DE102017217691A1 - Batteriezelle für eine Lithium-Ionen-Batterie - Google Patents

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Johannes Proell
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle (100) für eine Lithium-Ionen-Batterie, aufweisend: ein Gehäuse (50), in welchem: eine Vielzahl an Kathoden (K), wobei jede Kathode (K) zumindest eine erste Aktivschicht (10), eine Ableitschicht (11) und eine zweite Aktivschicht (12) aufweist, und eine Vielzahl an Anoden (A), wobei jede Anode (A) zumindest eine erste Aktivschicht (20), eine Ableitschicht (21) und eine zweite Aktivschicht (22) aufweist, aufgenommen sind. Zwischen dem Gehäuse (50) und einer Schlussanode (SA), die an das Gehäuse (50) angrenzt, ist erfindungsgemäß eine Isolatorschicht (40) vorgesehen, die eine Lochstruktur (41) aufweist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle für eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer Vielzahl an Kathoden und einer Vielzahl an Anoden gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Vorrichtungsanspruches. Ferner betrifft die Erfindung eine entsprechende Lithium-Ionen-Batterie. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Entladen einer Lithium-Ionen-Batterie mit einer entsprechenden Batteriezelle gemäß dem Oberbegriff des unabhängigen Verfahrensanspruches.
  • Stand der Technik
  • Lithium-Ionen-Batterien sind grundsätzlich bekannt und werden für unterschiedliche Anwendungen eingesetzt. Bspw. werden Lithium-Ionen-Batterien als elektrische Speicher, Akkumulatoren und/oder Traktionsbatterien in Kraftfahrzeugen verwendet. Dabei werden die Lithium-Ionen-Batterien unterschiedlichen Anforderungen und Umweltbedingungen ausgesetzt. Zum einen müssen die Lithium-Ionen-Batterien über eine hohe Sicherheit verfügen, um die sie umgebenden Gegenstände und Personen nicht in Gefahr zu bringen. Zum anderen müssen die Lithium-Ionen-Batterien über ein wirksames Temperaturmanagement verfügen. Um diesen diversen Anforderungen und Umweltbedingungen zu entsprechen, werden Lithium-Ionen-Batterien mit Abschaltvorrichtungen, bspw. Nail-Pen-Safety-Device, ausgeführt, die die einzelnen Batteriezellen bei Überhitzung und/oder Überheizung kurzschließen können. Solche Abschaltvorrichtungen weisen speziell ausgebildete Ableitplatten auf, die an eine Standard-Anode der Batteriezelle angeschlossen werden, um das negative Potenzial der Anode abzugreifen, wie es bspw. aus der US 2014/0113166 oder der KR 2001 0077684 bekannt ist.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Die vorliegende Erfindung sieht vor: eine Batteriezelle für eine Lithium-Ionen-Batterie nach dem unabhängigen Vorrichtungsanspruch, eine entsprechende Lithium-Ionen-Batterie sowie ein Verfahren zum Entladen einer Lithium-Ionen-Batterie mit einer Batteriezelle nach dem unabhängigen Verfahrensanspruch. Weitere Vorteile, Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen. Dabei gelten Merkmale und Details, die im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batteriezelle und/oder Lithium-Ionen-Batterie beschrieben sind, selbstverständlich auch im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und jeweils umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann.
  • Die Erfindung stellt eine Batteriezelle für eine Lithium-Ionen-Batterie bereit, aufweisend: ein Gehäuse, in welchem eine Vielzahl an Kathoden, wobei jede Kathode zumindest eine erste Aktivschicht, eine Ableitschicht und eine zweite Aktivschicht aufweist, und eine Vielzahl an Anoden, wobei jede Anode zumindest eine erste Aktivschicht, eine Ableitschicht und eine zweite Aktivschicht aufweist, aufgenommen sind. Die vorgesehenen Kathoden und Anoden können vorzugsweise nebeneinander, insbesondere abwechselnd, in Reihe (insbesondere geometrisch) platziert sein. Bei der erfindungsgemäßen Batteriezelle ist zwischen dem Gehäuse und einer Schlussanode, die an das Gehäuse angrenzt, eine Isolatorschicht vorgesehen, die eine Lochstruktur aufweist.
  • Erfindungsgemäß ist die Isolatorschicht als eine kombinierte Lage ausgeführt, die sowohl eine Isolationsfunktion im Normalbetrieb der Batteriezelle als auch eine Kontaktfunktion für den Notfallbetrieb der Batteriezelle ausführt. Der Erfindungsgedanke liegt dabei darin, dass die Isolatorschicht durch ihre geometrische Ausbildung mit einer Lochstruktur, bspw. in Form eines gelochten Musters, Gewebes oder Gitters, gekennzeichnet ist. Die Isolatorschicht kann dabei aus einem kostengünstigen Isolationsmaterial, bspw. Gummi, ausgebildet sein. Die Kontaktfunktion wird dabei auf eine wirtschaftlich günstige Weise durch die Lochstruktur in der Isolatorschicht realisiert. Hierzu ist keine besondere temperatur- und/oder mechanisch aktivierbare chemische Ausgestaltung der Isolatorschicht erforderlich. Die Kontaktfunktion wird alleine durch die geometrische Ausbildung der Lochstruktur, insbesondere durch den Lochbereich der Lochstruktur, ermöglicht. Im Normalbetrieb der Batteriezelle hält die Isolatorschicht die Schlussanode auf Abstand zum Gehäuse bzw. zu einer angrenzenden Gehäusewand. Im Notfallbetrieb, bspw. bei Überhitzung und/oder Überheizung und/oder Druckerhöhung innerhalb der Batteriezelle, wird ein Kontakt zwischen der Schlussanode und dem Gehäuse der Batteriezelle durch den Lochbereich der erfindungsgemäßen Isolatorschicht bereitgestellt. Somit kann im Notfallbetrieb der Batteriezelle die Spannung reduziert, vorzugsweise auf null gesetzt werden, um die Gegenstände und Personen in der Umgebung der Batterie nicht in Gefahr zu bringen. Mit der erfindungsgemäßen Isolatorschicht wird eine besonders elegante, kostengünstige und robuste Lage mit einer betriebsartabhängigen Isolations- und Kontaktfunktion innerhalb der Batteriezelle bereitgestellt, um eine sichere und zuverlässige Abschaltvorrichtung für den Notfallbetrieb der Batteriezelle bereitzustellen.
  • Ferner kann im Rahmen der Erfindung bei einer Batteriezelle vorgesehen sein, dass zwischen dem Gehäuse und der Schlussanode ausschließlich eine („1“) Isolatorschicht vorgesehen ist. Somit kann eine kostengünstige, kompakte und gewichtsreduzierte Batteriezelle bereitgestellt werden.
  • Weiterhin kann die Erfindung bei einer Batteriezelle vorsehen, dass die Schlussanode eine einzige Aktivschicht und eine Ableitschicht aufweist. Mit anderen Worten kann die letzte Schlussanode, die an das Gehäuse angrenzt, anders ausgestaltet sein als die übrigen Anoden der Batteriezelle. Bei einer Ausführung der Batteriezelle in einer zylindrischen Form, kann zumindest eine, vorzugsweise die beiden letzten Anoden, die an das Gehäuse angrenzen, die spezielle erfindungsgemäße Ausgestaltung aufweisen. Bei einer Pouch-Zelle kann nur die letzte äußerste Anodenlage als die Schlussanode ausgebildet sein. Die erfindungsgemäße Schlussanode weist nur von einer Flachseite eine Aktivschicht auf, die mit einer Ableitschicht beschichtet ist. Die Ableitschicht kann dabei etwas dicker aufgetragen sein, als bei den restlichen Anoden, um den elektrischen Widerstand bei Ableiten von Strom zu reduzieren. Mithilfe einer solchen Schlussanode werden eine separate Ableitplatte sowie eine zusätzliche Isolatorschicht zwischen der Schlussanode und der separaten Ableitplatte erspart. In einem Notfallbetrieb der Batteriezelle, bspw. bei einem Unfall, einer Beschädigung, einer Überhitzung oder einer Überladung, kann die Isolatorschicht die elektrische Verbindung der Schlussanode zum Gehäuse durch Ihre Lochstruktur herstellen. Die Kathoden können wiederum an das Gehäuse elektrisch angeschlossen sein. Somit bildet sich ein positives Potenzial am Gehäuse. Das negative Potenzial bildet sich an der Ableitschicht der Schlussanode. Wenn nun ein Notfall stattfindet, kann die Schlussanode mit dem Gehäuse kurzgeschlossen werden, um das Potenzial der Batteriezelle im Notfall zu reduzieren oder ggf. auf null zu setzen. Somit kann nicht nur eine einfach ausgeführte, gewichtsreduzierte Schlussanode bereitgestellt werden, die als Teil einer Abschaltvorrichtung für die Batteriezelle wirkt, sondern auch eine kostengünstige, kompakte und gewichtsreduzierte Batteriezelle. Dabei werden eine separate Ableitplatte sowie eine doppelte Isolatorschicht um die separate Ableitplatte herum gespart. Zudem wird somit eine zuverlässig abgesicherte Batteriezelle bereitgestellt, die über ein verbessertes Temperaturmanagement verfügt.
  • Des Weiteren kann die Erfindung bei einer Batteriezelle vorsehen, dass die Lochstruktur mindestens eine, vorzugsweise mehrere Öffnungen aufweist. Somit kann der Lochbereich der Lochstruktur realisiert, insbesondere vergrößert werden, wodurch der elektrische Kontakt zwischen der Schlussanode und dem Gehäuse in einem Notfall hergestellt werden kann.
  • Ferner kann die Erfindung bei einer Batteriezelle vorsehen, dass die Öffnungen periodisch über die Isolatorschicht verteilt sind. Somit kann eine gleichmäßige Isolierung im Normalbetrieb der Batteriezelle realisiert werden. Weiterhin kann somit eine gleichmäßige Kontaktierung der Schlussanode mit dem Gehäuse in einem Notfall ermöglicht werden.
  • Zudem kann die Erfindung bei einer Batteriezelle vorsehen, dass die Lochstruktur mindestens eine, vorzugsweise mehrere kreisrunde und/oder ovale und/oder eckige und/oder rechteckige Öffnungen aufweist. Somit kann die Lochstruktur mit unterschiedlichen Mustern, bspw. durch Stanzen, hergestellt werden.
  • Außerdem ist es denkbar, dass die Lochstruktur gitterförmig ausgebildet ist oder eine gewebte Struktur aufweist. Somit kann die Lochstruktur aus mehreren Einzelteilen, bspw. aus mehreren Stäben, Leisten oder Bändern, bspw. durch Flechten oder durch Weben hergestellt werden.
  • Ferner kann im Rahmen der Erfindung bei einer Batteriezelle vorgesehen sein, dass eine Ableitschicht der Schlussanode eine Materialstärke aufweist, die 20% bis 50%, vorzugsweise 40% der Materialstärke der Aktivschicht der Schlussanode beträgt. Somit kann der Vorteil erreicht werden, dass die Ableitschicht der Schlussanode einen reduzierten elektrischen Widerstand im Vergleich zu einer Ableitschicht einer Standard-Anode aufweist. Außerdem kann dadurch der Vorteil erreicht werden, dass die Ableitschicht der Schlussanode als eine Ableitplatte wirken kann, um in einem Notfall die überschüssige Ladung am Gehäuse zu neutralisieren.
  • Weiterhin kann die Erfindung bei einer Batteriezelle vorsehen, dass die Isolatorschicht als eine Polymerfolie mit thermisch, vorzugsweise ab 70°C, und/oder mechanisch aktivierbaren Schrumpf- und/oder Schmelzeigenschaften ausgebildet ist. Somit kann die Schutzfunktion der Isolatorschicht verbessert werden. Bei Überschreitung einer zulässigen Temperatur und/oder bei einer mechanischen Beanspruchung der Batteriezelle, kann die Isolatorschicht schrumpfen und/oder schmelzen, sodass der Lochbereich der erfindungsgemäßen Isolatorschicht vergrößert werden kann. Somit wird eine leitende Verbindung der Schlussanode zum Gehäuse sicher hergestellt.
  • Des Weiteren kann im Rahmen der Erfindung bei einer Batteriezelle vorgesehen sein, dass die Isolatorschicht als eine thermisch, vorzugsweise ab 70°C, und/oder mechanisch aktivierbare Halbleiterschicht ausgebildet ist. Vorteilhafterweise bildet eine solche Isolatorschicht einen temperaturabhängigen Widerstand, welcher einen negativen Temperaturkoeffizienten aufweist und bei hohen Temperaturen den elektrischen Strom besser leitet als bei tiefen Temperaturen. Somit kann in einem Notfallbetrieb der Batteriezelle eine leitende Verbindung der Schlussanode zum Gehäuse durch den Lochbereich der erfindungsgemäßen Isolatorschicht und zusätzlich durch das Material der Isolatorschicht hergestellt werden.
  • Zudem ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die Isolatorschicht als eine thermisch, vorzugsweise ab 70°C, und/oder mechanisch aktivierbare Dielektrikumschicht ausgebildet ist. Vorteilhafterweise kann eine solche Isolatorschicht auf kostengünstigen Polymeren basieren, die entsprechend dotiert werden können. Somit kann in einem Notfallbetrieb der Batteriezelle eine leitende Verbindung der Schlussanode zum Gehäuse durch den Lochbereich der erfindungsgemäßen Isolatorschicht und außerdem durch das Material der Isolatorschicht hergestellt werden.
  • Ferner betrifft ein weiterer Erfindungsgedanke eine Lithium-Ionen-Batterie mit mindestens einer Batteriezelle, die wie oben beschrieben ausgeführt sein kann, wobei die Batteriezelle in zylindrischer Bauform ausgeführt ist. Dabei kann zumindest eine oder jeweils eine letzte Anode der Batteriezelle als eine Schlussanode im Sinne der Erfindung ausgeführt sein. Mithin können die erfindungsgemäßen Vorteile bei einer Batteriezelle in zylindrischer Bauform realisiert werden.
  • Weiterhin kann die Erfindung durch eine Lithium-Ionen-Batterie mit mindestens einer Batteriezelle realisiert werden, die wie oben beschrieben ausgeführt sein kann, wobei die Batteriezelle als eine Pouch-Zelle ausgeführt ist und wobei die Schlussanode durch Ausgestaltung einer äußeren Wicklung der Pouch-Zelle definiert ist. Somit können die erfindungsgemäßen Vorteile bei einer Pouch-Zelle umgesetzt werden.
  • Auch umfasst die Erfindung ein Verfahren zum Entladen einer Lithium-Ionen-Batterie mit mindestens einer Batteriezelle, die wie oben beschrieben ausgeführt sein kann, aufweisend: ein Gehäuse, in welchem eine Vielzahl an Kathoden, wobei jede Kathode zumindest eine erste Aktivschicht, eine Ableitschicht und eine zweite Aktivschicht aufweist, und eine Vielzahl an Anoden, wobei jede Anode zumindest eine erste Aktivschicht, eine Ableitschicht und eine zweite Aktivschicht aufweist, aufgenommen sind, wobei die Batteriezelle durch Kurzschließen einer Schlussanode, die an das Gehäuse angrenzt, und des Gehäuses über eine Isolatorschicht entladen wird, die eine Lochstruktur aufweist. Mithilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die gleichen Vorteile erreicht, die oben im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Batteriezelle beschrieben wurden. Außerdem bietet das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass es schnell, sicher und gleichmäßig ausgeführt werden kann.
  • Die erfindungsgemäße Batteriezelle sowie Lithium-Ionen-Batterie und deren Weiterbildungen sowie Vorteile und das erfindungsgemäße Verfahren und seine Weiterbildungen sowie seine Vorteile werden nachfolgend anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen jeweils schematisch:
    • 1 eine schematische Darstellung einer bekannten Batteriezelle mit einer separaten Ableitplatte,
    • 2 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Batteriezelle mit einer integrierten Ableitlage innerhalb einer Schlussanode und
    • 3 eine erfindungsgemäße Isolatorschicht.
  • Die 1 zeigt einen typischen Aufbau einer Batteriezelle 100, die aus einer Vielzahl an positiv geladenen Kathoden K und eine Vielzahl an negativ geladenen Anoden A, vorzugsweise abwechselnd nebeneinander in (geometrischer) Reihe, zusammengesetzt ist. Um eine Sicherheitsvorrichtung für die Batteriezelle 100 bereitzustellen, ist eine Ableitplatte 3 vorgesehen, die durch eine Isolatorschicht 2 von der letzten Anode A und durch eine weitere Isolatorschicht 40 von einem Gehäuse 50 räumlich und elektrisch getrennt ist.
  • Die 2 zeigt eine erfindungsgemäße Batteriezelle 100, aufweisend: ein Gehäuse 50, in welchem eine Vielzahl an Kathoden K, wobei jede Kathode K zumindest eine erste Aktivschicht 10, eine Ableitschicht 11 und eine zweite Aktivschicht 12 aufweist, und eine Vielzahl an Anoden A, wobei jede Anode A zumindest eine erste Aktivschicht 20, eine Ableitschicht 21 und eine zweite Aktivschicht 22 aufweist, aufgenommen sind.
  • Erfindungsgemäß ist eine spezielle Isolatorschicht 40 vorgesehen, die schematisch in der 3 gezeigt ist. Die erfindungsgemäße Isolatorschicht 40 ist als eine kombinierte Lage ausgeführt, die sowohl als eine Isolationslage im Normalbetrieb der Batteriezelle 100 als auch als eine Kontaktlage für den Notfallbetrieb der Batteriezelle 100 dient. Die Isolatorschicht 40 kann dabei aus einem günstigen Isolationsmaterial, bspw. Gummi, ausgebildet sein. Die Kontaktfunktion der Isolatorschicht 40 wird erfindungsgemäß auf eine kostengünstige Weise alleine durch die geometrische Ausbildung der Isolatorschicht 40 mit einer Lochstruktur 41, bspw. in Form eines gelochten Musters, Gewebes oder Gitters, realisiert. Das Material der Isolatorschicht 40 braucht dabei keine besonderen, chemischen temperatur- und/oder mechanisch aktivierbaren Eigenschaften aufweisen. Im Normalbetrieb der Batteriezelle 100 hält die Isolatorschicht 40 die Schlussanode SA auf Abstand zum Gehäuse 50 bzw. zu einer angrenzenden Gehäusewand. Im Notfallbetrieb, bspw. bei Überhitzung und/oder Überheizung und/oder Druckerhöhung innerhalb der Batteriezelle 100, wird ein Kontakt zwischen der Schlussanode SA und dem Gehäuse 50 der Batteriezelle durch den Lochbereich der erfindungsgemäßen Isolatorschicht 40 bereitgestellt. Somit kann im Notfallbetrieb der Batteriezelle 100 die Spannung reduziert, vorzugsweise auf null gesetzt werden.
  • Wie aus der 2 zu erkennen ist, ist zwischen dem Gehäuse 50 und der Schlussanode SA nur eine Isolatorschicht 40 vorgesehen.
  • Im Rahmen der Erfindung kann eine spezielle Schlussanode SA vorgesehen sein, die nur eine Aktivschicht 30 und eine etwas dicker ausgeführte Ableitschicht 31 aufweist. Insbesondere kann die Schlussanode SA nur diese zwei Schichten 30, 31 aufweisen.
  • Die Ableitschicht 31 der Schlussanode SA kann eine größere Materialstärke M1 aufweisen, die 20% bis 50%, vorzugsweise 40% der Materialstärke M der Aktivschicht 30 der Schlussanode SA beträgt. Die Ableitschicht 31 dient dazu, den elektrischen Widerstand bei Ableiten von Strom in einem Notfall zu reduzieren. Somit kann die Sicherheit im Betrieb der Batteriezelle 100 erhöht werden.
  • Auf der Schlussanode SA kann schließlich die erfindungsgemäße Isolatorschicht 40 angeordnet sein, durch welche die Schlussanode SA in einem Normalbetrieb der Batteriezelle 100 vom Gehäuse 50 der Batteriezelle 100 auf Abstand gehalten ist.
  • Wie es durch einen Vergleich der 1 und 2 ersichtlich ist, können mithilfe der erfindungsgemäßen Batteriezelle 100 gemäß der 2 mindestens drei Schichten 1, 2, 3 im Vergleich zur Batteriezelle 100 gemäß der 1 gespart werden. Darunter befindet sich eine ungenutzte Aktivschicht 1 der letzten Anode A, eine zusätzliche Isolatorschicht 2 zwischen der Anode A und der Kontaktlage 3, sowie die extra ausgebildete Ableitplatte 3 selbst.
  • Gemäß der Erfindung wird somit eine bauraum- und gewichtsoptimierte Batteriezelle 100 bereitgestellt.
  • Die Isolatorschicht 40 im Sinne der Erfindung kann außerdem thermisch und/oder mechanisch aktivierbar sein. Denkbar sind dabei:
    1. 1) eine Polymerfolie mit thermisch, vorzugsweise ab 70°C, und/oder mechanisch aktivierbaren Schrumpf- und/oder Schmelzeigenschaften,
    2. 2) eine thermisch, vorzugsweise ab 70°C, und/oder mechanisch aktivierbare Halbleiterschicht NTC oder
    3. 3) eine thermisch, vorzugsweise ab 70°C, und/oder mechanisch aktivierbare Dielektrikumschicht TSD.
  • Durch das Material der Isolatorschicht 40 kann die elektrische Kontaktierung zwischen der Schlussanode SA und dem Gehäuse 50 durch den Lochbereich der Lochstruktur 41 unterstützt werden.
  • Die 2 zeigt eine Ausführung der erfindungsgemäßen Batteriezelle 100 in einer zylindrischen Form lediglich beispielsweise. Dabei kann zumindest eine, vorzugsweise beide Isolatorschichten 40, die an das Gehäuse 50 angrenzen, die spezielle erfindungsgemäße Ausgestaltung aufweisen.
  • Weiterhin ist es außerdem denkbar, dass die erfindungsgemäße Batteriezelle 100 in Form einer Pouch-Zelle ausgeführt sein kann. Dabei ist es denkbar, dass nur die letzte bzw. äußerste Lage der Isolatorschicht 40, die unmittelbar an das Gehäuse 50 angrenzt, mit einem Lochmuster 41 im Sinne der Erfindung ausgebildet sein kann.
  • Die Schlussanode SA im Rahmen der Erfindung kann nur von einer Flachseite eine Aktivschicht 30 aufweisen, die mit der Ableitschicht 31 beschichtet ist. Im Normalbetrieb der Batteriezelle 100 kann die Isolatorschicht 40 die elektrische Verbindung der Schlussanode SA zum Gehäuse 50 unterbrechen. In einem Notfallbetrieb der Batteriezelle 100, bspw. bei einem Unfall, einer Beschädigung, einer Überhitzung oder einer Überladung, kann die Isolatorschicht 40 die elektrische Verbindung der Schlussanode SA zum Gehäuse 50 herstellen. Somit kann die Schlussanode SA mit dem Gehäuse 50 kurzgeschlossen werden, um das Potenzial der Batteriezelle 100 zu reduzieren oder ggf. im Notfall auf null zu setzen.
  • Somit kann mithilfe der Erfindung nicht eine einfach ausgeführte, gewichtsreduzierte Schlussanode SA bereitgestellt werden, die als ein Teil einer integrierten Sicherheitsvorrichtung bzw. einer Abschaltvorrichtung für die Batteriezelle 100 wirkt.
  • Gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren kann in einem Notfall, bspw. bei einem Kraftfahrzeug-Unfall, einer Beschädigung, einer Überhitzung und/oder Überladung der Batteriezelle 100, zum Entladen einer Lithium-Ionen-Batterie im Sinne der Erfindung, die mit mindestens einer Batteriezelle 100 gemäß der 2 ausgeführt sein kann, die Batteriezelle 100 durch Kurzschließen der Schlussanode SA und des Gehäuses 50 der Batteriezelle 100 durch die Löcher 42 in der Lochstruktur 41 der erfindungsgemäßen Isolatorschicht 40 entladen werden. Eine Entladung der Batteriezelle 100 erfolgt dabei unverzüglich, gleichmäßig und ohne Zeitverlust.
  • Die 3 zeigt lediglich beispielhaft, dass die erfindungsgemäße Isolatorschicht 40 mit einer periodischen Lochstruktur 41 mit kreisrunden Löchern 42 ausgebildet ist. Grundsätzlich ist es denkbar, dass die Lochstruktur 41 ungeordnet verteilte Löcher 42 aufweisen kann. Weiterhin ist es denkbar, dass die Löcher 42 eine ovale, eckige, rechteckige oder gemischte Form aufweisen können. Des Weiteren ist es im Rahmen der Erfindung denkbar, dass die Lochstruktur 41 durch eine Gitterstruktur oder durch eine Webstruktur realisiert sein kann.
  • Die voranstehende Beschreibung der 2 und 3 beschreibt die vorliegende Erfindung ausschließlich im Rahmen von Beispielen. Selbstverständlich können einzelne Merkmale der Ausführungsformen, sofern es technisch sinnvoll ist, frei miteinander kombiniert werden, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
  • 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 2014/0113166 [0002]
    • KR 20010077684 [0002]

Claims (10)

  1. Batteriezelle (100) für eine Lithium-Ionen-Batterie, aufweisend: ein Gehäuse (50), in welchem: eine Vielzahl an Kathoden (K), wobei jede Kathode (K) zumindest eine erste Aktivschicht (10), eine Ableitschicht (11) und eine zweite Aktivschicht (12) aufweist, und eine Vielzahl an Anoden (A), wobei jede Anode (A) zumindest eine erste Aktivschicht (20), eine Ableitschicht (21) und eine zweite Aktivschicht (22) aufweist, aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse (50) und einer Schlussanode (SA), die an das Gehäuse (50) angrenzt, eine Isolatorschicht (40) vorgesehen ist, die eine Lochstruktur (41) aufweist.
  2. Batteriezelle (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Gehäuse (50) und der Schlussanode (SA) ausschließlich eine Isolatorschicht (40) vorgesehen ist.
  3. Batteriezelle (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schlussanode (SA) eine einzige Aktivschicht (30) und eine Ableitschicht (31) aufweist.
  4. Batteriezelle (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochstruktur (41) mindestens eine, vorzugsweise mehrere Öffnungen (42) aufweist, und/oder dass die Öffnungen (42) periodisch über die Isolatorschicht (40) verteilt sind.
  5. Batteriezelle (100) nach dem vorhergehenden Anspruch, dadurch gekennzeichnet, dass die Lochstruktur (41) mindestens eine, vorzugsweise mehrere kreisrunde und/oder ovale und/oder eckige und/oder rechteckige Öffnungen (42) aufweist, und/oder dass die Lochstruktur (41) gitterförmig ausgebildet ist oder eine gewebte Struktur aufweist.
  6. Batteriezelle (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Ableitschicht (31) der Schlussanode (SA) eine Materialstärke (M1) aufweist, die 20% bis 50%, vorzugsweise 40% der Materialstärke (M) der Aktivschicht (30) der Schlussanode (SA) beträgt.
  7. Batteriezelle (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolatorschicht (40) als eine Polymerfolie mit thermisch, vorzugsweise ab 70°C, und/oder mechanisch aktivierbaren Schrumpf- und/oder Schmelzeigenschaften ausgebildet ist, und/oder dass die Isolatorschicht (40) als eine thermisch, vorzugsweise ab 70°C, und/oder mechanisch aktivierbare Halbleiterschicht (NTC) oder eine thermisch, vorzugsweise ab 70°C, und/oder mechanisch aktivierbare Dielektrikumschicht (TSD) ausgebildet ist.
  8. Lithium-Ionen-Batterie mit mindestens einer Batteriezelle (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batteriezelle (100) in zylindrischer Bauform ausgeführt ist.
  9. Lithium-Ionen-Batterie mit mindestens einer Batteriezelle (100) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Batteriezelle (100) als eine Pouch-Zelle ausgeführt ist und wobei die Schlussanode (SA) durch Ausgestaltung einer äußeren Wicklung der Pouch-Zelle definiert ist.
  10. Verfahren zum Entladen einer Lithium-Ionen-Batterie mit mindestens einer Batteriezelle (100), insbesondere nach einem der vorhergehenden Ansprüche 1 bis 7, aufweisend: ein Gehäuse (50), in welchem: eine Vielzahl an Kathoden (K), wobei jede Kathode (K) zumindest eine erste Aktivschicht (10), eine Ableitschicht (11) und eine zweite Aktivschicht (12) aufweist, und eine Vielzahl an Anoden (A), wobei jede Anode (A) zumindest eine erste Aktivschicht (20), eine Ableitschicht (21) und eine zweite Aktivschicht (22) aufgenommen sind, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (100) durch Kurzschließen einer Schlussanode (SA), die an das Gehäuse (50) angrenzt, und des Gehäuses (50) über eine Isolatorschicht (40) entladen wird, die eine Lochstruktur (41) aufweist.
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN111725565A (zh) * 2020-06-24 2020-09-29 珠海冠宇电池股份有限公司 一种电芯结构、制备方法和锂离子电池

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20010077684A (ko) 2000-02-07 2001-08-20 김순택 2 차 전지
DE69636345T2 (de) * 1995-01-27 2007-06-28 Asahi Kasei Emd Corporation Nichtwässrige batterie
US20140113166A1 (en) 2012-10-19 2014-04-24 Samsung Sdi Co., Ltd. Safety device for arrangement in a battery cell of a lithium-ion battery, lithium-ion battery cell with safety device

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5958141B2 (ja) * 2012-07-20 2016-07-27 株式会社Ｇｓユアサ 蓄電素子および蓄電素子システム
CN202905908U (zh) * 2012-10-17 2013-04-24 中国东方电气集团有限公司 一种使用卷绕式电芯的锂离子二次电池
US20150140400A1 (en) * 2013-11-15 2015-05-21 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Power storage unit and electronic device including the same
CN203787505U (zh) * 2013-12-31 2014-08-20 东莞新能源科技有限公司 锂离子二次电池及其极片
DE102015215091A1 (de) * 2015-08-07 2017-02-09 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Bestimmung eines Drucks innerhalb eines Gehäuses einer Batteriezelle und Batteriezelle

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE69636345T2 (de) * 1995-01-27 2007-06-28 Asahi Kasei Emd Corporation Nichtwässrige batterie
KR20010077684A (ko) 2000-02-07 2001-08-20 김순택 2 차 전지
US20140113166A1 (en) 2012-10-19 2014-04-24 Samsung Sdi Co., Ltd. Safety device for arrangement in a battery cell of a lithium-ion battery, lithium-ion battery cell with safety device

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