DE102018202935A1

DE102018202935A1 - Energiespeicherzelle und Verfahren zur Herstellung einer Energiespeicherzelle

Info

Publication number: DE102018202935A1
Application number: DE102018202935.0A
Authority: DE
Inventors: Sung-jin Kim; Thomas Wöhrle
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-02-27
Filing date: 2018-02-27
Publication date: 2019-08-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiespeicherzelle aufweisend eine Elektrodenanordnung mit einer Anzahl in einer Stapelrichtung gestapelter Elektrodenschichten, wobei die Elektrodenanordnung eine innerste Elektrodenschicht mit einem Rand aufweist und wobei der Rand die Ausdehnung der innersten Elektrodenschicht quer zur Stapelrichtung begrenzt sowie eine Fläche mit einem Flächenschwerpunkt umrahmt, und aufweisend ein Zellgehäuse mit einem Innenraum, in dem die Elektrodenanordnung positioniert ist, wobei das Zellgehäuse einen Boden, einen Deckel sowie eine Anzahl Seitenwandungen aufweist, wobei die Anzahl Seitenwandungen zwei einander gegenüberliegende Breitseiten des Zellgehäuses ausbilden und wobei sich jede der beiden Breitseiten einerseits in eine Einführrichtung, welche quer zur Stapelrichtung und vom Deckel zum Boden hin gerichtet ist, und andererseits in eine Querrichtung quer zur Stapelrichtung sowie quer zur Einführrichtung erstreckt, wobei weiterhin das Zellgehäuse zwei Halbschalen aufweist, die zumindest in einem Formierungszustand in Stapelrichtung relativ zueinander verschiebbar sind, und/oder wobei zwischen einer der Breitseiten und der Elektrodenanordnung ein Freiraum ausgebildet ist, wobei die Ausdehnung des Freiraums in Stapelrichtung in zumindest einem Bereich des Randes kleiner ist als in einem Bereich des Flächenschwerpunkts.

Description

Die Erfindung betrifft eine Energiespeicherzelle aufweisend eine Elektrodenanordnung mit einer Anzahl in einer Stapelrichtung gestapelter Elektrodenschichten, wobei die Elektrodenanordnung eine innerste Elektrodenschicht mit einem Rand aufweist und wobei der Rand die Ausdehnung der innersten Elektrodenschicht quer zur Stapelrichtung begrenzt sowie eine Fläche mit einem Flächenschwerpunkt umrahmt, und aufweisend ein Zellgehäuse mit einem Innenraum, in dem die Elektrodenanordnung positioniert ist, wobei das Zellgehäuse einen Boden, einen Deckel sowie eine Anzahl Seitenwandungen aufweist, wobei die Anzahl Seitenwandungen zwei einander gegenüberliegende Breitseiten des Zellgehäuses ausbilden und wobei sich jede der beiden Breitseiten einerseits in eine Einführrichtung, welche quer zur Stapelrichtung und vom Deckel zum Boden hin gerichtet ist, und andererseits in eine Querrichtung quer zur Stapelrichtung sowie quer zur Einführrichtung erstreckt. Zudem betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer entsprechenden Energiespeicherzelle.
Als mehrfach nutzbare Energiezwischenspeicher (Akkumulatoren) werden derzeit vielfach sogenannte Lithium-Ionen-Akkumulatoren eingesetzt. Diese zeichnen sich aus durch hohe Energiedichte, Lebensdauer, Zuverlässigkeit und sehr niedrige Selbstentladung. Exemplarische Ausführungen solcher Lithium-Ionen-Akkumulatoren und deren Herstellung sind beispielsweise aus der DE 10 2014 219 421 A1 , der DE 2015 217 037 A oder der DE 10 2015 215 351 A1 zu entnehmen. Einen ausgewogenen Überblick zum Stand der Technik gibt zudem Kapitel 9, Handbuch Lithium-Ionen-Batterien (Editor: Reiner Korthauer), Springer, 2013.
In einigen Fällen sind die entsprechenden Akkumulatoren dabei aus mehreren im Wesentlichen identischen Energiespeicherzellen aufgebaut, die bereits jeweils für sich genommen einen Lithium-Ionen-Akkumulator ausbilden und die quasi als Module oder Bausteine in einem Batterieverbund, oder kurz einer Batterie, zusammengeschaltet sind, um eine größere Einheit auszubilden. Ist ein solcher Akkumulator vorgesehen, einen Antrieb eines Elektrofahrzeuges mit elektrischer Energie zu versorgen und so das Elektrofahrzeug anzutreiben, so wird in diesem Fall auch von einem Traktions-Akkumulator gesprochen. Entsprechende Akkumulatoren sind aber auch für Powertools und eBikes bekannt.
Zur Herstellung von Lithium-Ionen-Akkumulatoren sind verschiedene Verfahren bekannt, wobei zumindest bei Lithium-Ionen-Akkumulatoren mit einer Elektrode aus Graphit üblicherweise eine sogenannte initiale Formierung Teil solcher Verfahren ist. Die initiale Formierung oder kurz Formierung entspricht dabei im Prinzip dem ersten Ladevorgang nach dem Zusammenbau oder Zusammensetzen eines Lithium-Ionen-Akkumulators und schließt die Herstellung des Lithium-Ionen-Akkumulators quasi ab. Eine solche Formierung ist auch in der DE 10 2014 219 421 A1 beschrieben und dient üblicherweise dazu eine Schutzschicht, die sogenannte Solid Elektrolyte Interphase (SEI), zwischen der Elektrode aus Graphit und dem Elektrolyten aufzubauen. Dabei wird in einigen Fällen während der Formierung Druck von außen auf die Lithium-Ionen-Akkumulatoren ausgeübt. Im Stand der Technik kann man darüber hinaus auch im Betrieb eines Lithium-Ionen-Akkumulators auf dessen Gehäuse zusätzlichen Druck ausüben, um die Maßhaltigkeit zu gewährleisten und die Lebensdauer des Lithium-Ionen-Akkumulators zu erhöhen. Einen Druck auf das Elektroden/Separatoren-Ensemble kann auch durch das Anlegen eines Unterdruckes im Gehäuse erreicht werden. Beide genannten Methoden können auch kombiniert werden.
Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine vorteilhaft ausgebildete Energiespeicherzelle sowie ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung einer entsprechenden Energiespeicherzelle anzugeben.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Energiespeicherzelle mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 15. Bevorzugte Weiterbildungen sind in den rückbezogenen Ansprüchen enthalten. Die im Hinblick auf die Energiespeicherzelle angeführten Vorteile und bevorzugten Ausgestaltungen sind sinngemäß auch auf das Verfahren übertragbar und umgekehrt.
Eine entsprechende Energiespeicherzelle ist dabei bevorzugt nach Art einer Lithium-Ionen-Zelle oder eines Lithium-Ionen-Akkumulators ausgestaltet und bildet weiter bevorzugt die Basis für einen sogenannten Antriebs-Akkumulator oder Traktions-Akkumulator, in welchem mehrere typischerweise gleichartig ausgebildete Energiespeicherzellen miteinander verschaltet sind. Hierbei weist die Energiespeicherzelle eine Elektrodenanordnung auf mit einer Anzahl in einer Stapelrichtung gestapelter Elektrodenschichten sowie ein Zellgehäuse mit einem Innenraum, in dem die Elektrodenanordnung positioniert ist.
Die Elektrodenanordnung ist dabei typischerweise als Flachwickel oder (Stapel-)Paket ausgebildet, bei dem mehrere Elektroden und typischerweise mehrere Separatoren schichtweise in Stapelrichtung übereinander gestapelt oder übereinander geschichtet sind. Hierbei weist die Elektrodenanordnung eine innerste Elektrodenschicht mit einem Rand auf, wobei der Rand die Ausdehnung der innersten Elektrodenschicht quer zur Stapelrichtung begrenzt sowie eine Fläche mit einem Flächenschwerpunkt umrahmt.
Das Zellgehäuse wiederum ist üblicherweise als sogenanntes Hardcase-Gehäuse ausgestaltet und ist somit relativ formfest. Derartige feste Hardcase-Gehäuse bestehen üblicherweise aus Aluminium oder Edelstahl. Dabei bestehen in den meisten Fällen zumindest Teile des Gehäuses aus einem Metall, wie beispielsweise Aluminium und in den meisten Fällen wird durch die metallischen Komponenten des Zellgehäuses eine prismatische oder quaderförmige Außengeometrie für das Zellgehäuse vorgegeben.
Weiter weist das Zellgehäuse einen Boden, einen Deckel, sowie eine Anzahl Seitenwandungen auf, wobei die Anzahl Seitenwandungen zwei einander gegenüber liegende Breitseiten des Zellgehäuses ausbilden. Je nach Geometrie des Zellgehäuses ist eine Breitseite dabei beispielsweise durch einen Teil oder Bereich einer Seitenwandung oder, beispielsweise im Falle eines quaderförmigen Zellgehäuses, durch eine Seitenwandung ausgebildet. In jedem Fall aber erstreckt sich jede der beiden Breitseiten einerseits in eine Einführrichtung, welche quer zur Stapelrichtung sowie vom Deckel zum Boden hingerichtet ist, und andererseits in eine Querrichtung quer zur Stapelrichtung sowie quer zur Einführrichtung.
Außerdem weist das Zellgehäuse zwei Halbschalen auf, die zumindest in einem Formierungszustand in Stapelrichtung relativ zueinander verschiebbar sind, und/oder es ist zwischen einer der Breitseiten und der Elektrodenanordnung ein Freiraum ausgebildet ist, wobei die Ausdehnung des Freiraums in Stapelrichtung zumindest in einem Bereich des Randes kleiner ist als in einem Bereich des Flächenschwerpunkts.
Infolgedessen ist dann die Energiespeicherzelle und insbesondere das Zellgehäuse zumindest in einem Formierungszustand, also in einem Zustand in dem die Energiespeicherzelle soweit gefertigt ist, dass die sogenannte initiale Formierung oder kurz Formierung erfolgen kann und erfolgt, derart ausgebildet, dass das Zellgehäuse im Vergleich zu einem klassischen formfesten Zellgehäuse mit quaderförmigen Innenraum einen von außen auf zumindest eine der Breitseiten einwirkenden Druck gleichmäßiger an die Elektrodenanordnung weiterleitet, so dass insbesondere die daraus resultierende auf die Elektrodenanordnung einwirkende lokale Druckbelastung über die Ausdehnung der Elektrodenanordnung und insbesondere über die gesamte Ausdehnung der Elektrodenanordnung in Einführrichtung hinweg gesehen und/oder in Querrichtung hinweg gesehen einheitlicher ist.
Dies hat typischerweise zur Folge, dass die gewünschte und während der Formierung generierte lokale Druckbelastung auf die Elektrodenanordnung zumindest in dem zumindest einen Bereich des Randes verglichen mit einem klassischen formfesten Zellgehäuse erhöht ist.
Der zumindest eine Bereich des Randes, der durch die innerste Elektrodenschicht und deren relative Position vorgegeben ist, liegt dabei häufig in einem Randbereich einer Breitseite. Dieser Randbereich der Breitseite wiederum entspricht in einigen Fällen einem Bereich des Zellgehäuses, in dem die Breitseite am Deckel, am Boden und/oder an einer Schmalseite des Zellgehäuses anliegt oder in dem die Breitseite mit dem Deckel, dem Boden und/oder einer Schmalseite direkt oder indirekt verbunden ist.
Gerade in einem solchen Randbereich der Breitseite, der häufig durch eine Kante am Zellgehäuse gekennzeichnet ist, ist das Zellgehäuse typischerweise kaum elastisch oder reversibel verformbar und dementsprechend nur wenig flexibel, insbesondere im Vergleich zu einem Mittenbereich der Breitseite, wo sich die Seitenwandungen des Zellgehäuses üblicherweise ein Stück weit nach innen oder nach außen wölben lassen, um beispielsweise im Rahmen einer Formierung Druck auf eine im Innenraum positionierte Elektrodenanordnung auszuüben. Aufgrund der unterschiedlich flexiblen Bereiche wird bei einem klassischen formfesten Zellgehäuse dann ein von außen einwirkender Druck ungleichmäßig an eine im Zellgehäuse einliegende Elektrodenanordnung weitergegeben. Durch die hier vorgestellte Neugestaltung der Energiespeicherzelle und insbesondere des Zellgehäuses wird dieser Nachteil jedoch überwunden, wobei die Neugestaltung des Zellgehäuses bevorzugt derart erfolgt, dass durch die Änderungen gegenüber einem klassischen formfesten Zellgehäuse die Außenabmessungen nicht angepasst werden müssen und dementsprechend auch nicht angepasst werden.
Weiter ist der zumindest eine Bereich des Randes, der durch die innerste Elektrodenschicht und deren relative Position vorgegeben ist, im Sinne dieser Anmeldung insbesondere als ein Umgebungsbereich anzusehen, der um eine gedachte Linie herum quer zur Stapelrichtung ausgedehnt ist und bevorzugt nur eine geringe Ausdehnung quer zur Stapelrichtung und weiter bevorzugt nur eine infinitesimale Ausdehnung quer zur Stapelrichtung aufweist. Die gedachte Linie verläuft dabei in Stapelrichtung und schneidet den Rand der innersten Elektrodenschicht. Weiter weist der zumindest eine Bereich des Randes bevorzugt eine Ausdehnung in Stapelrichtung auf, die insbesondere auf den zwischen der einen Breitseite und der Elektrodenanordnung ausgebildeten Freiraum begrenzt ist.
Analog ist der eine Bereich des Flächenschwerpunktes, der ebenfalls durch die innerste Elektrodenschicht und deren relative Position vorgegeben ist, im Sinne dieser Anmeldung insbesondere als ein Umgebungsbereich anzusehen, der um eine gedachte Linie herum quer zur Stapelrichtung ausgedehnt ist und bevorzugt nur eine geringe Ausdehnung quer zur Stapelrichtung und weiter bevorzugt nur eine infinitesimale Ausdehnung quer zur Stapelrichtung aufweist. Die gedachte Linie verläuft dabei in Stapelrichtung und schneidet den Flächenschwerpunkt. Weiter weist der eine Bereich des Flächenschwerpunktes bevorzugt eine Ausdehnung in Stapelrichtung auf, die insbesondere auf den zwischen der einen Breitseite und der Elektrodenanordnung ausgebildeten Freiraum begrenzt ist.
Der Freiraum selbst ist in meisten Fällen ein freigelassener Raumbereich in der Energiespeicherzelle, der dann typischerweise mit Luft gefüllt ist und/oder ein mit einem Elektrolyt zumindest teilweise befüllter Raumbereich. In einigen Fällen befindet sich in diesem Freiraum jedoch alternativ oder zusätzlich eine Anzahl Isolationsfolien und/oder eine Anzahl von Sensoren. Vorzugsweise ist der Freiraum mit Elektrolyt befüllbar oder gefüllt.
Mit dem erfinderischen Prinzip wird weiterhin unter anderem der Vorteil erzielt, dass dadurch das sogenannte „Lithium-Plating“ (zumindest besser) unterbunden werden kann, wodurch schließlich ein niedrigerer Innenwiderstand, eine höhere Kapazität, eine bessere Strombelastbarkeit und/oder eine erhöhte Lebensdauer sowie ein besseres Sicherheitsverhalten realisiert werden kann.
Hierbei sei nochmals klargestellt, dass die Energiespeicherzelle bevorzugt nach Art eines Lithium-Ionen-Akkumulators ausgestaltet ist, wobei der genaue Aufbau vom jeweiligen Anwendungszweck abhängt. Exemplarische Ausführungen für die Elektrodenanordnung, deren Herstellung sowie dafür verwendete Materialien sind beispielsweise aus der DE 10 2014 219 421 A1 , der DE 2015 217 037 A oder der DE 10 2015 215 351 A1 zu entnehmen. Zudem sind darin geeignete Elektrolyte beschrieben.
Im Zuge der Herstellung einer derartigen Energiespeicherzelle wird dann weiter bevorzugt eine initiale Formierung vorgenommen, zumindest sofern die als Lithium-Ionen-Akkumulator ausgebildete Energiespeicherzelle eine Elektrode aus Graphit aufweist. Die initiale Formierung oder kurz Formierung entspricht dabei im Prinzip dem ersten Ladevorgang nach dem Zusammenbau oder Zusammensetzen des Lithium-Ionen-Akkumulators und schließt die Herstellung des Lithium-Ionen-Akkumulators in den meisten Fällen dann ab. Eine solche Formierung dient hierbei üblicherweise dazu, eine Schutzschicht, die sogenannte Solid Elektrolyte Interphase (SEI), zwischen der Elektrode aus Graphit und dem Elektrolyten aufzubauen. Dabei wird während der Formierung vorteilhafterweise von außen Druck auf die beiden Breitseiten ausgeübt, der über das Zellgehäuse und insbesondere die beiden Breitseiten an die Elektrodenanordnung weitergeleitet wird und dort eine lokale Druckbelastung bedingt. Diese lokale Druckbelastung wirkt dann der während der Formierung üblicherweise auftretenden Ausdehnung der Elektrodenanordnung entgegen, die durch ein Aufquellen der Elektrodenanordnung insbesondere während der erstmaligen Aufladung der Energiespeicherzelle hervorgerufen wird.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung ist der Freiraum derart gestaltet, dass die Ausdehnung des Freiraums in Stapelrichtung entlang der Einführrichtung und/oder entlang der Querrichtung gesehen variiert, wobei die Ausdehnung des Freiraums in Stapelrichtung bevorzugt entlang einer Richtung vom Flächenschwerpunkt zum Rand hin abnimmt. Dabei variiert die Ausdehnung weiter bevorzugt allmählich oder kontinuierlich.
Einer Ausführungsvariante oder einer Umsetzung des erfinderischen Prinzips entsprechend wird die kleinere Ausdehnung des Freiraums in Stapelrichtung in dem zumindest einen Bereich des Randes gegenüber dem einen Bereich des Flächenschwerpunkts dadurch erreicht, dass zwischen einer Außenseite der einen Breitseite und der Elektrodenanordnung zumindest ein Raumfüllelement positioniert ist. In diesem Fall unterscheidet sich das erfindungsgemäße Zellgehäuse dann vom klassischen formfesten Zellgehäuse durch zumindest ein Raumfüllelement, mit welchem quasi die Geometrie des Innenraumes, oder zumindest des verbleibenden Freiraums, angepasst wird. Die Geometrie des Innenraums, oder zumindest des verbleibenden Freiraums, wird dabei insbesondere derart angepasst, dass gegebene oder verbleibende Freiraum in dem zumindest einen Bereich des Randes reduziert ist, insbesondere im Vergleich zu dem einem Bereich des Flächenschwerpunkts. Jenes Raumfüllelement ist dabei je nach Anwendungszweck durch eine Anformung an einer der Seitenwandungen, durch ein an der Seitenwandung befestigtes Element oder durch ein die Seitenwandung ergänzendes separates Element, welches nicht zwingend mit der Seitenwandung verbunden ist, ausgebildet.
Bevorzugt ist zudem eine Ausgestaltung des Raumfüllelements, bei dem dessen Ausdehnung in Stapelrichtung, also quasi dessen Dicke oder Stärke, entlang der Einführrichtung und/oder entlang der Querrichtung gesehen variiert. Hierbei ist es weiter von Vorteil, wenn die Ausdehnung ist Stapelrichtung des Raumfüllelements entlang einer Richtung vom Flächenschwerpunkt zum Rand hin zunimmt, also beispielsweise in Richtung zum Deckel hin und/oder in Richtung zum Boden hin. Dabei variiert die Ausdehnung weiter bevorzugt allmählich oder kontinuierlich, so dass das Raumfüllelement beispielsweise eine keilförmige Geometrie aufweist oder einen Querschnitt, der an eine Keilform erinnert.
Insbesondere im Falle eines Zellgehäuses mit quaderförmiger Außengeometrie ist es des Weiteren von Vorteil, wenn das Raumfüllelement eine leistenförmige Geometrie oder eine rahmenförmige Geometrie aufweist, also eine Geometrie ähnlich einem Bilderrahmen. Weist dann eine Breitseite eine näherungsweise rechteckige Geometrie auf und weist das Raumfüllelement, das der Breitseite des Zellgehäuses zugeordnet sowie an der Breitseite positioniert ist, eine Rahmenform auf, so ist der gesamte Randbereich der Breitseite umlaufend vom rahmenförmigen Raumfüllelement ergänzt. Die Raumfüllung der Elektrodenanordnung oder des Wickels aus Elektroden (und Separator), also deren Volumenanteil am Innenraum, liegt dabei bevorzugt bei mind. 75%. Die Fläche der Außen-Lage des Flach-Wickels ist zudem bevorzugt mindestens 75% bezogen auf die entsprechende Fläche des anliegenden Zellgehäuses.
Wie bereits zuvor erwähnt, sind hierbei je nach Anwendungszweck verschiedene Ausführungen für das Raumfüllelement vorgesehen. Einer Ausführung entsprechend ist das Raumfüllelement dabei durch eine Anformung an einer Seitenwandung ausgebildet, bei der quasi die Wandungsdicke oder Wandstärke der Seitenwandung im entsprechenden Bereich variiert. Einer weiteren Ausführungsvariante entsprechend ist ein separates Element, also zum Beispiel ein leistenförmiges Raumfüllelement, an der Seitenwandung befestigt, beispielsweise angeschweißt oder angeklebt. Darüber hinaus ist aber auch eine Ausführungsvariante vorgesehen, bei der das Raumfüllelement nicht mit einer Seitenwandung verbunden ist und in einigen Fällen auch keine Seitenwandung berührt. Hierbei sei der Vollständigkeit halber erwähnt, dass in einigen Fällen mehrere Raumfüllelemente eingesetzt werden, auch wenn der Einfachheit halber nachfolgen meist nur von einem Raumfüllelement gesprochen wird. Dabei ist bevorzugt jeder der beiden Breitseiten zumindest ein Raumfüllelement zugeordnet
Wenn das Raumfüllelement als separates Element ausgebildet ist, ist dieses gemäß einer weiteren Ausführungsvariante aus einem zu den Seitenwandungen verschiedenen Material ausgebildet. In diesem Fall ist das Raumfüllelement dann bevorzugt zumindest teilweise aus einem Vlies, aus einem porösen Kunststoff oder einem Schaumstoff, beispielsweise Polyurethanschaum, hergestellt oder besteht zumindest teilweise aus einem dieser Materialien. In anderen Ausführungsvarianten ist das Raumfüllelement zumindest teilweise aus demselben Material wie die Seitenwandung hergestellt, also beispielsweise auch teilweise aus einem Metall, wie Aluminium, und teilweise aus einem Vlies, aus einem porösen Kunststoff oder aus einem Schaumstoff.
Eine weitere Umsetzung des erfinderischen Prinzips besteht darin, das Zellgehäuse derart zu gestalten, dass dieses zumindest im Formierungszustand eine Variation des Innenraums, insbesondere eine Variation des Volumens des Innenraums, erlaubt oder ermöglicht und zwar insbesondere derart, dass die Geometrie oder Grundform des Innenraums bei der Variation beibehalten wird. Dazu weist das Zellgehäuse bevorzugt die zwei Halbschalen auf, die zumindest im Formierungszustand in Stapelrichtung relativ zueinander verschiebbar sind, zumindest ein Stück weit. Bevorzugt zwischen 5% und 40% der Dicke des Elektrodenstapels. Hierbei erstreckt sich dann die die beiden Halbschalen trennende Trennebene bevorzugt einerseits in Einführrichtung und andererseits in Querrichtung.
Weist das Zellgehäuse zwei Halbschalen auf, so ist es weiter von Vorteil, wenn die zwei Halbschalen über ein Verbindungselement miteinander verbunden sind und zwar insbesondere nicht erst im Endzustand der Energiespeicherzelle, sondern bereits im Formierungszustand. Dabei gilt es zu bedenken, dass typischerweise die Notwendigkeit besteht, dass das Zellgehäuse die Elektrodenanordnung flüssigkeitsdicht und/oder gasdicht umschließt. D. h., dass die Verbindung durch das Verbindungselement bevorzugt derart gestaltet ist, dass einerseits weiterhin eine Verschiebbarkeit der beiden Halbschalen in Stapelrichtung relativ zueinander ermöglich ist und andererseits eine flüssigkeitsdichte und/oder gasdichte Verbindung zwischen den Halbschalen im Bereich der Trennebene ausgebildet ist, so dass im Bereich der Trennebene keine Flüssigkeiten und/oder keine Gase aus dem Innenraum des Zellgehäuses nach außen und/oder von außen nach innen in den Innenraum gelangen können.
Ein entsprechendes Verbindungselement ist dabei bevorzugt innenseitig an den Halbschalen befestigt und weiter bevorzugt ist das Verbindungselement zumindest in Teilen beispielsweise aus einem Elastomer oder einem Polyphthalamid (PPA) gefertigt und/oder nach Art einer Folie ausgebildet. Dementsprechend ist das Verbindungselement dann relativ einfach und insbesondere zerstörungsfrei verformbar, wohingegen die Halbschalen bevorzugt relativ formfest sind und beispielsweise zumindest teilweise aus einem Metall wie Aluminium bestehen.
Da die Verschiebbarkeit der beiden Halbschalen in Stapelrichtung relativ zueinander in vielen Fällen nach der Formierung der Energiespeicherzelle nicht mehr benötigt wird oder eine entsprechende Verschiebbarkeit nach erfolgter Formierung als ungünstig angesehen wird, ist es je nach Anwendungszweck zudem von Vorteil, die beiden Halbschalen nach erfolgter Formierung durch eine Zusatzverbindung quasi starr miteinander zu verbinden und somit die Verschiebbarkeit aufzunehmen oder zu sperren. Insbesondere wenn die beiden Halbschalen aus einem Metall wie zum Beispiel Aluminium gefertigt sind oder zumindest im Wesentlichen aus einem solchen Material bestehen, ist es dabei günstig, die beiden Halbschalen nach erfolgter Formierung miteinander zu verschweißen, so dass in einem solchen Fall die beiden Halbschalen im fertigen Zustand der Energiespeicherzelle miteinander verschweißt sind. Eine solche zusätzliche Verbindung ist dann zweckdienlicherweise außenseitig an den Halbschalen positioniert, d.h. dass die beiden Halbschalen beispielsweise über eine außenseitige Schweißnaht miteinander verschweißt sind.
Einer dritten Umsetzung des erfinderischen Prinzips entsprechend wird die kleinere Ausdehnung des Freiraums in Stapelrichtung in dem zumindest einen Bereich des Randes gegenüber dem einen Bereich des Flächenschwerpunkts dadurch erreicht, dass zumindest eine der Breitseiten und insbesondere beide Breitseiten eine Krümmung oder Wölbung aufweist bzw. aufweisen. Die Krümmung oder Wölbung ist dabei insbesondere dergestalt, dass die Breitseite in dem einen Bereich des Flächenschwerpunktes in Stapelrichtung gesehen einen größeren Abstand zur Elektrodenanordnung aufweist als in dem zumindest einen Bereich des Randes. Auch in diesem Fall wird dann die Geometrie des Innenraums ausgehend von einem klassischen formfesten Zellgehäuse mit quaderförmigen Innenraum vorteilhaft angepasst.
Eine Ausführungsvariante entsprechend bilden dabei dann die Seitenwandungen des Zellgehäuses einen Hohlzylinder aus, wobei dieser Hohlzylinder bevorzugt eine näherungsweise elliptische Grundfläche aufweist, insbesondere eine näherungsweise elliptische Grundfläche, bei der die Nebenachse der Ellipse parallel zur Stapelrichtung ausgerichtet ist.
Alternativ oder ergänzend hierzu bilden die Seitenwandungen des Zellgehäuses eine Art Tonnenform aus, also quasi einen tonnenförmig abgewandelten Hohlzylinder. Ein solcher tonnenförmig abgewandelter Hohlzylinder weist dann einer Variante entsprechend eine näherungsweise elliptische Grundfläche auf.
Das erfinderische Konzept wird somit also quasi jeweils gleichwertig durch die verschiedenen in den Ansprüchen 3, 8 und 12 dargelegten Ansätze und deren Weiterbildungen umgesetzt, wobei sich die Ansätze und deren Weiterbildungen auch miteinander kombinieren lassen.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

1 in einer ersten perspektivischen Ansicht eine erste erfindungsgemäße Energiespeicherzelle mit einer ersten Ausführung eines Zellgehäuses und mit einer Elektrodenanordnung,
2 in einer perspektivischen Ansicht die Elektrodenanordnung,
3 in einer teilweisen Explosionsdarstellung die Energiespeicherzelle,
4 in einer zweiten perspektivischen Ansicht die unfertige Energiespeicherzelle während der Anschweißung eines Deckels des Zellgehäuses,
5 in der zweiten perspektivischen Ansicht die unfertige Energiespeicherzelle während der Einfüllung eines Elektrolyten,
6 in der zweiten perspektivischen Ansicht die unfertige Energiespeicherzelle während der Formierung,
7 in einer ersten Semi-Schnittdarstellung eine Energiespeicherzelle nach dem Stand der Technik mit einem klassischen formfesten Zellgehäuse mit quaderförmigen Innenraum,
8 in der ersten Semi-Schnittdarstellung die erste erfindungsgemäße Energiespeicherzelle mit einer ersten Ausführung eines Zellgehäuses und mit einer Elektrodenanordnung,
9 in einer semitransparenten Darstellung die erste erfindungsgemäße Energiespeicherzelle mit der ersten Ausführung des Zellgehäuses und mit der Elektrodenanordnung,
10 in der semitransparenten Darstellung eine zweite erfindungsgemäße Energiespeicherzelle mit einer zweiten Ausführung des Zellgehäuses und mit der Elektrodenanordnung,
11 in der ersten Semi-Schnittdarstellung eine dritte erfindungsgemäße Energiespeicherzelle in einem Formierungszustand mit einer dritten Ausführung des Zellgehäuses und mit einer Elektrodenanordnung,
12 in der ersten Semi-Schnittdarstellung die dritte erfindungsgemäße Energiespeicherzelle in einem Herstellungsendzustand mit der dritten Ausführung des Zellgehäuses und mit der Elektrodenanordnung,
13 in einer zweiten Semi-Schnittdarstellung eine vierte erfindungsgemäße Energiespeicherzelle mit einer vierten Ausführung des Zellgehäuses und mit einer Elektrodenanordnung,
14 in der zweiten Semi-Schnittdarstellung eine fünfte erfindungsgemäße Energiespeicherzelle mit einer fünften Ausführung des Zellgehäuses und mit einer Elektrodenanordnung sowie
15 in der ersten Semi-Schnittdarstellung die fünfte erfindungsgemäße Energiespeicherzelle mit der fünften Ausführung des Zellgehäuses und mit der Elektrodenanordnung.

Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Eine nachfolgendend exemplarisch beschriebene und in 1 gezeigte Energiespeicherzelle 2 ist als Lithium-Ionen-Akkumulator ausgestaltet und wird beispielsweise im Zuge einer Weiterverarbeitung mit weiteren im Wesentlichen identischen Energiespeicherzellen 2 zusammengeschaltet, um einen Traktions-Akkumulator auszubilden. Jene Energiespeicherzelle 2 weist dabei eine in 2 dargestellte Elektrodenanordnung 4 mit einer Anzahl in einer Stapelrichtung 6 gestapelter Elektrodenschichten 8 sowie ein Zellgehäuse 10 mit einem Innenraum 12 auf, in dem die Elektrodenanordnung 4 angeordnet ist.
Hierbei ist die Elektrodenanordnung 4 nach an sich bekanntem Prinzip als sogenanntes Paket oder Flachwickel ausgestaltet, dessen konkrete Ausführung an den jeweiligen Anwendungszweck angepasst ist, insbesondere daran, welcher Typ Lithium-Ionen-Akkumulator realisiert werden soll. Weiter weist die Elektrodenanordnung 4 eine innerste Elektrodenschicht 8i mit einem Rand R auf, wobei der Rand R die Ausdehnung der innersten Elektrodenschicht 8i quer zur Stapelrichtung 6 begrenzt sowie eine Fläche mit einem Flächenschwerpunkt F umrahmt. In den Darstellungen ist die innerste Elektrodenschicht 8i oder zumindest deren Lage innerhalb der Elektrodenanordnung 4 durch den Rand R und den Flächenschwerpunkt F gekennzeichnet.
Auch das Zellgehäuse 10 ist üblicherweise an den jeweiligen Anwendungszweck angepasst und weist einen Boden 14, einen Deckel 16 sowie eine Anzahl Seitenwandungen 18 auf, wobei die Anzahl Seitenwandungen 18 zwei einander gegenüberliegende Breitseiten 20 des Zellgehäuses 10 ausbilden. Dabei erstreckt sich jede der beiden Breitseiten 10 einerseits in eine Einführrichtung 22, welche quer zur Stapelrichtung 6 und vom Deckel 16 zum Boden 14 in gerichtet ist, und andererseits in eine Querrichtung 20 quer zur Stapelrichtung 6 sowie quer zur Einführrichtung 22.
Bei der Herstellung einer entsprechenden Energiespeicherzelle 2 werden zunächst die Elektrodenanordnung 4 und die Teile des Zellgehäuses 10 vorgefertigt. Weiter werden der Boden 14 und die Anzahl Seitenwandungen 18 miteinander verbunden, beispielsweise miteinander verschweißt, sodass diese zusammen eine Art offenen Behälter ausbilden. In diesen offenen Behälter wird dann, wie in 3 angedeutet, die Elektrodenanordnung 4 eingesetzt, wobei die Elektrodenanordnung 4 in Einführrichtung 22 in den Innenraum 12 eingeführt wird. Nachfolgend wird ein Elektrolyt in den offenen Behälter und somit in den Innenraum 12 eingefüllt, so dass das Elektrolyt den verbleibenden Freiraum 26 im Innenraum auffüllt, und im weiteren Verlauf der Herstellung wird dann der Deckel 16 mit dem offenen Behälter verbunden und dazu beispielsweise mit der Anzahl Seitenwandungen 18 verschweißt. Das Verschweißen ist in 4 angedeutet. Alternativ weist der Deckel 16 eine verschließbare Einfüll-Öffnung 28 auf, über die das Elektrolyt einfüllbar ist. In diesem Fall erfolgt die Einfüllung des Elektrolyten zweckdienlicherweise nach dem Verbinden von Deckel 16 und der Anzahl Seitenwandungen 18, so wie in 5.
Abgeschlossen wird die Herstellung der Energiespeicherzelle 2 durch eine in 6 gezeigte initiale Formierung oder kurz Formierung, bei der die Energiespeicherzelle 2 erstmalig mit elektrischer Energie geladen wird, zumindest sofern wenigstens eine Elektrodenschicht 8 aus Graphit gefertigt ist oder Graphit als wesentlichen Bestandteil aufweist. Dabei wird während der Formierung bevorzugt von außen Druck, insbesondere ein gleichmäßig über die gesamte Ausdehnung der Breitseiten 20 einwirkender Druck, auf die beiden Breitseiten ausgeübt, der über das Zellgehäuse 10 und insbesondere die beiden Breitseiten 20 an die Elektrodenanordnung 4 weitergeleitet wird und dort eine lokale Druckbelastung bedingt. Diese lokale Druckbelastung wirkt dann der während der Formierung auftretenden Ausdehnung der Elektrodenanordnung 4 entgegen, die durch ein Aufquellen der Elektrodenanordnung 4 während der erstmaligen Aufladung der Energiespeicherzelle 2 hervorgerufen wird.
Dabei ist das Zellgehäuse 10 gemäß den erfinderischen Prinzip während der Formierung, also im Formierungszustand, derart ausgebildet, dass dieses im Vergleich zu einem klassischen formfesten Zellgehäuse mit quaderförmigen Innenraum den von außen auf eine der Breitseiten 20 einwirkenden Druck gleichmäßiger an die Elektrodenanordnung 4 weiterleitet, sodass insbesondere die daraus resultierende auf die Elektrodenanordnung 4 einwirkende lokale Druckbelastung über die gesamte Ausdehnung der Elektrodenanordnung 4 in Einführrichtung 22 hinweg gesehen und/oder in Querrichtung 24 hinweg gesehen einheitlicher ist. Dies ist unter anderem von Vorteil, da dadurch das sogenannte „Lithium-Plating“ unterbunden werden kann, wodurch schließlich ein niedrigerer Innenwiderstand, eine höhere Kapazität, eine bessere Strombelastbarkeit und/oder eine erhöhte Lebensdauer realisiert werden kann.
Eine erste Umsetzung des erfinderischen Prinzips ist in 8 dargestellt. Hier werden zwei Raumfüllelemente 30 genutzt, um den Innenraum 12, und somit den verbleibenden Freiraum 26, ausgehend von einem klassischen formfesten Zellgehäuse mit quaderförmigem Innenraum lokal zu reduzieren und so eine sehr spezielle Geometrie für den Innenraum 12 vorgeben.
Dabei variiert im Ausführungsbeispiel die Ausdehnung in Stapelrichtung 6 eines jeden Raumfüllelements 30 in Einführrichtung 22 und zwar insbesondere derart, dass die größte Ausdehnung in Stapelrichtung 6 in einem Randbereich des Zellgehäuses 10 vorliegt, also in einem Bereich in dem eine Breitseite 20 auf den Deckel 16 oder den Boden 14 und/oder auf eine Schmalseite 34 trifft. Im Falle eines Zellgehäuses 10 mit einer quaderförmigen Außengeometrie beispielsweise bilden also die Kanten der Quaderform die Randbereiche aus und die vier Seitenwandungen 18 der Quaderform bilden zwei Breitseiten 20 und zwei Schmalseiten 34 aus, sodass jeder Breitseite 20 und jede Schmalseite 34 durch eine Seitenwandung 18 gegeben ist.
Weiter sind gemäß dem Ausführungsbeispiel 8 und 9 vier Raumfüllelemente 30 vorgesehen, wobei jedes Raumfüllelement 30 leistenförmig ausgestaltet ist und einen keilförmigen Querschnitt aufweist. Der keilförmige Querschnitt ist dabei in 8 sichtbar und die lang gestreckte Leistenform ist in 9 erkennbar, wobei hier die Einführrichtung 22 und die Querrichtung 24 die Zeichenebene aufspannen. Durch die teiltransparente Darstellung sind in 9 die Elektrodenanordnung 4 die Außenseite des Zellgehäuses 10 sowie die Raumfüllelemente 30 in ihrer relativen Lage zueinander wiedergegeben.
Eine alternative Ausgestaltung der Raumfüllelemente 30 ist in 10 angedeutet, wobei bei dieser Ausführung der Energiespeicherzelle 2 zwei Raumfüllelemente 30 eingesetzt werden. Diese sind nicht leistenförmig ausgestaltet sondern rahmenförmig, also ähnlich einem Bilderrahmen. Der Bilderrahmen ist dabei hinsichtlich seiner Geometrie quasi aus vier Leisten zusammengesetzt, die jeweils einen keilförmigen Querschnitt aufweisen.
Den zuvor beschrieben erfindungsgemäßen Ausführungsvarianten ist dabei gemein, dass jeweils zwischen einer Breitseite 20 und der Elektrodenanordnung 4 ein verbleibender Freiraum 26 ausgebildet ist, wobei die Ausdehnung des verbleibenden Freiraums 26 in Stapelrichtung 6 in zumindest einem Bereich 32 des Randes R kleiner ist als in einem Bereich 44 des Flächenschwerpunkts F.
Dabei ist der zumindest eine Bereich 32 des Randes R, der durch die innerste Elektrodenschicht 8i und deren relative Position vorgegeben ist, insbesondere als ein Umgebungsbereich anzusehen, der um eine gedachte Linie LR herum quer zur Stapelrichtung 6 ausgedehnt ist und bevorzugt nur eine geringe Ausdehnung quer zur Stapelrichtung 6 und weiter bevorzugt nur eine infinitesimale Ausdehnung quer zur Stapelrichtung 6 aufweist. Die gedachte Linie LR verläuft dabei in Stapelrichtung 6 und schneidet den Rand R der innersten Elektrodenschicht 8i. Weiter weist der zumindest eine Bereich 32 des Randes R bevorzugt eine Ausdehnung in Stapelrichtung 6 auf, die insbesondere auf den zwischen der jeweiligen Breitseite 20 und der Elektrodenanordnung 4 ausgebildeten Freiraum 26 begrenzt ist.
Analog ist der eine Bereich 44 des Flächenschwerpunktes F, der ebenfalls durch die innerste Elektrodenschicht 8i und deren relative Position vorgegeben ist, insbesondere als ein Umgebungsbereich anzusehen, der um eine gedachte Linie LF herum quer zur Stapelrichtung 6 ausgedehnt ist und bevorzugt nur eine geringe Ausdehnung quer zur Stapelrichtung 6 und weiter bevorzugt nur eine infinitesimale Ausdehnung quer zur Stapelrichtung 6 aufweist. Die gedachte Linie LF verläuft dabei in Stapelrichtung 6 und schneidet den Flächenschwerpunkt F. Weiter weist der eine Bereich 44 des Flächenschwerpunktes F bevorzugt eine Ausdehnung in Stapelrichtung 6 auf, die insbesondere auf den zwischen der jeweiligen Breitseite 20 und der Elektrodenanordnung 4 ausgebildeten Freiraum 26 begrenzt ist.
Eine weitere Umsetzung des erfinderischen Prinzips ist 11 wiedergegeben. Hier weist das Zellgehäuse 10 zwei Halbschalen 36 auf, die über eine Folie 38 miteinander verbunden sind. Die Verbindung durch die Folie 38 ist dabei derart gestaltet, dass die beiden Halbschalen 36 in Stapelrichtung 6 ein Stück weit relativ zueinander verschiebbar sind und dennoch eine flüssigkeitsdichte und/oder gasdichte Verbindung gegeben ist. Das heißt, dass insbesondere das Elektrolyt im Freiraum 26 nicht zwischen den zwei Halbschalen 36 hindurch nach außen dringen kann und das typischerweise auch keine Flüssigkeit oder Luftfeuchtigkeit von außen zwischen den zwei Halbschalen 36 hindurch nach innen drehen kann.
Da die Verschiebbarkeit der beiden Halbschalen 36 relativ zueinander in den meisten Fällen lediglich während der Formierung ermöglicht sein soll, werden die beiden Halbschalen 36 bevorzugt nach Abschluss der Formierung miteinander verschweißt und in diesem Fall schließt dann die verschweißten typischerweise die Herstellung der Energiespeicherzelle 2 ab und eine so fertiggestellte Energiespeicherzelle 2 ist in 12 gezeigt, wobei hier die beiden Halbschalen 36 innenseitig über die Folie 38 miteinander verbunden sind und außenseitig über eine Schweißnaht 40 miteinander verbunden sind.
Eine dritte Umsetzung des erfinderischen Prinzips ist in 13 angedeutet. Hier wird die Zeichenebene durch die Stapelrichtung 6 und die Querrichtung 24 aufgespannt und zeigt den Querschnitt der einzigen Seitenwandung 18 des Zellgehäuses 10 dieser Ausführungsvariante. Die Seitenwandung 18 bildet dabei einen Hohlzylinder mit einer elliptischen Grundfläche aus, in dem die Elektrodenanordnung 4 einliegt. Die Hauptachse 42 der elliptischen Grundfläche und die Einführrichtung 22 definieren weiter eine Trennebene, die die beiden Breitseiten 20 des Zellgehäuses 10 voneinander trennt und an der die beiden Breitseiten 20 aneinander stoßen. Die beiden Breitseiten 20 werden dementsprechend in diesem Ausführungsbeispiel durch die einzige Seitenwandung 18 ausgebildet.
Dabei weist jede der beiden Breitseiten 20 eine Krümmung oder Wölbung auf, sodass auch bei dieser Umsetzung jeweils zwischen einer Breitseite 20 und der Elektrodenanordnung 4 ein verbleibender Freiraum 26 ausgebildet ist, wobei die Ausdehnung des verbleibenden Freiraums 26 in Stapelrichtung 6 in zumindest einem Bereich 32 des Randes R kleiner ist als in einem Bereich 44 des Flächenschwerpunkts F.
Eine ähnliche weitere Ausführungsvariante ist in 14 dargestellt, wobei der Querschnitt hier eine Tonnenform zeigt, die durch vier Seitenwandungen 18, also zwei Breitseiten 20 und zwei Schmalseiten 34, ausgebildet ist.
Je nach Anwendungszweck meist zumindest eine der beiden zuvor genannten Ausführungsvarianten und/oder eine alternative Ausführungsvariante weiter bevorzugt ein Zellgehäuse 10 auf, wie es in 15 angedeutet ist. Hier wird die Zeichenebene durch die Stapelrichtung 6 und die Einführrichtung 22 aufgespannt und in dieser Schnittdarstellung zeigt das Zellgehäuse 10 eine tonnenförmige Geometrie. Das heißt, das gemäß zumindest einer Ausführungsvariante ist dann in den zwei zueinander senkrecht liegenden Schnittebenen jeweils einen tonnenförmige Geometrie realisiert ist.
Die Erfindung ist nicht auf das vorstehend beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit dem Ausführungsbeispiel beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
Bezugszeichenliste

2: Energiespeicherzelle
4: Elektrodenanordnung
6: Stapelrichtung
8: Elektrodenschicht
8i: innerste Elektrodenschicht
10: Zellgehäuse
12: Innenraum
14: Boden
16: Deckel
18: Seitenwandung
20: Breitseite
22: Einführrichtung
24: Querrichtung
26: Freiraum/Elektrolyt
28: Einfüll-Öffnung
30: Raumfüllelement
32: Bereich des Randes
34: Schmalseite
36: Halbschale
38: Folie
40: Schweißnaht
42: Hauptachse
44: Bereich des Flächenschwerpunktes
R: Rand
F: Flächenschwerpunkt
LR: Linie auf Höhe des Randes
LF: Linie auf Höhe des Flächenschwerpunkts

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102014219421 A1 [0002, 0004, 0020]
DE 2015217037 A [0002, 0020]
DE 102015215351 A1 [0002, 0020]

Claims

Energiespeicherzelle (2) aufweisend eine Elektrodenanordnung (4) mit einer Anzahl in einer Stapelrichtung (6) gestapelter Elektrodenschichten (8), wobei die Elektrodenanordnung (4) eine innerste Elektrodenschicht (8i) mit einem Rand (R) aufweist und wobei der Rand (R) die Ausdehnung der innersten Elektrodenschicht (8i) quer zur Stapelrichtung (6) begrenzt sowie eine Fläche mit einem Flächenschwerpunkt (F) umrahmt, und aufweisend ein Zellgehäuse (10) mit einem Innenraum (12), in dem die Elektrodenanordnung (4) positioniert ist, wobei das Zellgehäuse (10) einen Boden (14), einen Deckel (16) sowie eine Anzahl Seitenwandungen (18) aufweist, wobei die Anzahl Seitenwandungen (18) zwei einander gegenüberliegende Breitseiten (20) des Zellgehäuses (10) ausbilden und wobei sich jede der beiden Breitseiten (20) einerseits in eine Einführrichtung (22), welche quer zur Stapelrichtung (6) und vom Deckel (16) zum Boden (14) hin gerichtet ist, und andererseits in eine Querrichtung (24) quer zur Stapelrichtung (6) sowie quer zur Einführrichtung (22) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellgehäuse (10) zwei Halbschalen (36) aufweist, die zumindest in einem Formierungszustand in Stapelrichtung (6) relativ zueinander verschiebbar sind, und/oder dass zwischen einer der Breitseiten (20) und der Elektrodenanordnung (4) ein Freiraum (26) ausgebildet ist, wobei die Ausdehnung des Freiraums (26) in Stapelrichtung (6) in zumindest einem Bereich (32) des Randes (R) kleiner ist als in einem Bereich (44) des Flächenschwerpunkts (F).
Energiespeicherzelle (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung des Freiraums (26) in Stapelrichtung (6) entlang einer Richtung vom Flächenschwerpunkt (F) zum Rand (R) hin abnimmt.
Energiespeicherzelle (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinere Ausdehnung des Freiraums (26) in Stapelrichtung (6) in dem zumindest einen Bereich (32) des Randes (R) gegenüber dem einen Bereich (44) des Flächenschwerpunkts (F) dadurch erreicht wird, dass zwischen einer Außenseite der einen Breitseite (20) und der Elektrodenanordnung (4) ein Raumfüllelement (30) positioniert ist.
Energiespeicherzelle (2) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausdehnung des Raumfüllelements (30) in Stapelrichtung (6) entlang einer Richtung vom Flächenschwerpunkt (F) zum Rand (R) hin zunimmt.
Energiespeicherzelle (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Raumfüllelement (30) eine leistenförmige Geometrie aufweist oder eine rahmenartige Geometrie.
Energiespeicherzelle (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Raumfüllelement (30) als separates Bauelement ausgebildet ist.
Energiespeicherzelle (2) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Raumfüllelement (30) aus einem Flies, aus einem porösen Kunststoff oder aus einem Schaumstoff besteht.
Energiespeicherzelle (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellgehäuse (10) die zwei Halbschalen (36) aufweist, die zumindest in dem Formierungszustand in Stapelrichtung (6) relativ zueinander verschiebbar sind, und dass die zwei Halbschalen (36) über ein Verbindungselement (38) miteinander verbunden sind.
Energiespeicherzelle (2) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Halbschalen (36) innenseitig über das Verbindungselement (38) miteinander verbunden sind.
Energiespeicherzelle (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Zellgehäuse (10) die zwei Halbschalen (36) aufweist, die zumindest in dem Formierungszustand in Stapelrichtung (6) relativ zueinander verschiebbar sind, und dass die zwei Halbschalen (36) miteinander verschweißt sind.
Energiespeicherzelle (2) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die zwei Halbschalen (36) außenseitig miteinander verschweißt sind.
Energiespeicherzelle (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinere Ausdehnung des Freiraums (26) in Stapelrichtung (6) in dem zumindest einen Bereich (32) des Randes (R) gegenüber dem einen Bereich (44) des Flächenschwerpunkts (F) dadurch erreicht wird, dass die eine Breitseite (20) eine Krümmung aufweist.
Energiespeicherzelle (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinere Ausdehnung des Freiraums (26) in Stapelrichtung (6) in dem zumindest einen Bereich (32) des Randes (R) gegenüber dem einen Bereich (44) des Flächenschwerpunkts (F) dadurch erreicht wird, dass die Anzahl Seitenwandungen (18) des Zellgehäuses (10) einen Hohlzylinder ausbildet mit einer elliptischen Grundfläche.
Energiespeicherzelle (2) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die kleinere Ausdehnung des Freiraums (26) in Stapelrichtung (6) in dem zumindest einem Bereich (32) des Randes (R) gegenüber dem einem Bereich (44) des Flächenschwerpunkts (F) dadurch erreicht wird, dass die Anzahl Seitenwandungen (18) des Zellgehäuses (10) eine Art Tonnenform ausbildet.
Verfahren zur Herstellung einer Energiespeicherzelle (2), wobei eine Elektrodenanordnung (4) mit einer Anzahl in einer Stapelrichtung (6) gestapelter Elektrodenschichten (8) in einen Innenraum (12) eines Zellgehäuses (10) eingebracht wird, wobei die Elektrodenanordnung (4) eine innerste Elektrodenschicht (8i) mit einem Rand (R) aufweist, wobei der Rand (R) die Ausdehnung der innersten Elektrodenschicht (8i) quer zur Stapelrichtung (6) begrenzt sowie eine Fläche mit einem Flächenschwerpunkt (F) umrahmt, wobei das Zellgehäuse (10) einen Boden (14), einen Deckel (16) sowie eine Anzahl Seitenwandungen (18) aufweist, wobei die Anzahl Seitenwandungen (189) zwei einander gegenüberliegende Breitseiten (20) des Zellgehäuses (10) ausbilden und wobei sich jede der beiden Breitseiten (20) einerseits in eine Einführrichtung (22), welche quer zur Stapelrichtung (6) und vom Deckel (16) zum Boden (14) hin gerichtet ist, und andererseits in eine Querrichtung (24) quer zur Stapelrichtung (6) sowie quer zur Einführrichtung (22) erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicherzelle (2) in einem Formierungszustand formiert wird und dass im Rahmen dieser Formierung ein Druck von außen auf eine der Breitseiten (20) ausgeübt wird, wobei das Zellgehäuse (10) zwei Halbschalen (36) aufweist, die zumindest im Formierungszustand in Stapelrichtung (6) relativ zueinander verschiebbar sind, und/oder wobei zwischen der einen Breitseite (20) und der Elektrodenanordnung (4) ein Freiraum (26) ausgebildet ist, wobei die Ausdehnung des Freiraums (26) in Stapelrichtung (6) in zumindest einem Bereich (32) des Randes (R) kleiner ist als in einem Bereich (44) des Flächenschwerpunkts (F).