet sind.
  • Die Anschlusskontakte 68 können insbesondere mit der aus dem Batteriegehäuse 12 herausgeführten Verbindungsleitung 56 mit Strommesseinrichtungen 58 elektrisch leitend verbunden werden. Die Strommesseinrichtungen 62 sind Teil einer insgesamt mit dem Bezugszeichen 70 bezeichneten Signalauswerteeinrichtung.
  • Bei der in 4 dargestellten Batterie 10 sind ferner drei Temperaturmesseinrichtungen 72 vorgesehen, die in Form von temperaturabhängigen Messwiderständen ausgebildet sind. Sie sind in thermischem Kontakt mit dem Trägerelement 44 stehend auf der zweiten Trägerelementfläche 46 angeordnet.
  • Die Messwiderstände 74 sind über zwei Leiterbahnen 76 mit Anschlusskontakten 78 verbunden. Einer der Anschlusskontakte 78 ist mit einer von der Signalauswerteeinrichtung 70 umfassten Spannungsmesseinrichtung 80 über eine Verbindungsleitung 82 verbunden. Eine weitere Verbindungsleitung 84 verbindet die Spannungsmesseinrichtung 80 mit einem Pol einer Stromquelle 86. Ein anderer Pol der Stromquelle 86 ist über eine weitere Verbindungsleitung 88 mit dem anderen der beiden Anschlusskontakte 78 verbunden.
  • Durch Bereitstellen eines konstant fließenden Stroms durch die Stromquelle 86 kann mit der Spannungsmesseinrichtung 80 die am Messwiderstand 74 abfallende Spannung gemessen werden. Da dieser temperaturabhängig ist, kann so indirekt über den ermittelten Widerstandswert des Messwiderstands 74 die Temperatur des Messwiderstands 74 und damit indirekt auch die Temperatur des Trägerelements 44 und des mit dem Trägerelement 44 in thermischem Kontakt stehenden Stromabnehmersegments 32 bestimmt werden.
  • 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch einen Teil der in 4 skizzierten Batterie 10.
  • Die Temperaturmesseinrichtungen 72 in Form der Messwiderstände 74 sind auf der zweiten Trägerelementfläche 46 des Trägerelements 44 angeordnet. Sie können als separate Bauteile auf das Trägerelement 44 aufgebracht und mit den Leiterbahnen 76 verbunden werden.
  • Alternativ können die Messwiderstände 74 auch in Form mäanderförmiger Leiterbahnenabschnitte auf die zweite Trägerelementfläche 46 aufgebracht werden. Dies ermöglicht einen besonders flachen Aufbau der Batterie 10.
  • Der Abstand 90 zwischen den Schwerpunkten der Messwiderstände 74 und der Schwerpunkte der Stromabnehmersegmente 32 ist dabei sehr viel größer als eine Dicke 92 des Trägerelements 44. In 5 ist ebenfalls gut zu erkennen, dass die Stromabnehmersegmente 32 räumlich voneinander getrennt auf dem Trägerelement 44 angeordnet und damit auch elektrisch gegeneinander isoliert sind.
  • In 6 ist eine schematische Schnittansicht durch ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Batterie 10 teilweise dargestellt.
  • Anders als in 5 dargestellt, sind die Temperaturmesseinrichtungen 72 nicht auf der zweiten Trägerelementfläche 46 angeordnet, sondern in Ausnehmungen 94 des Trägerelements 44. Die Ausnehmungen 94 können insbesondere in Form von Durchbrechungen des Trägerelements 44 ausgebildet sein, so dass die Messwiderstände 74 in direktem thermischen Kontakt mit den zweiten Stromabnehmersegmentkontaktflächen 40 stehen. Durch diese Anordnung kann mit den Messwiderständen 74 direkt die Temperatur an den Stromabnehmersegmenten 32 in der oben beschriebenen Weise bestimmt werden.
  • 7 zeigt beispielhaft eine teilweise geschnittene Ansicht einer Batterie 10 in Form eines Lithium-Ionen-Akkumulators in Flachbauweise. Die in 7 verwendeten Bezugszeichen entsprechen den oben im Zusammenhang mit den 1 bis 6 verwendeten Bezugszeichen.
  • Der elektrische Aufbau der Batterie 10 in 7 entspricht im Wesentlichen der in 2 dargestellten Batterie 10.
  • Auf dem Trägerelement 44 ist eine Mehrzahl von Stromabnehmersegmenten 32 in einem quadratischen Raster angeordnet. Die überwiegende Zahl der Stromabnehmersegmente 32 weist eine quadratische erste Stromabnehmersegmentkontaktfläche 34 auf, die identisch mit der zweiten Stromabnehmersegmentkontaktfläche 40 ausgebildet ist, welche auf der ersten Trägerelementfläche 42 anliegt. Die vier in den Ecken des zweiten Stromabnehmers 26 angeordneten Stromabnehmersegmente 32 sind kreissegmentförmig ausgebildet. Mit anderen Worten bilden deren erste und zweite Stromabnehmersegmentkontaktflächen 34 und 40 einen Viertelkreis.
  • Der zweite Stromabnehmer 26 ist mit der Elektrode 18 bedeckt, welche wiederum durch den Separator 14 von der Elektrode 16 getrennt ist. Auf der Elektrode 16 liegt flächig der erste Stromabnehmer 24 auf, der elektrisch leitend mit dem ersten Stromabnehmerkontaktelement 28 verbunden ist. Dieses ist aus dem Batteriegehäuse 12 herausgeführt.
  • Aus dem Batteriegehäuse 12 ferner herausgeführt sind Verbindungsleitungen 56, die wie oben in Verbindung mit 2 beschrieben mit in 7 nicht dargestellten Kontakteinrichtungen 48 auf der zweiten Trägerelementfläche 46 verbunden sind. 7 zeigt beispielhaft vier derartige Verbindungsleitungen 56. Grundsätzlich könnte jedem der Stromabnehmersegmente 32 eine eigene Verbindungsleitung 56 zugeordnet sein.
  • Wie in Verbindung mit den 4 bis 6 erläutert, könnten bei der in 7 dargestellten Batterie 10 ferner auch eine oder mehrere Temperaturmesseinrichtungen 72 in der beschriebenen Weise auf der zweiten Trägerelementfläche 46 oder in Ausnehmungen 94 des Trägerelements 44 angeordnet sein. Für fede Temperaturmesseinrichtung 72 wären dann zwei Verbindungsleitungen 82, 88 aus dem Batteriegehäuse 12 herauszuführen.
  • Die 8 bis 10 zeigen beispielhaft unterschiedliche Geometrien der Stromabnehmersegmente 32. Entsprechend könnten auch die Stromabnehmersegmente 132 auf dem Trägerelement 144 angeordnet sein.
  • In 8 ist ein kreisscheibenförmiger Träger 44 gewählt, auf dem vier identische Stromabnehmersegmente 32 angeordnet sind. Diese weisen die Form eines Viertelkreissegments auf.
  • In 10 ist ein quadratisches Trägerelement 44 beispielhaft dargestellt. Auf diesem sind vier in einem quadratischen Raster angeordnete quadratische Stromabnehmersegmente 32 angeordnet.
  • Wie in 10 beispielhaft dargestellt, müssen die Stromabnehmersegmente 32 nicht zwingend identisch ausgebildet sein. Hier sind auf der ersten Trägerelementfläche 42 des quadratischen Trägerelements 44 zwei quadratische Stromabnehmersegmente 32 angeordnet sowie ein etwa doppelt so großes rechteckiges Stromabnehmersegement.
  • Abhängig von Größe und Form der Stromabnehmersegemente 32 beziehungsweise 132 können ortsaufgelöst Stromwerte der Batterie 10 bestimmt werden.
  • Die Trägerelemente 44 und 144 können insbesondere verformbar ausgebildet sein, beispielsweise biegbar, faltbar oder rollbar.
  • Die Trägerelemente 44 und 144 können insbesondere selbsttragend ausgebildet sein. Sie bilden dann quasi eine Art Platine für die schichtförmig darauf angeordneten Stromabnehmer 24 beziehungsweise 26 und die auf diesen aufgebrachten Elektroden 16 und 18.
  • Die Dicke 92 des Trägerelements beträgt maximal etwa 1 mm, insbesondere weniger als 0,5 mm. Bei verformbaren Trägerelementen 44, 144 beträgt die Dicke 92 maximal etwa 50 µm.
  • Die Trägerelemente 44, 144 sind vorzugsweise aus einem elektrisch nichtleitenden Trägermaterial ausgebildet. Beispielsweise kann es sich dabei um ein Flüssigkristallpolymer (FKP), Polyetheretherketon (PEEK) sowie die Materialmischungen Flüssigkristallpolymer-Polyimid oder Flüssigkristallpolymer-FR-4 handeln. Polyimid und FR-4 sind gängige Leiterplatten-Materialien, deren Eigenschaftten als Komposite mit Flüssigkristallpolymeren optimiert werden können. Die genannten Materialien sind unter verschiedenen Handelsnamen erhältlich.
  • Bei Flüssigkristallpolymeren handelt es sich um thermoplastische Polymere, deren Seitenketten eine flüssigkristalline Anordnung aufweisen. Beispielhaft seien hier die Handelsnamen Vectra® der Firma Ticona, XYDAR® der Firmen Amoco/Solvay sowie Zenite® der Firma DuPont genannt.
  • Polyetheretherketon ist ein hochtemperaturbeständiger thermoplastisches Polymer, welches zur Stoffgruppe der Polyaryletherketone gehört.
  • FR-4 ist ein Verbundwerkstoff aus Epoxidharz und Glasfasergewebe. Mit diesem Trägerelementmaterial können nur starre oder im Wesentlichen unverformbare Trägerelemente 44, 144 ausgebildet werden.
  • Die genannten Trägerelementmaterialien können wie beschrieben sehr dünn, nämlich mit einer Dicke 92 von weniger als 50 µm ausgebildet werden. Dies ermöglicht eine hohe Flexibilität des Trägerelements 44, 144 und damit auch einen Einsatz in einer Batterie-Rundzelle mit gewickelten Elektroden 16, 18.
  • Die beschriebenen Trägerelementmaterialien können zur Ausbildung der Trägerelemente 44, 144 auf eine dünne Trägerfolie aus Kupfer, Aluminium, Nickel oder Edelstahl laminiert beziehungsweise aufgebracht sein. Die Trägerelementmaterialien sind zudem gasdicht und elektrolytabweisend aufgrund ihrer hydrophoben Eigenschaften.
  • Für das Flüssigkristallpolymer Vectra® A115 mit 15 % Glasfaserverstärkung ergibt sich eine thermische Beständigkeit von mehr als 250 °C. Dieses Material ist geeignet für Hochfrequenz-Schaltungen bis 110 GHz, sodass Impedanzmessungen mit einer Frequenz bis zu 1 MHz und mehr durchführbar sind. Die Dichte beträgt weniger als 2,0 g/cm3. Eine Wasseraufnahme bei Sättigung im Wasser beträgt weniger als 0,05 %. Eine Bruchdehnung ist größer als 4 %, ein Biegemodul bei 23 °C beträgt etwa 12400 MPa. Eine Biegefestigkeit bei 23 °C beträgt etwa 250 MPa. Der spezifische Oberflächenwiderstand dieses Materials ist größer als 1015 Ω. Ein spezifischer Durchgangswiderstand ist größer als 1015 Ω·cm. Die elektrische Durchschlagsfestigkeit ist größer als 30 kV/mm. Das Material ist der Flammschutzklasse V-0 zugeordnet.
  • Das unter dem Handelsnamen VICTREX® verfügbare Polyetheretherketon weist eine thermische Beständigkeit von mehr als 250 °C bei einer Dichte von weniger als 1,5 g/cm3 auf. Eine Wasseraufnahme bei Sättigung im Wasser) beträgt weniger als 0,5 %. Der Elastizitätsmodul beträgt 4300 MPa, die Streckspannung 115 MPa. Eine Bruchdehnung beträgt etwa 20 %, das Biegemodul 4100 MPa, die Biegefestigkeit 172 MPa. Der spezifische Oberflächenwiderstand beträgt etwa 1013 Ω, der spezifischer Durchgangswiderstand 1014 Ω·cm. Die elektrische Durchschlagsfestigkeit dieses Materials beträgt 24 kV/mm.
  • Die beiden genannten Trägerelementmaterialien weisen eine hohe chemische Beständigkeit gegenüber metallischem Lithium, organischen und anorganischen Lösungsmitteln, insbesondere Batterieelektrolyten und Leitsalzen auf. Beispielhaft für diese Materialien seien genannt Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat (PC), γ-Butyrolacton (y-BL), Dimethylcarbonat (DMC), Diethylcarbonat (DEC), Ethylmethylcarbonat (EMC), Dimethoxymethan (DMM), Dimethoxyethan (DME), Tetrahydrofuran (THF), Dimethylsulfoxid (DMSO), Lithiumhexafluorophosphat (LiPF6), Lithiumtetrafluorborat (LiBF4), Lithiumtetrachloroaluminat (LiAlCl4), Lithiumperchlorat (LiClO4), Lithiumbis(oxalato)borat (LiBOB), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylidenfluorid-Hexafluoropropen (PVDF-HFP).
  • Die Elektroden 16 und 18 können insbesondere aus Lithium enthaltenden Elektrodenmaterialien gebildet werden wie insbesondere Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid (NCM), Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid (NCA), Lithium-Eisen-Phosphat (LFP), Lithium-Titanat (LTO), Graphit, Silizium und/oder Schwefel.
  • Eine Dicke der Elektroden 16, 18 beträgt maximal 50 µm. Eine Fläche der Elektroden 16, 18 ist je nach Einsatzbereich grundsätzlich frei wählbar. Eine Standardgröße beträgt etwa 5 × 5 cm2.
  • Die Stromabnehmer 24 und 26 weisen eine Fläche auf, die zur Elektrodenfläche korrespondiert. Sie werden zunächst auf die Trägerelemente 44, 144 aufgebracht. Vorzugsweise wird das die Elektroden 16, 18 bildende Elektrodenmaterial, auch als aktives Elektrodenmaterial bezeichnet, auf die Stromabnehmer 24, 26 aufgebracht, nachdem diese auf die Trägerelemente 44, 46 aufgebracht wurden.
  • Wie bereits dargelegt, kann eine Temperaturmessung in der Batterie 10 optional vorgesehen werden. Hierfür können ausgewählten oder allen Stromabnehmersegmenten 32 der Trägerelemente 44, 144 Strommesseinrichtungen 58, 158 zugeordnet werden.
  • Dadurch, dass vorzugsweise die Trägerelemente 44, 144 sehr dünn ausgebildet werden, ergibt sich ein thermisches Gleichgewicht zwischen den hochleitfähigen, aus einem Metall ausgebildeten Stromabnehmersegmenten 32 und der zweiten Trägerelementfläche der Trägerelemente 44, 144. Ein auf der zweiten Trägerelementfläche 46, 146 angebrachter Messwiderstand 74 misst dann letztlich die Temperatur des zugeordneten Stromabnehmersegments 32, 132.
  • Die Verbindungen 52, 152 stehen nicht mit den Messwiderständen 74 in elektrisch leitender Verbindung.
  • Die Messwiderstände 74 können insbesondere eine definierte temperaturabhängige Widerstandsänderung, beispielsweise 4 Ω pro Kelvin, aufweisen. Insbesondere können die Messwiderstände 74 mit 1 kΩ oder über einen definierten Leiterbahnwiderstand aus einem Mäandersystem aus Kupfer ausgeführt werden. Die Messwiderstände 74 können wie beschrieben oberflächenmontiert oder in Form von Leiterbahnwiderständen ausgebildet werden.
  • Wie beschrieben kann so zur Temperaturmessung durch die temperaturabhängigen Messwiderstände 74 ein definierter Strom von der Stromquelle 86 geleitet werden. Der Messwiderstand weist eine Kennlinie auf, die dessen temperaturabhängige Widerstandscharakteristik beschreibt. Über den Spannungsabfall, der mit der Spannungsmesseinrichtung 80 gemessen werden kann, kann so die Temperatur des Messwiderstands 74 ermittelt werden. Wichtig ist, dass der durch die Stromquelle 86 bereitgestellte Strom klein genug gewählt wird, damit sich der Messwiderstand 74 durch den fließenden Strom nicht erwärmt. Wenn der angelegte Strom beispielsweise 1 mA beträgt, so kann sich bei einem Messwiderstand 74 die abgegriffene Spannung um 4 mV pro Kelvin ändern, wenn sich der temperaturabhängige Messwiderstand um 4 Ω pro Kelvin ändert. Derartige Spannungsänderungen können mit kommerziell erhältlichen Multimetern einfach und sicher detektiert werden.
  • Der Einsatz von Messwiderständen 74 mit bekannter Temperaturcharakteristik hat den Vorteil, dass eine zeitaufwendige Kalibrierung, wie sie in der DE 103 16 117 B3 beschrieben ist, entfallen kann.
  • Die beschriebenen Batterien können insbesondere bei der Herstellung von wiederaufladbaren Batterien, in der Forschung, bei der Qualitätskontrolle, für Mobilgeräte und Elektrowerkzeuge eingesetzt werden. Sie können zudem in der Automobilindustrie sowie in der Luft- und Raumfahrt zum Einsatz kommen.
  • Die Segmentierung der Stromabnehmer 24 und 26 ist zudem grundsätzlich unabhängig von der Bauform der Batterien 10. Wie beschrieben können sowohl Rundzellen als auch Zellen in Flachbauweise mit Stromabnehmersegmenten 32 ausgebildet werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Batterie
    12
    Batteriegehäuse
    14
    Separator
    16
    Elektrode
    18
    Elektrode
    20
    Anode
    22
    Kathode
    24
    erster Stromabnehmer
    26
    zweiter Stromabnehmer
    28
    erstes Stromabnehmerkontaktelement
    30
    zweites Stromabnehmerkontaktelement
    32
    Stromabnehmersegment
    34
    erste Stromabnehmersegmentkontaktfläche
    36
    Elektrodensegment
    38
    Elektrodeneinheit
    40
    zweite Stromabnehmersegmentkontaktfläche
    42
    erste Trägerelementfläche
    44
    Trägerelement
    46
    zweite Trägerelementfläche
    48
    Kontakteinrichtung
    50
    Leiterplattenkontakt
    52
    Verbindung
    54
    Durchbrechung
    56
    Verbindungsleitung
    58
    Strommesseinrichtung
    60
    Rückleitung
    62
    Strommesseinrichtung
    64
    Verbindungsleitung
    66
    Leiterbahn
    68
    Anschlusskontakt
    70
    Signalauswerteeinrichtung
    72
    Temperaturmesseinrichtung
    74
    Temperaturmesswiderstand
    76
    Leiterbahn
    78
    Anschlusskontakt
    80
    Spannungsmesseinrichtung
    82
    Verbindungsleitung
    84
    Verbindungsleitung
    86
    Stromquelle
    88
    Verbindungsleitung
    90
    Abstand
    92
    Dicke
    94
    Ausnehmung
    96
    Dicke
    98
    Dicke
    132
    Stromabnehmersegment
    134
    erste Stromabnehmersegmentkontaktfläche
    136
    Elektrodensegment
    138
    Elektrodeneinheit
    140
    zweite Stromabnehmersegmentkontaktfläche
    142
    erste Trägerelementfläche
    144
    Trägerelement
    146
    zweite Trägerelementfläche
    148
    Kontakteinrichtung
    150
    Leiterplattenkontakt
    152
    Verbindung
    154
    Durchbrechung
    156
    Verbindungsleitung
    158
    Strommesseinrichtung
    160
    Rückleitung
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 10316117 B3 [0004, 0131]

Claims (20)

  1. Elektrodeneinheit für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Batterie (10), umfassend eine Elektrode (16, 18) und ein mit der Elektrode flächig in Kontakt stehendes Stromabnehmerelement (24, 26), dadurch gekennzeichnet, dass das Stromabnehmerelement (24, 26) mindestens zwei voneinander getrennte Stromabnehmersegmente (32, 132) umfasst, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) jeweils eine erste Stromabnehmersegmentkontaktfläche (34, 134) aufweisen und dass die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (34, 134) mit der Elektrode (16, 18) flächig in Kontakt stehen.
  2. Elektrodeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromabnehmerelement (24, 26) eine Mehrzahl von Stromabnehmersegmenten (32, 132) umfasst.
  3. Elektrodeneinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) auf einem Trägerelement (44, 144) angeordnet sind.
  4. Elektrodeneinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass a) das Trägerelement (44, 144) verformbar ausgebildet ist, insbesondere biegbar, faltbar oder rollbar, und/oder b) die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) jeweils eine zweite Stromabnehmersegmentkontaktfläche (40, 140) aufweisen, dass das Trägerelement (44, 144) eine erste Trägerelementfläche (42, 142) aufweist und dass die zweiten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (40, 140) mit der ersten Trägerelementfläche (42, 142) flächig in Kontakt stehen, wobei insbesondere die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (34, 134) und die zweiten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (40, 140) identisch oder im Wesentlichen identisch ausgebildet sind, und/oder c) das Trägerelement (44, 144) selbsttragend ausgebildet ist und/oder d) das Trägerelement (44, 144) eine Dicke (92) von maximal 1 mm, insbesondere von maximal 0,5 mm, weiter insbesondere von maximal 50 µm, aufweist.
  5. Elektrodeneinheit nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (44, 144) aus einem elektrisch nichtleitenden Trägerelementmaterial ausgebildet ist.
  6. Elektrodeneinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelementmaterial a) einen spezifischen Durchgangswiderstand von mindestens 1010 Ohm·cm und/oder einen spezifischen Oberflächenwiderstand von mindestens 1013 Ohm aufweist und/oder b) flüssigkeitsdicht oder impermeabel für Flüssigkeiten ist, insbesondere hydrophob, und/oder c) oxidationsstabil und reduktionsstabil in einem Spannungsbereich von 0 V bis etwa 10 V, insbesondere in einem Spannungsbereich von 0 V bis etwa 5 V ist und/oder d) starr oder flexibel ist und/oder e) ein Kunststoff ist, insbesondere ein Flüssigkristallpolymer (FKP) und/oder ein Polyaryletherketon, weiter insbesondere Polyetheretherketon (PEEK) und/oder f) das Trägerelementmaterial chemisch stabil gegenüber Lithium und/oder organischen Elektrolyten und/oder Leitsalzen und/oder einem Elektrodenmaterial, aus dem die Elektrode (16, 18) ausgebildet ist, ist und/oder g) einen Elastizitätsmodul von höchstens etwa 15 GPa aufweist, insbesondere von höchstens 5 GPa.
  7. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) flüssigkeitsdicht oder impermeabel für Flüssigkeiten ausgebildet sind, insbesondere hydrophob.
  8. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromabnehmerelement (24, 26) aus einem elektrisch hochleitfähigen Stromabnehmerelementmaterial ausgebildet ist.
  9. Elektrodeneinheit nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromabnehmerelementmaterial a) metallisch ist, wobei insbesondere das Stromabnehmerelementmaterial Kupfer oder Aluminium ist oder enthält, und/oder b) eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens etwa 1 MS/m, insbesondere von mindestens etwa 30 MS/m, aufweist und/oder c) das Stromabnehmerelementmaterial chemisch stabil gegenüber Lithium und/oder organischen Elektrolyten und/oder Leitsalzen und/oder dem Elektrodenmaterial ist und/oder d) das Stromabnehmerelementmaterial flüssigkeitsdicht oder impermeabel für Flüssigkeiten ist.
  10. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) die erste Stromabnehmersegmentkontaktfläche (34, 134) beschichtet oder versiegelt ist und/oder b) eine Beschichtung oder Versiegelung der ersten Stromabnehmersegmentkontaktfläche (34, 134) Gold enthält oder aus Gold besteht und/oder c) die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) eine Dicke (96) in einem Bereich von etwa 10 µm bis etwa 100 µm aufweisen, insbesondere etwa 35 µm, wobei insbesondere die Dicke (96) einem Abstand zwischen der ersten Stromabnehmersegmentkontaktfläche (34, 134) und der zweiten Stromabnehmersegmentkontaktfläche (40, 140) entspricht.
  11. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (16, 18) aus einem porösen Elektrodenmaterial ausgebildet ist, wobei insbesondere das Elektrodenmaterial a) Lithium, Graphit, Silizium und/oder Schwefel ist oder enthält, insbesondere Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid, Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid, Lithium-Eisen-Phosphat und/oder Lithium-Titanat, und/oder b) eine Porosität von höchstens etwa 0,3 aufweist, insbesondere von höchstens etwa 0,2.
  12. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Elektrode (16, 18) eine Dicke (98) von maximal 100 µm aufweist, insbesondere von maximal 50 µm, und/oder b) die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (34, 134) der mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) identisch oder im Wesentlichen identisch ausgebildet sind und/oder c) die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) in einem Raster angeordnet sind und/oder d) die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (34, 134) vieleckig ausgebildet sind, insbesondere dreieckig, viereckig oder sechseckig, und/oder e) die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (34, 134) oval, insbesondere kreisförmig, oder ovalsegmentförmig, insbesondere kreissegmentförmig, ausgebildet sind.
  13. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) eine Kontakteinrichtung (48, 148) zugeordnet ist.
  14. Elektrodeneinheit nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass a) das Trägerelement (44, 144) eine zweite Trägerelementfläche (46, 146) aufweist, dass die Kontakteinrichtungen (48, 148) auf der zweiten Trägerelementfläche (46, 146) angeordnet oder ausgebildet sind und dass jede einem der mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) zugeordnete Kontakteinrichtung (48, 148) mit dem ihr zugeordneten Stromabnehmersegment (32, 132) elektrisch leitend verbunden ist und/oder b) jedes Stromabnehmersegment (32, 132) und die ihm zugeordnete Kontakteinrichtung (48, 148) über eine elektrisch leitende Verbindung (52, 152) elektrisch leitend miteinander verbunden sind und dass die elektrisch leitende Verbindung durch eine die erste Trägerelementfläche (42, 142) und die zweite Trägerelementfläche (46, 146) verbindende Durchbrechung (54, 154) des Trägerelements geführt ist, wobei insbesondere jede Kontakteinrichtung (48, 148) mit einer Strommesseinrichtung (58, 158) elektrisch leitend verbunden oder verbindbar ist.
  15. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass a) die Elektrode (16, 18) entsprechend der mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) segmentiert ausgebildet ist und mindestens zwei, insbesondere eine Mehrzahl, von Elektrodensegmenten (36) umfasst oder b) die Elektrodeneinheit eine einzige Elektrode (16, 18) umfasst.
  16. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eine Temperaturmesseinrichtung (72) zum ortsaufgelösten Messen einer Elektrodentemperatur und/oder einer Stromabnehmertemperatur.
  17. Elektrodeneinheit nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass a) mindestens einem, insbesondere jedem, der mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) eine Temperaturmesseinrichtung (72) zugeordnet ist und/oder b) die mindestens eine Temperaturmesseinrichtung (72) in Form eines Temperaturmesswiderstands (74) ausgebildet ist und/oder c) die mindestens eine Temperaturmesseinrichtung (72) auf oder in dem Trägerelement (44, 144) angeordnet oder ausgebildet ist und/oder d) die mindestens eine Temperaturmesseinrichtung auf der zweiten Trägerelementfläche (46, 146) angeordnet oder ausgebildet ist.
  18. Batterie (10) umfassend zwei durch ein schichtförmiges Separatorelement (14) getrennte Elektrodeneinheiten (38, 138), welche jeweils eine Elektrode (16, 18) und ein mit der Elektrode (16, 18) flächig in Kontakt stehendes Stromabnehmerelement (24, 26) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der zwei Elektrodeneinheiten (38, 138) in Form einer Elektrodeneinheit (38, 138) nach einem der voranstehenden Ansprüche ausgebildet ist.
  19. Verfahren zum Herstellen einer Elektrodeneinheit (38, 138) für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Batterie (10), welche Elektrodeneinheit (38, 138) eine Elektrode (16, 18) und ein mit der Elektrode (16, 18) flächig in Kontakt stehendes Stromabnehmerelement (24, 26) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei voneinander getrennte Stromabnehmersegmente (32, 132) zur Ausbildung des Stromabnehmerelements (24, 26) ausgebildet werden, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) jeweils eine erste Stromabnehmersegmentkontaktfläche (34, 134) aufweisen und dass die Elektrode (16, 18) auf die die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (34, 134) flächig aufgebracht wird zum Herstellen eines flächigen Kontakts zwischen der Elektrode (16, 18) und den mindestens zwei Stromabnehmersegmenten (24, 26).
  20. Verfahren nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (24, 26) auf ein Trägerelement (44, 144) aufgebracht werden, insbesondere durch Laminieren, wobei weiter insbesondere die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) auf das Trägerelement (44, 144) aufgebracht werden, bevor die Elektrode auf das Stromabnehmerelement (32, 132) aufgebracht wird.
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