DE102018210417A1

DE102018210417A1 - Batteriezelle mit integriertem heizelement

Info

Publication number: DE102018210417A1
Application number: DE102018210417.4A
Authority: DE
Inventors: Christoph Bauer; Simon Lux; Simon Nürnberger
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2018-06-26
Filing date: 2018-06-26
Publication date: 2020-01-02
Also published as: WO2020001861A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle mit einer ersten Elektrodenstruktur, einer dieser gegenüberliegenden zweiten Elektrodenstruktur und einem die beiden Elektrodenstrukturen trennenden elektrisch nichtleitenden Separator, wobei die erste Elektrodenstruktur, der Separator und die zweite Elektrodenstruktur aufeinander liegend angeordnet sind, zumindest in die erste Elektrodenstruktur zumindest ein Heizelement zumindest teilweise eingearbeitet ist, und das Heizelement elektrisch beheizbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithium-Ionen-Zelle mit integriertem Heizelement.
Viele herkömmliche Batterietypen weisen Temperaturabhängigkeiten auf. So reduzieren beispielsweise Umgebungstemperaturen unterhalb von 0°C die Batteriekapazität von Bleibatterien, von NiMH-Batterien und von Lithium-Ionen-Batterien. Bei Lithium-Ionen-Batterien wird dieser Effekt beispielsweise durch die temperaturabhängige Leitfähigkeit des Elektrolyten und des Innenwiderstands hervorgerufen. Um solche Batteriezellen trotzdem effizient betreiben zu können, werden deren Gehäuse üblicherweise beheizt. Dazu ist eine erhebliche Energiemenge nötig, um die Temperatur im Batterieinneren anzuheben, da dabei nur das Gehäuse der Batteriezelle direkt und das Batterieinnere nur indirekt beheizt werden. Die Anwendung dieser bekannten indirekten Batterieheizungen verursacht eine verzögerte Inbetriebnahme der Batterien und einen schlechten Wirkungsgrad, da die indirekte Batterieheizung sowohl das Gehäuse als auch die Umgebung der Batterie in maßgeblichem Umfang mitheizt.
Um das Heizen der Umgebung der Batterie durch die indirekte Batterieheizung zu eliminieren, kann bei Batteriezellen, deren Elektroden zu einem Stapel gestapelt sind, eine Heizschicht in den Elektrodenstapel eingebracht sein. Jedoch sind die bisher bekannten Elektrodenstapelanordnungen mit integrierter Heizschicht nur für Einzelfertigung und Prototypenaufbauten geeignet.
Bei Batteriezellen, bei denen die Elektroden zu einem Elektrodenwickel („Jelly Roll“) aufgewickelt sind, sind bisher keine Elektrodenstrukturen bekannt, die das Einbringen einer Heizschicht innerhalb der Jelly Roll möglich macht. Dabei ist es gerade bei diesen Batteriezellen von Vorteil, eine Heizschicht zwischen die einzelnen Wickellagen der Jelly Roll einzubringen, denn eine Heizschicht, die nur außerhalb der Jelly Roll angebracht ist, führt zu ungleich verteilten thermischen Massen und somit zu einer ungleichförmigen Erwärmung des Inneren der Jelly Roll. Insbesondere bei Batteriezellen mit nur einer und dafür relativ großen Jelly Roll sind die Wege zwischen Heizschicht und der Mitte der Jelly Roll groß, was dazu führt, dass die von der Heizschicht erzeugte Wärme die Mitte der Jelly Roll nur mit Verzögerung erreicht.
Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, das Beheizen einer Batteriezelle weiter zu verbessern, insbesondere im Hinblick auf eine Steigerung der Homogenität der Erwärmung der Batteriezelle beim Heizvorgang.
Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre des Anspruches 1 erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Batteriezelle. aufweisend: (i) eine erste Elektrodenstruktur zur Ausbildung eines ersten elektrischen Pols; (ii) eine zweite Elektrodenstruktur zur Ausbildung eines zweiten elektrischen Pols mit einer der des ersten Pols entgegengesetzten zweiten Polarität; (iii) einen Separator zur räumlichen und elektrischen Trennung der beiden Elektrodenstrukturen; und (iv) zumindest ein elektrisch beheizbares Heizelement, welches in eine der Elektrodenstrukturen zumindest teilweise eingearbeitet ist.
Insbesondere kann die erste Elektrodenstruktur eine Anode und die zweite Elektrodenstruktur eine Kathode der Batteriezelle darstellen, oder umgekehrt. Das Heizelement kann insbesondere über seinen elektrischen Widerstand beheizbar sein, der insbesondere wesentlich größer sein kann, als der elektrische Widerstand der ersten bzw. der zweiten Elektrodenstruktur. Der Separator ist elektrisch nichtleitend.
Unter „elektrischer Leitfähigkeit“ ist im Sinne der Erfindung eine physikalische Größe zu verstehen, die angibt, wie stark die Fähigkeit eines Stoffes ist, den elektrischen Strom zu leiten. Unter „elektrisch leitfähig“ im Sinne der Erfindung ist demnach eine elektrische Leitfähigkeit zu verstehen, die (bei 25 °C) mindestens 10⁶ S/m (Siemens/Meter) beträgt, also zumindest der Leitfähigkeit von Metallen entspricht. Nicht leitfähig im Sinne der Erfindung ist dementsprechend ein Stoff dann, wenn seine elektrische Leitfähigkeit weniger als 10⁶ S/m beträgt. Zwei Gegenstände sind demnach „elektrisch verbunden“, wenn zwischen ihnen eine elektrisch leitfähige Verbindung besteht. Besteht zwischen ihnen dagegen keiner oder nur eine elektrisch nicht leitfähige Verbindung, so sind sie voneinander „isoliert“.
Die erfindungsgemäße Batteriezelle ermöglicht aufgrund der Integration des zumindest einen Heizelements in eine Elektrodenstruktur der Batteriezelle ein effizienteres und homogeneres Beheizen der Batteriezelle sowie eine schnellere Inbetriebnahme und einen höheren Wirkungsgrad der Batteriezelle bzw. der Batterie, die sie enthält.
Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Batteriezelle beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den im Weiteren beschriebenen anderen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können.
Bei einigen Ausführungsformen weist die erste Elektrodenstruktur eine erste elektrisch leitende Trägerschicht auf, auf die nebeneinander angeordnet das Heizelement in Form einer Heizschicht sowie eine erste elektrisch leitende Schicht aufgebracht sind. Zudem weist die zweite Elektrodenstruktur eine zweite elektrisch leitende Trägerschicht auf, auf die eine zweite elektrisch leitende Schicht aufgebracht ist. Die erste Elektrodenstruktur, der Separator und die zweite Elektrodenstruktur bilden einen Satz von Schichten mit einer Längs- und einer Querrichtung und die Dicke dieses Satzes ist entlang der Längs- und der Querrichtung im Wesentlichen konstant. Dabei ist der elektrische Widerstand der Heizschicht größer als der Widerstand einer der beiden Trägerschichten und größer als der elektrische Widerstand einer der elektrisch leitenden Schichten. Dadurch kann das Positionieren der Heizschicht im Inneren der Batteriezelle in den Serienfertigungsprozess der Batteriezelle integriert werden. Die Heizschicht kann insbesondere nach bekannten Verfahren (z. B. Kleben, Laminieren oder Rakeln) in einem Serienfertigungsprozess so auf den Satz von Schichten aufgebracht bzw. in diesen integriert werden, dass die Batteriezelle durch einfaches Aufwickeln (beispielsweise über einen Wickeldorn) serienmäßig hergestellt werden kann.
Bei einigen Ausführungsformen sind die Heizschicht und die erste elektrisch leitende Schicht auf der dem Separator zugewandten Fläche der ersten Trägerschicht aufgebracht. Die erste elektrisch leitende Schicht umgibt die Heizschicht zumindest teilweise auch seitlich und die zweite elektrisch leitende Schicht ist auf der dem Separator zugewandten Fläche der zweiten Trägerschicht aufgebracht.
Dadurch kann das Innere der Batteriezelle effizienter geheizt werden, inbesondere bei einer Ausbildung der Batteriezelle als Jelly Roll, weil ein Abstrahlen der von der äußersten Heizschicht erzeugten Wärme nach außen durch die erste Trägerschicht reduziert wird.
Vorzugsweise weist die dem Separator abgewandte Seite der ersten Trägerschicht eine dritte elektrisch leitende Schicht und/oder die dem Separator abgewandte Seite der zweiten Trägerschicht eine vierte elektrisch leitende Schicht auf. Durch das Anbringen der dritten und/oder vierten elektrisch leitenden Schicht an der dem Separator abgewandten Seite der ersten bzw. zweiten Trägerschicht kann die Leistung der Batterie Speicherzelle erhöht werden.
Bei einigen Ausführungsformen weisen die Heizschicht und die erste elektrisch leitende Schicht, zumindest im Wesentlichen, die gleiche Dicke in Längs- und Querrichtung auf. Dadurch können der Herstellungsprozess der Batteriezelle vereinfacht und eine zylinderförmige, unverwölbte Mantelfläche der Jelly Roll erreicht werden.
Bei einigen Ausführungsformen ist die Heizschicht zumindest stellenweise dicker als die erste elektrisch leitende Schicht, und die zweite elektrisch leitende Schicht weist eine oder mehrere Aussparungen auf, die den Teil der Heizschicht aufnehmen, der über die erste elektrisch leitende Schicht hinausragt. Dadurch kann auf einfache Weise der Widerstand der Heizschicht eingestellt und damit die Heizleistung der Heizschicht adaptiert werden.
Bei einigen Ausführungsformen weist die erste Elektrodenstruktur zumindest eine erste Kontaktstelle, zumindest eine zweite Kontaktstelle und zumindest eine dritte Kontaktstelle auf. Die erste Kontaktstelle und die zweite Kontaktstelle sind elektrisch, d.h. mittels einer elektrisch leitfähigen Verbindung, mit der Heizschicht verbunden und die dritte Kontaktstelle ist mit der ersten Trägerschicht elektrisch verbunden. Die zweite Elektrodenstruktur weist zumindest eine mit der zweiten Trägerschicht elektrisch verbundene vierte Kontaktstelle auf, und die erste Kontaktstelle ist mit der vierten Kontaktstelle verbunden. Dadurch wird das Anbinden der Heizschicht an eine Schaltvorrichtung vereinfacht, die geeignet ist, die beiden Kontaktstellen der Heizschicht mit den Polen der Batteriezelle zu verbinden.
Vorzugsweise liegen die erste und vierte Kontaktstelle auf einer ersten Seite des Satzes von Schichten und die zweite und dritte Kontaktstelle auf einer zweiten Seite des Satzes von Schichten, die der ersten Seite in Querrichtung gegenüberliegt. Das Anordnen der ersten und vierten Kontaktstelle auf einer Seite der Batteriezelle und der zweiten und dritten Kontaktstelle an einer dieser gegenüberliegenden Seite ist insbesondere bei beengten Platzverhältnissen (auf einer der Seiten) von Vorteil.
Bei einigen Ausführungsformen ist der die erste Elektrodenstruktur, den Separator und die zweite Elektrodenstruktur enthaltende Satz von Schichten entlang seiner Längsrichtung über einen Wickeldorn zu einer Jelly Roll zusammengerollt. Dadurch wird eine Batteriezelle in Form einer Jelly Roll bereitgestellt, deren Mitte durch einen Wickeldorn mechanisch gestützt wird.
Bei einigen Ausführungsformen ist der Wickeldorn beheizbar ausgebildet, und/oder die Außenseite des Jelly Rolls ist mit der Innenseite einer U- oder O-förmigen Heizschicht in Wärmekontakt, von dieser aber elektrisch isoliert. Der beheizbare Wickeldorn und die U- oder O-förmige Heizschicht stellen Zusatzheizungen dar, die das Beheizen der Batteriezelle zusätzlich unterstützen. Die U- oder O-förmige Heizschicht hat den Vorteil, dass sie einfach aus einer ebenen Schicht durch Biegen/Formen um die Jolly Roll herum hergestellt werden kann.
Bei einigen Ausführungsformen weist die erste Elektrodenstruktur eine erste elektrisch leitende Trägerschicht und eine zur ersten elektrisch leitenden Trägerschicht zumindest abschnittsweise parallel verlaufende zweite elektrisch leitende Trägerschicht auf. Die einander zugewandten Seiten der ersten elektrisch leitenden Trägerschicht und der zweiten elektrisch leitenden Trägerschicht sind mit einer ersten elektrisch leitenden Schicht bzw. mit einer zweiten elektrisch leitenden Schicht beschichtet. Das Heizelement zwischen der ersten und zweiten elektrisch leitenden Schicht ist in Form einer parallel zur ersten und zur zweiten elektrisch leitenden Schicht liegenden Heizschicht angeordnet. Der elektrische Widerstand der Heizschicht über ihre Schichtdicke ist größer, als der entsprechende elektrische Widerstand einer der beiden elektrisch leitenden Schichten. Zudem weisen die erste Elektrodenstruktur, die zweite Elektrodenstruktur und der dazwischenliegende Separator jeweils eine ebene Form auf und sind aufeinandergestapelt. Dadurch kann das Positionieren der Heizschicht im Inneren der Batteriezelle einfach in den Serienfertigungsprozess der Batteriezelle integriert werden. Die Heizschicht kann insbesondere nach bekannten Verfahren (z.B. Kleben, Laminieren, Rakeln), in einem Serienfertigungsprozess so in eine der beiden Elektrodenstrukturen eingebracht werden, dass die Batteriezelle durch Stapeln von Elektrodenstrukturen serienmäßig hergestellt werden kann.
Bei einigen Ausführungsformen weist die Batteriezelle des Weiteren auf: (i) weitere ebenenförmige und voneinander durch Separatoren getrennte Elektrodenstrukturen auf, die jeweils auf die erste oder die zweite Elektrodenstruktur gestapelt sind, und von diesen durch Separatoren getrennt sind; (ii) eine dritte Elektrodenstruktur, die in einem ersten Abstand von der ersten Elektrodenstruktur angeordnet ist, und (iii) eine vierte Elektrodenstruktur, die in einem zweiten Abstand von der dritten Elektrodenstruktur angeordnet ist, jeweils ein Heizelement integriert haben. Der erste und der zweite Abstand sind so gewählt, dass die thermische Masse derjenigen Elektrodenstrukturen, die zwischen der ersten und dritten Elektrodenstruktur angeordnet sind, zumindest im Wesentlichen, mit der thermischen Masse der Elektrodenstrukturen übereinstimmt, die zwischen der dritten und vierten Elektrodenstruktur angeordnet sind. Dadurch kann die Homogenität der Erwärmung der Elektrodenstrukturen, die zwischen der ersten und der vierten Elektrodenstruktur angeordnet sind, gesteigert werden. Vorzugsweise weisen die dritte und vierte Elektrodenstruktur die gleich Struktur wie die erste Elektrodenstruktur auf.
Bei einigen Ausführungsformen ist der erste Abstand bzw. der zweite Abstand in einem Bereich von 2 mm bis 20 mm enthalten. Dadurch wird die Homogenität der Erwärmung im ganzen Stapel verbessert. Vorzugsweise liegt der erste Abstand bzw. der zweite Abstand in einem Bereich von 6 mm bis 7 mm. Dadurch kann eine besonders homogene Erwärmung des ganzen Stapels bewirkt werden.
Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Batterie, die zwei Batteriezellen nach dem ersten Aspekt der Erfindung und ein Zellengehäuse mit einem Zellendeckel aufweist. Das Zellengehäuse umgibt die Batteriezellen zumindest teilweise. An dem Zellendeckel sind eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Anschlussstelle vorgesehen, die jeweils von dem Zellendeckel elektrisch isoliert, d.h. nicht elektrisch leitend verbunden, sind. Jede der zwei Batteriezellen weist an einer ihrer Außenflächen eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Ableiterfahne auf. Die erste Ableiterfahne jeder Batteriezelle ist mit der jeweiligen ersten Elektrodenstruktur elektrisch verbunden, die zweite Ableiterfahne sowie die dritte Ableiterfahne jeder Batteriezelle ist mit der jeweiligen Heizschicht elektrisch verbunden, und die vierte Ableiterfahne jeder Batteriezelle ist mit der jeweiligen zweiten Elektrodenstruktur elektrisch verbunden. Die ersten Ableiterfahnen beider Batteriezellen sind mit der ersten Anschlussstelle elektrisch verbunden, die zweiten Ableiterfahnen beider Batteriezellen sind mit der zweiten Anschlussstelle elektrisch verbunden, die dritten Ableiterfahnen beider Batteriezellen sind mit der dritten Anschlussstelle elektrisch verbunden, und die vierten Ableiterfahnen beider Batteriezellen sind mit der vierten Anschlussstelle elektrisch verbunden. Dadurch wird der Herstellungsprozess von Batterien vereinfacht, die zwei erfindungsgemäße Batteriezellen enthalten, insbesondere solche Batteriezellen deren Elektrodenstrukturen insbesondere entweder in einer Jelly Roll oder in einem Stapel angeordnet sind. Der Herstellungsprozess wird insbesondere dahingehend vereinfacht, dass zum Bereitstellen der externen Anschlussstellen für die Heizschichten nur zwei zusätzliche Verbindungen (bspw. Laserschweißverbindungen) je Batterie erforderlich sind.
Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft ebenso eine Batterie, die zwei Batteriezellen nach dem ersten Aspekt der Erfindung und ein Zellengehäuse mit einem Zellendeckel aufweist. Das Zellengehäuse umgibt die Batteriezellen zumindest teilweise. An dem Zellendeckel sind eine erste, eine zweite und eine dritte Anschlussstelle vorgesehen, die jeweils von dem Zellendeckel elektrisch isoliert sind. Jede der zwei Batteriezellen weist an einer ihrer Außenflächen eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Ableiterfahne auf. Die erste Ableiterfahne jeder Batteriezelle ist mit der jeweiligen ersten Elektrodenstruktur elektrisch verbunden, die zweite und die dritte Ableiterfahne jeder Batteriezelle sind mit der jeweiligen Heizschicht elektrisch verbunden und die vierte Ableiterfahne jeder Batteriezelle ist mit der jeweiligen zweiten Elektrodenstruktur elektrisch verbunden. Die ersten Ableiterfahnen und die zweiten Ableiterfahnen beider Batteriezellen sind miteinander und mit der ersten Anschlussstelle elektrisch verbunden, die dritten Ableiterfahnen beider Batteriezellen sind mit der zweiten Anschlussstelle elektrisch verbunden, und die vierten Ableiterfahnen beider Batteriezellen sind mit der dritten Anschlussstelle elektrisch verbunden. Dadurch wird das Anbinden der Heizschichten an eine Schaltvorrichtung vereinfacht, die geeignet ist, die Heizschicht mit den Polen der Batteriezelle zu verbinden. Das Anbinden der Heizschichten an eine Schaltvorrichtung wird insbesondere dahingehend vereinfacht, dass dafür nur eine zusätzliche Verbindung (bspw. Schweißverbindung) je Batteriezelle erforderlich ist. Das Verbinden der ersten Ableiterfahnen mit den zweiten Ableiterfahnen im Inneren der Batteriezelle ist bei beengten Raumverhältnissen auf dem Zellendeckel von Vorteil.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen wenigstens teilweise schematisch:

1A eine Draufsicht auf einen Satz von Schichten einer Batteriezelle, der zum Aufwickeln zu einer Jelly Roll geeignet ist;
1B eine Jelly Roll, die durch Aufwickeln des Satzes von Schichten aus 1A entstanden ist;
2A den Querschnitt einer Ausführungsform des in der 1A gezeigten Satzes von Schichten entlang der Stelle A - A;
2B den Querschnitt einer anderen Ausführungsform des in der 1A gezeigten Satzes von Schichten entlang der Stelle A - A;
3 zumindest einen Teil eines Stapels von Schichten einer weiteren Batteriezelle;
4A eine Ausführungsform einer Batteriezelle, die zwei Batteriezellen enthält, deren Elektrodenstrukturen entweder in einer Jelly Roll oder einem Stapel angeordnet sind; und
4B eine weitere Ausführungsform einer Batteriezelle, die zwei Batteriezellen enthält, deren Elektrodenstrukturen entweder in einer Jelly Roll oder einem Stapel angeordnet sind.

Die 1A zeigt die Draufsicht auf einen Satz von Schichten 2 einer Batteriezelle 1. Dieser in nicht aufgewickelter Form gezeigte Satz von Schichten (sheets) weist eine Längsrichtung 5 und eine senkrecht zu dieser stehenden Querrichtung auf. Auf einer oder beiden in Querrichtung gegenüberliegenden Seiten des Satzes von Schichten 2 sind Kontaktstellen K1, K2, K3 und K4 angeordnet. In 1B ist der in der 1A gezeigte Satz von Schichten 2 als Jelly Roll dargestellt, die durch Aufwickeln des Satzes von Schichten 2 über einen Wickeldorn 6 entstanden ist. Des Weiteren zeigt die 1B, dass die Kontaktstellen K2 und K3 so auf den Seiten des Satzes von Schichten 2 angeordnet sind, dass zwischen ihnen auch dann hinreichend Platz für externe Anschlüsse zur Verfügung steht, wenn der Satz von Schichten 2 zu einer Jelly Roll aufgewickelt ist. Vorzugsweise sind die Kontaktstellen K2 und K3 auf einer Grundfläche der Jelly Roll so angeordnet, dass der Wickeldorn 6 zwischen ihnen steht.
Die 2A und 2B zeigen den Querschnitt zweier Ausführungsformen des in der 1A gezeigten Satzes von Schichten 2 entlang der Stelle A - A. Jede dieser Ausführungsformen 2', 2" weist eine erste Elektrodenstruktur, 10 bzw. 10', eine dieser gegenüberliegenden zweite Elektrodenstruktur, 20 bzw. 20', und einen die beiden Elektrodenstrukturen trennenden elektrisch nichtleitenden Separator, 15 bzw. 15', auf. Dabei sind die erste Elektrodenstruktur, der Separator und die zweite Elektrodenstruktur aufeinander liegend angeordnet, und zumindest in die erste Elektrodenstruktur, 10 bzw. 10', ist zumindest ein Heizelement, 12 bzw. 12', teilweise eingearbeitet. Das Heizelement ist elektrisch beheizbar. In beiden Ausführungsformen weist jede der ersten Elektrodenstrukturen, 10 bzw. 10', eine erste elektrisch leitende Trägerschicht 11 auf und jede der zweiten Elektrodenstrukturen, 20 bzw. 20', weist eine zweite elektrisch leitende Trägerschicht 21 auf. Des Weiteren ist in jeder der Ausführungsformen die Dicke des Satzes von Schichten, 2' bzw. 2", entlang der Längs- und der Querrichtung im Wesentlichen konstant ist, was einerseits das Herstellen der Jelly Roll erleichtert und andererseits eine unverwölbte Mantelfläche der Jelly Roll gewährleistet.
In der in der 2A gezeigten Ausführungsform sind auf der dem Separator 15 zugewandten Fläche der ersten Trägerschicht 11 eine erste elektrisch leitende Schicht 13 und das Heizelement in Form einer Heizschicht 12 aufgebracht, wobei die erste elektrisch leitende Schicht 13 die Heizschicht 12 zumindest teilweise seitlich umgibt. Ferner ist auf der dem Separator 15 zugewandten Fläche der zweiten Trägerschicht 21 eine zweite elektrisch leitende Schicht 13 aufgebracht, die sich in ebener Form über die dem Separator 15 zugewandten Fläche der zweiten Trägerschicht 21 erstreckt. Auch haben in dieser Ausführungsform die Heizschicht 12 und die erste elektrisch leitende Schicht 13 im Wesentlichen die gleiche Höhe. Dadurch kann in dieser Ausführungsform ein ebener Separator 15 zwischen den beiden Elektrodenstrukturen 10 und 20 eingesetzt werden, was die Herstellung des Separators sowie des Satzes von Schichten 2' vereinfacht.
Die in der 2B gezeigte Ausführungsform unterscheidet sich von der in der 2A gezeigten Ausführungsform dadurch, dass die Heizschicht 12' zumindest stellenweise höher als die erste elektrisch leitende Schicht 13 ist, die zweite elektrisch leitende Schicht 23' eine oder mehrere Aussparungen 16' aufweist, um den Teil der Heizschicht 12' passend aufzunehmen, der über die erste elektrisch leitende Schicht 13 hinausragt, und der Separator 15' an den Stellen, an denen die Heizschicht 12' höher als die die erste elektrisch leitende Schicht 13 ist, so verformt/gebogen ist, dass er samt dem erhöhten Teil der Heizschicht 12' von der/den Aussparungen 16' aufgenommen wird. Dadurch, dass in diesem Ausführungsbeispiel die Höhe der Heizschicht 12' variiert werden kann, lässt sich auch ihr Widerstand und damit ihre Heizleistung besser einstellen bzw. optimieren.
Vorzugsweise weist in beiden Ausführungsformen 2' und 2" die dem Separator abgewandte Seite der ersten Trägerschicht 11 eine dritte elektrisch leitende Schicht 14 und/oder die dem Separator abgewandte Seite der zweiten Trägerschicht 21 eine vierte elektrisch leitende Schicht 24 auf. Dadurch wird die elektrische Leistung der Batteriezelle erhöht.
Um ihre Heizfunktion erfüllen zu können, weisen die Heizschichten 12 und 12' einen elektrischen Widerstand auf, der größer ist als der Widerstand einer der beiden Trägerschichten und größer als der elektrische Widerstand einer der elektrisch leitenden Schichten ist.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Ausführungsformen beschränkt, bei denen die Heizschicht und die erste elektrisch leitende Schicht auf der dem Separator zugewandten Fläche der ersten Trägerschicht aufgebracht ist. Sie umfasst vielmehr auch die Ausführungsformen, bei denen die Heizschicht und die erste elektrisch leitende Schicht auf der dem Separator abgewandten Fläche der ersten Trägerschicht aufgebracht ist.
Wie in der 1A dargestellt, weisen beide Ausführungsformen 2' und 2" des Satzes von Schichten 2 zumindest eine erste Kontaktstelle K1, zumindest eine zweite Kontaktstelle K2, zumindest eine dritte Kontaktstelle K3 und zumindest eine vierte Kontaktstelle K4 auf, wobei die erste Kontaktstelle K1 mit der vierten Kontaktstelle K4 miteinander verbunden sein können (beispielsweise durch Löten oder Verschweißen). Nicht dargestellt ist in den Figuren, dass die erste Kontaktstelle K1 und die zweite Kontaktstelle K2 elektrisch mit der Heizschicht 12 bzw. 12' verbunden sind, die dritte Kontaktstelle K3 mit der ersten Trägerschicht 11 oder einer der beiden elektrisch leitenden Schichten 13 und 14 elektrisch verbunden ist; und die vierte Kontaktstelle K4 mit der zweiten Trägerschicht 21 oder einer der beiden elektrisch leitenden Schichten 23 (bzw. 23') und 24 elektrisch verbunden ist. Dadurch werden einerseits die Pole der Batteriezelle nach außen geführt, und andererseits das Anbinden der Heizschicht an die Pole der Batteriezelle, bspw. über eine Schaltvorrichtung, ermöglicht.
Die erste und vierte Kontaktstelle liegen auf einer ersten Seite des Satzes von Schichten 2 und die zweite und dritte Kontaktstelle auf einer dieser gegenüberliegenden Seite, wie in den 1A und 1B gezeigt, was insbesondere bei beengten Platzverhältnissen von Vorteil ist.
Die 1B zeigt eine Batteriezelle 1, deren Elektrodenstrukturen in einer Jelly Roll angeordnet sind. Diese Batteriezelle enthält den Satz von Schichten 2, der entlang seiner Längsrichtung 5 über einen Wickeldorn 6 zu einer Jelly Roll aufgewickelt/zusammengerollt ist. Dabei kann die erste Elektrodenstruktur und die zweite Elektrodenstruktur des Satzes von Schichten 2 als Kathode bzw. als Anode der Batteriezelle 1 angesehen werden. Der Wickeldorn 6 kann beheizbar sein, und/oder die Außenseite des Jelly Rolls kann mit der Innenseite einer U- oder O-förmigen Heizschicht in Wärmekontakt sein. Das ist in den Figuren nicht dargestellt.
Die 3 zeigt einen Teil einer Batteriezelle 3, deren Elektrodenstrukturen als nebeneinanderliegende (oder aufeinandergestapelte) Schichten in einem Stapel 3 angeordnet sind. Die Batteriezelle 3 weist eine erste Elektrodenstruktur 30, eine dieser gegenüberliegenden zweite Elektrodenstruktur 29 und einen die beiden Elektrodenstrukturen trennenden elektrisch nichtleitenden Separator 36 auf, wobei die erste Elektrodenstruktur 30, der Separator 36 und die zweite Elektrodenstruktur 29 aufeinander/nebeneinander liegend angeordnet sind, zumindest in die erste Elektrodenstruktur zumindest ein Heizelement 35 zumindest teilweise eingearbeitet ist, und das Heizelement elektrisch beheizbar ist.
In der in der 3 dargestellten Ausführungsform weist die erste Elektrodenstruktur 30 eine erste elektrisch leitende Trägerschicht 31 und eine der ersten elektrisch leitenden Trägerschicht parallele zweite elektrisch leitende Trägerschicht 32 auf. Die gegenüberliegenden Seiten der ersten elektrisch leitenden Trägerschicht 31 und der zweiten elektrisch leitenden Trägerschicht 32 sind mit einer ersten elektrisch leitenden Schicht 33 bzw. mit einer zweiten elektrisch leitenden Schicht 34 beschichtet, und das Heizelement ist zwischen der ersten und zweiten elektrisch leitenden Schicht in Form einer Heizschicht 35, parallel zu der ersten und zweiten elektrisch leitenden Schicht angeordnet. Um ihren Heizeffekt zu erfüllen weist die Heizschicht 35 einen elektrischen Widerstand auf, der größer als der elektrische Widerstand einer der beiden elektrisch leitenden Schichten ist.
Ferner weist die in der 3 dargestellte Ausführungsform weitere Elektrodenstrukturen, bspw. die Elektrodenstrukturen 28 und 29, auf, die über Separatoren 36 voneinander getrennt sind. Alle in dieser Ausführungsform enthaltenen Elektrodenstrukturen und die zwischen ihnen liegenden Separatoren haben eine ebene Form haben und sind in einem Stapel angeordnet. Der Aufbau der Elektrodenstrukturen 28 und 29 ist im Wesentlichen bekannt. Beispielsweise weisen beide jeweils zwei Trägerschichten 31' (bzw. 37) mit einem dazwischenliegenden Stromableiter 39 (bzw. 38) auf.
In der in der 3 gezeigten Ausführungsform kann die erste Elektrodenstruktur als Anode und die zweite Elektrodenstruktur als Kathode der Batteriezelle betrachtet werden. Jedoch ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt, sondern umfasst vielmehr auch eine Ausführungsform, in der die erste Elektrodenstruktur als Kathode und die zweite Elektrodenstruktur als Anode betrachtet werden kann.
Eine Batteriezelle, deren Elektrodenstrukturen in einem Stapel angeordnet sind, wie bspw. in 3 gezeigt, enthält eine Vielzahl von beheizbaren Elektrodenstrukturen, die einen der ersten Elektrodenstruktur 30 entsprechenden Aufbau aufweisen, und eine Vielzahl von Elektrodenstrukturen, die nicht beheizbar sind (bspw. die Elektrodenstrukturen 28 und 29). Dabei sind die beheizbaren Elektrodenstrukturen 30 im Stapel so verteilt, dass die nicht beheizbaren Elektrodenstrukturen, die zwischen zwei aufeinanderfolgenden beheizbaren Elektrodenstrukturen angeordnet sind, eine Gruppe mit einer thermischen Masse (Wärmekapazität) bilden, und die thermischen Massen der so gebildeten Gruppen im Wesentlichen gleich sind.
So kann beispielsweise die in der 3 gezeigte Ausführungsform weitere ebene, voneinander durch Separatoren 36 getrennte Elektrodenstrukturen aufweisen, unter anderen auch eine dritte und eine vierte beheizbare Elektrodenstruktur, wobei die erste, die dritte und vierte beheizbare Elektrodenstruktur in dieser Reihenfolge, aufeinanderfolgend im Stapel angeordnet sind, die dritte Elektrodenstruktur in einem ersten Abstand von der ersten Elektrodenstruktur 30 angeordnet ist, die vierte Elektrodenstruktur in einem zweiten Abstand von der dritten Elektrodenstruktur angeordnet ist, und der erste und zweite Abstand so gewählt sind, dass die thermische Masse der Elektrodenstrukturen, die zwischen der ersten und dritten Elektrodenstruktur angeordnet sind, im Wesentlichen gleich ist mit der thermischen Masse der Elektrodenstrukturen, die zwischen der dritten und vierten Elektrodenstruktur angeordnet sind. Das ist der Fall, wenn der erste Abstand und der zweite Abstand in einem Bereich von 2 mm bis 20 mm enthalten sind. Durch eine derartige Verteilung der mit einer Heizschicht versehenen Elektrodenstrukturen im Stapel kann eine homogenere Erwärmung des Stapels erreicht werden. Die Erwärmung des Stapels ist homogen wenn der erste Abstand und der zweite Abstand in einem Bereich von 6 mm bis 7 mm enthalten sind. Die dritte und vierte Elektrodenstruktur, welche vorzugsweise eine der ersten Elektrodenstruktur entsprechenden Aufbau aufweisen, sind in der 3 nicht gezeigt.
Die 4A zeigt eine Batterie, die zwei erfindungsgemäße Batteriezellen 40 und 50 enthält, deren Elektrodenstrukturen entweder in einer Jelly Roll oder in einem Stapel angeordnet sind. Des Weiteren zeigt die Figur einen Zellendeckel 60, der zu einem Zellengehäuse passt, das die beiden Batteriezellen 40 und 50 aufnehmen soll. Der Zellendeckel 60 weist nicht nur zwei Anschlussstellen für die Batteriepole auf, sondern vier, nämlich eine erste Anschlussstelle 61, eine zweite Anschlussstelle 62, eine dritte Anschlussstelle 63 und eine vierte Anschlussstelle 64, die alle von dem Zellendeckel elektrisch isoliert sind. Sind die Elektrodenstrukturen der zwei Batteriezellen 40 und 50 in einer Jelly Roll angeordnet, so weist jede der zwei Batteriezellen auf einer ihrer Grundflächen eine erste Ableiterfahne 41 bzw. 51, eine zweite Ableiterfahne 42 bzw. 52, eine dritte Ableiterfahne 43 bzw. 53, und eine vierte Ableiterfahne 44 bzw. 54 auf. Sind hingegen die Elektrodenstrukturen der zwei erfindungsgemäßen Batteriezellen 40 und 50 in einem Stapel angeordnet, so weist jede der zwei Batteriezellen die Ableiterfahnen auf einer ihrer Seitenflächen auf. Die erste Ableiterfahne jeder Batteriezelle ist mit der jeweiligen ersten Elektrodenstruktur (bspw. Anode), die zweite und dritte Ableiterfahne jeder Batteriezelle mit der jeweiligen Heizschicht und die vierte Ableiterfahne jeder Batteriezelle mit der jeweiligen zweiten Elektrodenstruktur (bspw. Kathode) elektrisch verbunden. Die ersten Ableiterfahnen beider Batteriezellen sind mit der ersten Anschlussstelle 61 und die vierten Ableiterfahnen beider Batteriezellen sind mit der vierten Anschlussstelle 64 elektrisch verbunden. Zudem sind die zweiten Ableiterfahnen beider Batteriezellen mit der zweiten Anschlussstelle 62 und die dritten Ableiterfahnen beider Batteriezellen mit der dritten Anschlussstelle 63 elektrisch verbunden. Dabei ist jede Ableiterfahne mit ihrer jeweiligen Anschlussstelle unmittelbar/direkt elektrisch verbunden, beispielsweise durch Verschweißen oder Verlöten der Ableiterfahnen mit der jeweiligen Anschlussstelle.
Die 4B zeigt eine Batterie, die zwei erfindungsgemäße Batteriezellen 70 und 80 enthält, deren Elektrodenstrukturen entweder in einer Jelly Roll oder in einem Stapel angeordnet sind. Des Weiteren zeigt die Figur einen Zellendeckel 90, der zu einem Zellengehäuse passt, das die beiden Batteriezellen 70 und 80 aufnehmen soll. Der Zellendeckel 90 weist drei Anschlussstellen auf, nämlich eine erste Anschlussstelle 91, eine zweite Anschlussstelle 92 und eine dritte Anschlussstelle 93, die alle von dem Zellendeckel elektrisch isoliert sind. Sind die Elektrodenstrukturen der zwei Batteriezellen 70 und 80 in einer Jelly Roll angeordnet, so weist jede der zwei Batteriezellen auf einer ihrer Grundflächen eine erste Ableiterfahne 71 bzw. 81, eine zweite Ableiterfahne 72 bzw. 82, eine dritte Ableiterfahne 73 bzw. 83, und eine vierte Ableiterfahne 74 bzw. 84 auf. Sind hingegen die Elektrodenstrukturen der zwei erfindungsgemäßen Batteriezellen 70 und 80 in einem Stapel angeordnet, so weist jede der zwei Batteriezellen die Ableiterfahnen auf einer ihrer Seitenflächen auf. Die erste Ableiterfahne jeder Batteriezelle ist mit der jeweiligen ersten Elektrodenstruktur (bspw. Anode), die zweite und dritte Ableiterfahne jeder Batteriezelle mit der jeweiligen Heizschicht und die vierte Ableiterfahne jeder Batteriezelle mit der jeweiligen zweiten Elektrodenstruktur (bspw. Kathode) elektrisch verbunden. Zum einen sind die ersten Ableiterfahnen beider Batteriezellen mit der ersten Anschlussstelle 91 und die vierten Ableiterfahnen beider Batteriezellen mit der dritten Anschlussstelle 93 elektrisch verbunden. Zum anderen sind auch die zweiten Ableiterfahnen beider Batteriezellen 70 und 80 mit der ersten Anschlussstelle 91 und die dritten Ableiterfahnen beider Batteriezellen 70 und 80 mit der dritten Anschlussstelle 92 elektrisch verbunden.
In der in der 4B gezeigten Batteriezelle sind die ersten, dritten und vierten Ableiterfahnen beider Batteriezellen 70 und 80 unmittelbar/direkt mit der jeweiligen Anschlussstelle elektrisch verbunden, beispielsweise durch Laserverschweißen oder Verlöten der Ableiterfahnen mit der jeweiligen Anschlussstelle.
Die zweiten Ableiterfahnen der Batteriezellen 70 und 80 können unmittelbar mit der ersten Anschlussstelle des Zelldeckels elektrisch verbunden sein. Vorzugsweise sind jedoch die ersten Ableiterfahnen und die zweiten Ableiterfahnen im Inneren der Batteriezelle miteinander verbunden, und somit die zweiten Ableiterfahnen nur elektrisch mit der ersten Anschlussstelle 91 verbunden, nicht aber unmittelbar (bspw. durch Verlöten oder Verschweißen). Daher sind die zweiten Ableiterfahnen 72 und 82 in der 4B nur gestrichelt gezeichnet.
In den 4A und 4B bilden die Ableiterfahnen der beiden Batteriezellen 40 und 50 (bzw. 70 und 80) im Wesentlichen einen rechten Winkel mit der Grundfläche (bzw. Seitenfläche), von der sie herausstehen; und die beiden Batteriezellen 40 und 50 (bzw. 70 und 80) sind so in Bezug auf den Zellendeckel 60 (bzw. 90) angeordnet, dass ihre seitlich herausstehenden Ableiterfahnen im Wesentlichen parallel zu dem Zellendeckel 60 (bzw. 90) sind und über den jeweiligen Anschlussstellen des Zellendeckels stehen. Nachdem die Ableiterfahnen mit den jeweiligen Anschlussstellen des Zelldeckels verbunden sind (bspw. durch Verlöten oder Verschweißen), werden die Ableiterfahnen so gebogen/verformt, dass die beiden Batteriezellen 40 und 50 (bzw. 70 und 80) nebeneinander, auf einer Seite des Zelldeckels 60 (bzw. 90) stehen. Die beiden nebeneinander stehenden Batteriezellen werden in ein passendes Zellgehäuse eingeführt, und der Zelldeckel mit dem Zellgehäuse verschweißt. Die Wände des Zellgehäuses können beheizbar sein, und können mit den zwei Batteriezellen 40 und 50 (bzw. 70 und 80) in thermischem Kontakt stehen. Dadurch wird die Beheizung der Batteriezellen zusätzlich unterstützt.
Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.
Bezugszeichenliste

1: Batteriezelle in Form einer Jelly Roll
2, 2', 2": Satz von Schichten zum Aufwickeln zu einer Jelly Roll
3: Stapel von Schichten
5: Längsrichtung des Satzes von Schichten
6: Wickeldorn
10, 10': Erste Elektrodenstruktur, bspw. Kathode
11: Elektrisch leitende Trägerschicht, bspw. der Kathode
12, 12': Heizschicht
13: Elektrisch leitende Schicht
14: Elektrisch leitende Schicht
15, 15': Separator
16': Aussparung in einer elektrisch leitenden Schicht
20, 20': Zweite Elektrodenstruktur, bspw. Anode
21: Elektrisch leitende Trägerschicht, bspw. der Anode
23, 23': Elektrisch leitende Schicht
24: Elektrisch leitende Schicht
28: Bekannte Elektrodenstruktur in einem Stapel, bspw. Anode
29: Bekannte Elektrodenstruktur in einem Stapel, bspw. Kathode
30: Erste Elektrodenstruktur, bspw. Anode
31, 31': Elektrisch leitende Trägerschicht, bspw. Anodenschicht
32: Elektrisch leitende Trägerschicht, bspw. Anodenschicht
33: Stromableiter (elektrisch leitende Schicht),
34: Stromableiter (elektrisch leitende Schicht)
35: Heizschicht
36: Separator
37: Elektrisch leitende Trägerschicht, bspw. Kathodenschicht
38: Stromableiter (elektrisch leitende Schicht)
39: Stromableiter (elektrisch leitende Schicht)
40: Erste Batteriespeichereinheit (Jelly Roll- oder Stapelanordnung)
41 - 44: Ableiterfahnen der ersten Batteriespeichereinheit
50: Zweite Batteriespeichereinheit (Jelly Roll- bzw. Stapelanordnung)
51 - 54: Ableiterfahnen der zweiten Batteriespeichereinheit
60: Zellendeckel mit vier Anschlussstellen
61 - 64: Anschlussstellen des Zellendeckels
70: Erste Batteriespeichereinheit (Jelly Roll- oder Stapelanordnung)
71 - 74: Ableiterfahnen der ersten Batteriespeichereinheit
80: Zweite Batteriespeichereinheit (Jelly Roll- bzw. Stapelanordnung)
81 - 84: Ableiterfahnen der zweiten Batteriespeichereinheit
90: Zellendeckel mit drei Anschlussstellen
91 - 93: Anschlussstellen des Zellendeckels

Claims

Batteriezelle aufweisend: eine erste Elektrodenstruktur (10,10',30) zur Ausbildung eines ersten elektrischen Pols; eine zweite Elektrodenstruktur (20,20') zur Ausbildung eines zweiten elektrischen Pols mit einer der des ersten Pols entgegengesetzten zweiten Polarität; einen Separator (15,15') zur räumlichen und elektrischen Trennung der beiden Elektrodenstrukturen; und zumindest ein elektrisch beheizbares Heizelement (12,12',35), welches in eine der Elektrodenstrukturen zumindest teilweise eingearbeitet ist.
Batteriezelle nach Anspruch 1, wobei: die erste Elektrodenstruktur (10,10') eine erste elektrisch leitende Trägerschicht (11) aufweist, auf die nebeneinander angeordnet das Heizelement in Form einer Heizschicht (12,12') sowie eine erste elektrisch leitende Schicht (13) aufgebracht sind; die zweite Elektrodenstruktur (20,20') eine zweite elektrisch leitende Trägerschicht (21) aufweist, auf die eine zweite elektrisch leitende Schicht (23,23') aufgebracht ist; die erste Elektrodenstruktur, der Separator und die zweite Elektrodenstruktur einen Satz von Schichten (2) mit einer Längs- und einer Querrichtung bilden und die Dicke dieses Satzes entlang der Längs- und der Querrichtung im Wesentlichen konstant ist; und der elektrische Widerstand der Heizschicht größer als der Widerstand einer der beiden Trägerschichten und größer als der elektrische Widerstand einer der elektrisch leitenden Schichten ist.
Batteriezelle nach Anspruch 2, wobei: die Heizschicht (12,12') und die erste elektrisch leitende Schicht (13) auf der dem Separator (15,15') zugewandten Fläche der ersten Trägerschicht (11) aufgebracht sind; die erste elektrisch leitende Schicht die Heizschicht zumindest teilweise auch seitlich umgibt; und die zweite elektrisch leitende Schicht (23,23') auf der dem Separator (15,15') zugewandten Fläche der zweiten Trägerschicht (21) aufgebracht ist.
Batteriezelle nach Anspruch 3, wobei die Heizschicht (12) und die erste elektrisch leitende Schicht (13), zumindest im Wesentlichen, die gleiche Dicke in Längs- und Querrichtung aufweisen.
Batteriezelle nach Anspruch 3, wobei die Heizschicht (12') zumindest stellenweise dicker ist als die erste elektrisch leitende Schicht (13), und die zweite elektrisch leitende Schicht (23') eine oder mehrere Aussparungen (16') aufweist, die den Teil der Heizschicht aufnehmen, der über die erste elektrisch leitende Schicht hinausragt.
Batteriezelle nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei: die erste Elektrodenstruktur (10,10') zumindest eine erste Kontaktstelle (K1), zumindest eine zweite Kontaktstelle (K2) und zumindest eine dritte Kontaktstelle (K3) aufweist, wobei die erste Kontaktstelle und die zweite Kontaktstelle elektrisch mit der Heizschicht (12,12') verbunden sind, und die dritte Kontaktstelle (K3) mit der ersten Trägerschicht (11) elektrisch verbunden ist; und die zweite Elektrodenstruktur (20,20') zumindest eine mit der zweiten Trägerschicht (21) elektrisch verbundene vierte Kontaktstelle (K4) aufweist, und die erste Kontaktstelle (K1) mit der vierten Kontaktstelle (K4) verbunden ist.
Batteriezelle nach einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei der die erste Elektrodenstruktur (10,10'), den Separator (15,15') und die zweite Elektrodenstruktur (20,20') enthaltende Satz (2) von Schichten entlang seiner Längsrichtung (5) über einen Wickeldorn (6) zu einer Jelly Roll zusammengerollt ist.
Batteriezelle nach Anspruch 7, wobei der Wickeldorn elektrisch beheizbar ausgebildet ist; und/oder die Außenseite des Jelly Rolls mit der Innenseite einer U- oder O-förmigen Heizstruktur in Wärmekontakt steht, von dieser aber elektrisch isoliert ist.
Batteriezelle nach Anspruch 1, wobei: die erste Elektrodenstruktur (30) eine erste elektrisch leitende Trägerschicht (31) und eine zur ersten elektrisch leitenden Trägerschicht zumindest abschnittsweise parallel verlaufende zweite elektrisch leitende Trägerschicht (32) aufweist; die einander zugewandten Seiten der ersten elektrisch leitenden Trägerschicht (31) und der zweiten elektrisch leitenden Trägerschicht (32) mit einer ersten elektrisch leitenden Schicht (33) bzw. mit einer zweiten elektrisch leitenden Schicht (34) beschichtet sind; das Heizelement zwischen der ersten und zweiten elektrisch leitenden Schicht in Form einer parallel zur ersten und zur zweiten elektrisch leitenden Schicht liegenden Heizschicht (35) angeordnet ist; der elektrische Widerstand der Heizschicht über ihre Schichtdicke größer ist, als der entsprechende elektrische Widerstand einer der beiden elektrisch leitenden Schichten; und die erste Elektrodenstruktur (30), die zweite Elektrodenstruktur (29) und der dazwischenliegende Separator (36) jeweils eine ebene Form aufweisen und aufeinandergestapelt sind.
Batteriezelle nach Anspruch 9, des Weiteren aufweisend weitere ebenenförmige und voneinander durch Separatoren (36) getrennte Elektrodenstrukturen, die jeweils auf die erste Elektrodenstruktur (30) oder die zweite Elektrodenstruktur (29) gestapelt sind, und von diesen durch Separatoren (36) getrennt sind; wobei eine dritte Elektrodenstruktur, die in einem ersten Abstand von der ersten Elektrodenstruktur (30) angeordnet ist, und eine vierte Elektrodenstruktur, die in einem zweiten Abstand von der dritten Elektrodenstruktur angeordnet ist, jeweils ein Heizelement integriert haben; und der erste und zweite Abstand so gewählt sind, dass die thermische Masse derjenigen Elektrodenstrukturen, die zwischen der ersten und dritten Elektrodenstruktur angeordnet sind, zumindest im Wesentlichen, mit der thermischen Masse der Elektrodenstrukturen übereinstimmt, die zwischen der dritten und vierten Elektrodenstruktur angeordnet sind.
Batteriezelle nach Anspruch 10, wobei der erste Abstand oder der zweite Abstand oder beide jeweils in einem Bereich von 2 mm bis 20 mm liegen, bevorzugt der erste und der zweite Abstand jeweils in einem Bereich von 6 mm bis 7 mm liegen.
Batterie, aufweisend: zwei Batteriezellen (40,50), jeweils nach einem der vorausgehenden Ansprüche 7 bis 11; und ein Zellengehäuse mit einem Zellendeckel (60); wobei: das Zellengehäuse die Batteriezellen (40,50) zumindest teilweise umgibt; an dem Zellendeckel (60) eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Anschlussstelle (61,...,64) vorgesehen sind, die jeweils von dem Zellendeckel elektrisch isoliert sind; jede der zwei Batteriezellen (40, 50) an einer ihrer Außenflächen eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Ableiterfahne (41,...,44; 51,...,54) aufweist; die erste Ableiterfahne (41,51) jeder Batteriezelle mit der jeweiligen ersten Elektrodenstruktur, die zweite Ableiterfahne (42,52) sowie die dritte Ableiterfahne (43,53) jeder Batteriezelle mit der jeweiligen Heizschicht und die vierte Ableiterfahne (44,54) jeder Batteriezelle mit der jeweiligen zweiten Elektrodenstruktur elektrisch verbunden ist; und die ersten Ableiterfahnen (41,51) beider Batteriezellen (40,50) mit der ersten Anschlussstelle (61) elektrisch verbunden sind, die zweiten Ableiterfahnen (42,52) beider Batteriezellen mit der zweiten Anschlussstelle (62) elektrisch verbunden sind, die dritten Ableiterfahnen (43,53) beider Batteriezellen mit der dritten Anschlussstelle (63) elektrisch verbunden sind, und die vierten Ableiterfahnen (44,54) beider Batteriezellen mit der vierten Anschlussstelle (64) elektrisch verbunden sind.
Batterie aufweisend: zwei Batteriezellen (70,80), jeweils nach einem der Ansprüche 7 bis 11; und ein Zellengehäuse mit einem Zellendeckel (90); wobei: das Zellengehäuse die Batteriezellen (40,50) zumindest teilweise umgibt; an dem Zellendeckel (90) eine erste, eine zweite und eine dritte Anschlussstelle (91,...,93) vorgesehen sind, die jeweils von dem Zellendeckel elektrisch isoliert sind; jede der zwei Batteriezellen (70, 80) an einer ihrer Außenflächen eine erste, eine zweite, eine dritte und eine vierte Ableiterfahne (71,...,44; 81,...,84) aufweist; die erste Ableiterfahne (71,81) jeder Batteriezelle mit der jeweiligen ersten Elektrodenstruktur, die zweite (72,82) und dritte Ableiterfahne (73,83) jeder Batteriezelle mit der jeweiligen Heizschicht und die vierte Ableiterfahne (74,84) jeder Batteriezelle mit der jeweiligen zweiten Elektrodenstruktur elektrisch verbunden ist; und die ersten Ableiterfahnen (71,81) und die zweiten Ableiterfahnen (72,82) beider Batteriezellen miteinander und mit der ersten Anschlussstelle (91) elektrisch verbunden sind, die dritten Ableiterfahnen (73,83) beider Batteriezellen mit der zweiten Anschlussstelle (92) elektrisch verbunden, und die vierten Ableiterfahnen (74,84) beider Batteriezellen mit der dritten Anschlussstelle (93) elektrisch verbunden sind.