DE102018216521A1 - Battery cell with at least one electrochemical cell and method for producing the same - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Batteriezelle (102) mit zumindest einer elektrochemischen Zelle (100), die durch zwei, unter Verwendung eines Separators (106) aus Feststoffelektrolyt (118) elektrisch getrennte und chemisch wechselwirkende, als Anode (108) und Kathode (110) wirkende Elektroden (104) ausgebildet ist, wobei zumindest eine der Elektroden (104) auf der vom Separator (106) abgewandten Seite elektrisch leitend mit einem flächigen, elektrisch leitenden Ableiter (112) verbunden ist, wobei zwischen der Elektrode (104) und dem Ableiter (112) eine seitlich offene, elektrisch leitende, poröse Schicht (122) zum Ableiten von Gasen angeordnet ist.The invention relates to a battery cell (102) with at least one electrochemical cell (100), which is an anode (108) and cathode 110) acting electrodes (104), at least one of the electrodes (104) on the side facing away from the separator (106) being electrically conductively connected to a flat, electrically conductive conductor (112), between the electrode (104) and the arrester (112) has a laterally open, electrically conductive, porous layer (122) for discharging gases.

Description

Gebiet der ErfindungField of the Invention

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle mit zumindest einer elektrochemischen Zelle und ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle mit zumindest einer elektrochemischen Zelle.The invention relates to a battery cell with at least one electrochemical cell and a method for producing a battery cell with at least one electrochemical cell.

Stand der TechnikState of the art

In einer Batteriezelle kann ein Elektrolytmaterial zwischen einem Anodenmaterial und einem Kathodenmaterial verwendet werden. Eine einzelne elektrochemische Zelle der Batteriezelle weist dabei einen Stapel aus zumindest drei Schichten auf, wobei in einer ersten Schicht das Anodenmaterial enthalten ist, in einer zweiten Schicht das Elektrolytmaterial aber weder das Anodenmaterial noch das Kathodenmaterial enthalten ist und in einer dritten Schicht das Kathodenmaterial enthalten ist. Der Stapel ist auf entgegengesetzten Seiten elektrisch mit den zwei Polen der Batteriezelle verbunden. Die elektrische Verbindung kann durch sogenannte Ableiter erfolgen, die als elektrisch leitende Folien auf den entgegengesetzten Seiten angeordnet werden.In a battery cell, an electrolyte material can be used between an anode material and a cathode material. A single electrochemical cell of the battery cell has a stack of at least three layers, the anode material being contained in a first layer, but the electrolyte material being neither contained in the anode material nor the cathode material, and the cathode material being contained in a third layer . The stack is electrically connected to the two poles of the battery cell on opposite sides. The electrical connection can be made by so-called arresters, which are arranged as electrically conductive foils on the opposite sides.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Vor diesem Hintergrund werden mit dem hier vorgestellten Ansatz eine Batteriezelle mit zumindest einer elektrochemischen Zelle und ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle mit zumindest einer elektrochemischen Zelle gemäß den unabhängigen Ansprüchen vorgestellt. Vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen des hier vorgestellten Ansatzes ergeben sich aus der Beschreibung und sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.Against this background, the approach presented here presents a battery cell with at least one electrochemical cell and a method for producing a battery cell with at least one electrochemical cell according to the independent claims. Advantageous further developments and improvements of the approach presented here result from the description and are described in the dependent claims.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können in vorteilhafter Weise ermöglichen, bei einem Formierungsprozess oder während des Betriebes einer Batteriezelle entstehende Gase aus einem Zellstapel der Batteriezelle abzuführen. Dabei kann eine Ansammlung der Gase an als Diffusionshindernissen wirkenden elektrisch leitenden Folien im Zellstapel verhindert werden, wodurch eine Prozesssicherheit erhöht werden kann und eine Ausschussrate gesenkt werden kann.Embodiments of the present invention can advantageously make it possible to remove gases generated during a formation process or during the operation of a battery cell from a cell stack of the battery cell. Accumulation of the gases on electrically conductive foils acting as diffusion obstacles in the cell stack can be prevented, as a result of which process reliability can be increased and a reject rate can be reduced.

Es wird eine Batteriezelle mit zumindest einer elektrochemischen Zelle vorgeschlagen, wobei die Zelle durch zwei, unter Verwendung eines Separators aus Feststoffelektrolyt elektrisch getrennte und chemisch wechselwirkende, als Anode und Kathode wirkende Elektroden ausgebildet ist, wobei zumindest eine der Elektroden auf der vom Separator abgewandten Seite elektrisch leitend mit einem flächigen, elektrisch leitenden Ableiter verbunden ist, wobei zwischen der Elektrode und dem Ableiter zumindest eine seitlich offene, elektrisch leitende, poröse Schicht zum Ableiten von Gasen angeordnet ist.A battery cell with at least one electrochemical cell is proposed, the cell being formed by two electrodes which are electrically separated using a separator made of solid electrolyte and which interact chemically and act as an anode and cathode, at least one of the electrodes being electrical on the side facing away from the separator is conductively connected to a flat, electrically conductive arrester, at least one laterally open, electrically conductive, porous layer for discharging gases being arranged between the electrode and the arrester.

Weiterhin wird ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle, mit zumindest einer elektrochemischen Zelle vorgeschlagen, wobei die Zelle durch zwei, unter Verwendung eines Separators elektrisch getrennte und chemisch wechselwirkende, als Anode und Kathode wirkende Elektroden aufgebaut wird, wobei zumindest eine der Elektroden auf der vom Separator abgewandten Seite elektrisch leitend mit einem flächigen, elektrisch leitenden Ableiter verbunden wird, und zwischen der Elektrode und dem Ableiter eine seitlich offene, elektrisch leitende, poröse Schicht zum Ableiten von Gasen angeordnet wird, wobei die Batteriezelle unter Verwendung eines Formierungsprozesses formiert wird, unter Verwendung der porösen Schicht entgast wird und eine Umhüllung der Batteriezelle nach dem Entgasen fluiddicht versiegelt wird.Furthermore, a method for producing a battery cell with at least one electrochemical cell is proposed, the cell being constructed by two electrodes which are electrically separated and chemically interacting using an separator and act as anode and cathode, at least one of the electrodes on that of the separator opposite side is electrically conductively connected to a flat, electrically conductive arrester, and a laterally open, electrically conductive, porous layer for discharging gases is arranged between the electrode and the arrester, the battery cell being formed using a forming process using the porous layer is degassed and an envelope of the battery cell is sealed in a fluid-tight manner after degassing.

Ideen zu Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können unter anderem als auf den nachfolgend beschriebenen Gedanken und Erkenntnissen beruhend angesehen werden.Ideas for embodiments of the present invention can be viewed, inter alia, as based on the ideas and knowledge described below.

Unter einer Batteriezelle kann ein Energiespeicher zum Speichern von elektrischer Energie in chemischer Form verstanden werden. Eine elektrochemische Zelle ist die kleinste Funktionseinheit der Batteriezelle. Die Batteriezelle kann mehrere elektrisch parallel geschaltete und/oder elektrisch in Reihe geschaltete elektrochemische Zellen aufweisen. Mehrere Batteriezellen können zu einer Batterie, beispielsweise einer Traktionsbatterie für ein Fahrzeug zusammengefügt werden.A battery cell can be understood as an energy store for storing electrical energy in chemical form. An electrochemical cell is the smallest functional unit of the battery cell. The battery cell can have a plurality of electrochemical cells connected in parallel and / or electrically connected in series. Several battery cells can be combined to form a battery, for example a traction battery for a vehicle.

Die Zelle weist eine Schichtfolge von verschiedenen elektrochemisch aktiven Materialien und elektrochemisch inerten Materialien auf. Elektroden der Zelle weisen die elektrochemisch aktiven Materialien auf. Ein zwischen den Elektroden angeordneter Separator weist elektrochemisch inertes Material auf.The cell has a layer sequence of different electrochemically active materials and electrochemically inert materials. Electrodes of the cell have the electrochemically active materials. A separator arranged between the electrodes has electrochemically inert material.

Zum Aufbauen der Zelle können die Materialien schichtweise übereinander angeordnet werden. Dabei können vorgefertigte Schichten gestapelt und/oder Schichten vor Ort erzeugt werden. Schichten können beispielsweise als Scheiben von einem Rohling abgeschnitten werden. Schichten können auch aus Flüssigkeiten oder Pasten erzeugt werden. Die Flüssigkeiten oder Pasten können Dispersionen eines oder mehrerer der Materialien in einem Lösungsmittel sein, die durch ein Entfernen des Lösungsmittels die Schicht bilden. Ebenso können die Schichten durch eine Reaktion von zwei oder mehr Komponenten aus dem flüssigen beziehungsweise pastösen Zustand in einen festen Zustand übergehen. Die Schichten können auch durch ein Erstarren von schmelzflüssiger Schmelze erzeugt werden. Ebenso können Schichten durch Umformen, also beispielsweise Walzen, Pressen oder Ziehen eines Rohlings erzeugt werden.To build up the cell, the materials can be arranged in layers one above the other. Prefabricated layers can be stacked and / or layers can be created on site. Layers can be cut off from a blank, for example as disks. Layers can also be created from liquids or pastes. The liquids or pastes can be dispersions of one or more of the materials in a solvent which form the layer by removing the solvent. Likewise, the layers can be formed by a reaction of two or more components from the liquid or change into a solid state. The layers can also be produced by solidification of the molten melt. Layers can also be produced by reshaping, for example rolling, pressing or drawing a blank.

Die verschiedenen elektrochemisch aktiven Materialien weisen eine elektrochemische Potenzialdifferenz auf. Je nach Materialpaarung wirkt eine der Elektroden als Anode und die andere Elektrode wirkt als Kathode. Ein elektrischer Stromfluss zwischen der Anode und der Kathode innerhalb der Zelle wird durch den Separator verhindert. Zwischen der Anode und Kathode bewegen sich beim Laden und Entladen der Batteriezelle Ionen der elektrochemisch aktiven Materialien als Ladungsträger durch den Separator.The various electrochemically active materials have an electrochemical potential difference. Depending on the material pairing, one of the electrodes acts as an anode and the other electrode acts as a cathode. An electrical current flow between the anode and the cathode within the cell is prevented by the separator. During charging and discharging of the battery cell, ions of the electrochemically active materials move between the anode and cathode as charge carriers through the separator.

Ein Ableiter kann als metallische Schicht beziehungsweise Folie ausgebildet sein. Der Ableiter kann als Diffusionshindernis wirken. Eine poröse Schicht kann miteinander verbundene Hohlräume in einem Grenzbereich zwischen der Elektrode und dem Ableiter aufweisen. Die poröse Schicht kann somit insbesondere offenporig sein. Die poröse Schicht kann bis zu einer seitlichen Kante des Ableiters beziehungsweise der Elektrode verlaufen und zu einer Umgebung der Zelle offen sein beziehungsweise mit der Umgebung in Kontakt stehen. Über die poröse Schicht können Umgebungsbedingungen in der Umgebung der Zelle im Bereich der Grenzfläche wirken. Wenn beispielsweise in der Umgebung ein niedriger Umgebungsdruck, wie ein näherungsweises Vakuum besteht, besteht auch in der porösen Schicht der niedrige Umgebungsdruck.An arrester can be designed as a metallic layer or foil. The arrester can act as an obstacle to diffusion. A porous layer can have interconnected cavities in a border area between the electrode and the arrester. The porous layer can thus in particular be open-pore. The porous layer can extend up to a lateral edge of the conductor or the electrode and can be open to an environment of the cell or be in contact with the environment. Ambient conditions in the vicinity of the cell in the area of the interface can act via the porous layer. For example, if there is a low ambient pressure in the environment, such as an approximate vacuum, the low ambient pressure also exists in the porous layer.

Bei einem Formierungsprozess kann die Batteriezelle von einem Fertigungszustand in einen Betriebszustand versetzt werden. Während des Formierungsprozesses kann die zumindest eine elektrochemische Zelle außerhalb einer Umhüllung der Batteriezelle angeordnet sein oder bereits in der Umhüllung angeordnet sein. Die Umhüllung kann noch geöffnet oder auch bereits geschlossen sein. Die Umhüllung kann eine Folie oder ein festes Gehäuse sein. Zum Formieren kann zumindest ein elektrisches Potenzial an den Polen der Batteriezelle angelegt werden, um zumindest eine gewünschte Reaktion in den elektrochemischen Zellen hervorzurufen. Beispielsweise kann zumindest ein unerwünschter Stoff an zumindest einer der Elektroden oxidiert oder reduziert werden, um in einen gasförmigen Zustand überzugehen und durch die poröse Schicht abgeführt zu werden. Nach dem Abführen des Gases kann die zumindest eine elektrochemische Zelle in der bereitstehenden geöffneten Umhüllung angeordnet werden. Die offene Umhüllung mit der Zelle darin wird nach dem Abführen des Gases verschlossen. Eine bereits geschlossene Umhüllung wird zum Abführen des Gases erneut geöffnet und wieder verschlossen.In a formation process, the battery cell can be switched from a manufacturing state to an operating state. During the formation process, the at least one electrochemical cell can be arranged outside an envelope of the battery cell or can already be arranged in the envelope. The casing can still be open or already closed. The covering can be a film or a solid housing. For forming, at least one electrical potential can be applied to the poles of the battery cell in order to cause at least one desired reaction in the electrochemical cells. For example, at least one undesired substance can be oxidized or reduced on at least one of the electrodes in order to change into a gaseous state and to be removed through the porous layer. After the gas has been removed, the at least one electrochemical cell can be arranged in the open casing provided. The open envelope with the cell in it is closed after the gas has been removed. An already closed envelope is opened and closed again to discharge the gas.

Die poröse Schicht kann durch ein Beschichten des Ableiters ausgebildet werden. Der Ableiter kann mit einem Schichtmaterial und einem Porenbildnermaterial beschichtet werden. Das Porenbildnermaterial kann anschließend entfernt werden. Das Schichtmaterial und das Porenbildnermaterial können in flüssigem oder pastösem Zustand auf den Ableiter aufgebracht werden. Das Schichtmaterial kann elektrisch leitend sein. Das Schichtmaterial kann auf dem Ableiter zu einer porösen Struktur erstarren, deren Poren durch das Porenbildnermaterial gefüllt sind. Das Porenbildnermaterial kann beispielsweise durch eine Temperaturerhöhung in einen gasförmigen Zustand gebracht werden und so aus den Poren entfernt werden. Das Porenbildnermaterial kann auch unter Verwendung eines Lösungsmittels aus den Poren gewaschen werden.The porous layer can be formed by coating the arrester. The arrester can be coated with a layer material and a pore-forming material. The pore-forming material can then be removed. The layer material and the pore-forming material can be applied to the arrester in a liquid or pasty state. The layer material can be electrically conductive. The layer material can solidify on the arrester to form a porous structure, the pores of which are filled by the pore-forming material. The pore-forming material can, for example, be brought into a gaseous state by an increase in temperature and can thus be removed from the pores. The pore-forming material can also be washed out of the pores using a solvent.

Die poröse Schicht kann alternativ als vorgefertigte Scheibe bereitgestellt werden und mit dem Ableiter und der Elektrode elektrisch leitend verbunden werden. Beispielsweise kann die Scheibe von einem Rohling abgeschnitten werden.As an alternative, the porous layer can be provided as a prefabricated disk and can be connected in an electrically conductive manner to the arrester and the electrode. For example, the disk can be cut off from a blank.

Die poröse Schicht kann bereichsweise zwischen der Elektrode und dem Ableiter ausgebildet sein. Angrenzend an einen Bereich mit der porösen Schicht kann zumindest ein anderer Bereich ohne die poröse Schicht angeordnet sein. Anders ausgedrückt kann sich die poröse Schicht nicht über die vollständige Kontaktfläche zwischen der Elektrode und dem Ableiter erstrecken. In einem Anteil der Fläche können die Elektrode und der Ableiter auch unmittelbar miteinander verbunden sein. Der Bereich mit der porösen Schicht kann als zumindest ein seitlich offener Kanal ausgebildet sein. Der Kanal kann gerade verlaufen oder gekrümmt ausgeführt sein.The porous layer can be formed in regions between the electrode and the arrester. Adjacent to an area with the porous layer, at least one other area can be arranged without the porous layer. In other words, the porous layer cannot extend over the entire contact area between the electrode and the arrester. In a portion of the area, the electrode and the arrester can also be directly connected to one another. The area with the porous layer can be designed as at least one laterally open channel. The channel can be straight or curved.

Die poröse Schicht kann streifenweise ausgebildet sein. Streifen mit der porösen Schicht und Streifen ohne die poröse Schicht können sich abwechseln. Insbesondere können die Streifen mit der porösen Schicht in regelmäßigen Abständen angeordnet sein. Dadurch kann das entstehende Gas leicht zum Rand der Zelle geleitet werden.The porous layer can be formed in strips. Stripes with the porous layer and stripes without the porous layer can alternate. In particular, the strips with the porous layer can be arranged at regular intervals. This allows the resulting gas to be easily directed to the edge of the cell.

Zumindest die poröse Schicht kann eine Oberfläche aus einem Kohlenstoffmaterial aufweisen. Die poröse Schicht kann kohlenstoffbeschichtet sein. Das Kohlenstoffmaterial kann die elektrische Leitfähigkeit der porösen Schicht verbessern. Der Ableiter kann durch die poröse Schicht hindurch mit der Schicht aus Kohlenstoffmaterial beschichtet werden.At least the porous layer can have a surface made of a carbon material. The porous layer can be carbon coated. The carbon material can improve the electrical conductivity of the porous layer. The arrester can be coated with the layer of carbon material through the porous layer.

Die poröse Schicht kann eine Dicke kleiner als 10 µm, insbesondere kleiner als 5 µm, insbesondere kleiner als 2 µm aufweisen. Porenbildner sind bevorzugt Fasern mit langer Ausdehnung in eine Richtung. Beispielsweise ist die x/y-Dimension kleiner der Schichtdicke, bevorzugt kleiner der halben Schichtdicke. The porous layer can have a thickness of less than 10 μm, in particular less than 5 μm, in particular less than 2 μm. Pore formers are preferred fibers with long unidirectional expansion. For example, the x / y dimension is less than the layer thickness, preferably less than half the layer thickness.

Die z-Dimension kann dabei größer als der zehnfache Durchmesser sein. Der Ableiter kann eine Stärke kleiner als 20 µm aufweisen.The z dimension can be larger than ten times the diameter. The arrester can have a thickness of less than 20 µm.

Der Ableiter kann auf einer der Elektrode gegenüberliegenden Seite mit einer weiteren Elektrode elektrisch leitend verbunden sein, Auf beiden Seiten des Ableiters kann zwischen der Elektrode und dem Ableiter je eine seitlich offene poröse Schicht angeordnet sein. Der Ableiter kann eine widerstandsoptimierte Stärke aufweisen beziehungsweise der Leitungsquerschnitt des Ableiters kann an einen Erwarteten Stromfluss durch den Ableiter angepasst sein. Dadurch kann ein Materialeinsatz verringert werden. Die weitere Elektrode ist Bestandteil einer benachbarten elektrochemischen Zelle der Batteriezelle.The arrester can be electrically conductively connected to a further electrode on a side opposite the electrode. On both sides of the arrester, a laterally open porous layer can be arranged between the electrode and the arrester. The arrester can have a resistance-optimized thickness, or the conductor cross section of the arrester can be adapted to an expected current flow through the arrester. This can reduce the amount of material used. The further electrode is part of an adjacent electrochemical cell of the battery cell.

Es wird darauf hingewiesen, dass einige der möglichen Merkmale und Vorteile der Erfindung hierin mit Bezug auf unterschiedliche Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann erkennt, dass die Merkmale der Batteriezelle und des Verfahrens in geeigneter Weise kombiniert, angepasst oder ausgetauscht werden können, um zu weiteren Ausführungsformen der Erfindung zu gelangen.It is noted that some of the possible features and advantages of the invention are described herein with respect to different embodiments. A person skilled in the art recognizes that the features of the battery cell and of the method can be combined, adapted or exchanged in a suitable manner in order to arrive at further embodiments of the invention.

FigurenlisteFigure list

Nachfolgend werden Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung beschrieben, wobei weder die Zeichnung noch die Beschreibung als die Erfindung einschränkend auszulegen sind.

  • 1 zeigt eine Darstellung einer Schichtenfolge für eine Batteriezelle mit einer elektrochemischen Zelle gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Embodiments of the invention are described below with reference to the accompanying drawing, wherein neither the drawing nor the description are to be interpreted as limiting the invention.
  • 1 shows an illustration of a layer sequence for a battery cell with an electrochemical cell according to an embodiment.

Die Figur ist lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu.The figure is only schematic and not to scale.

Elektrische Energie ist mittels Batterien speicherbar. Batterien wandeln chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie um. Hierbei werden Primärbatterien und Sekundärbatterien unterschieden. Primärbatterien sind nur einmal funktionsfähig, während Sekundärbatterien, die auch als Akkumulator bezeichnet werden, wieder aufladbar sind. Eine Batterie umfasst dabei eine oder mehrere Batteriezellen. In einem Akkumulator finden insbesondere sogenannte Lithium-Ionen-Batteriezellen Verwendung. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten, thermische Stabilität und eine äußerst geringe Selbstentladung aus. Lithium-Ionen-Batteriezellen kommen unter anderem in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Elektrofahrzeugen (Electric Vehicle, EV), Hybridfahrzeugen (Hybride Electric Vehicle, HEV) sowie Plug-In-Hybridfahrzeugen (Plug-In-Hybride Electric Vehicle, PHEV) zum Einsatz. Lithium-Ionen-Batteriezellen weisen eine positive Elektrode, die auch als Kathode bezeichnet wird, und eine negative Elektrode, die auch als Anode bezeichnet wird, auf. Die Kathode sowie die Anode können je einen Stromableiter umfassen, an welchem ein Aktivmaterial angebracht ist. Das Aktivmaterial für die Kathode kann beispielsweise ein Metalloxid sein. Das Aktivmaterial für die Anode kann beispielsweise metallisches Lithium, Graphit, amorpher Kohlenstoff (hard carbon), Silizium oder eine Mischung der drei vorgenannten Materialien oder Li-Titanat sein.Electrical energy can be stored using batteries. Batteries convert chemical reaction energy into electrical energy. A distinction is made here between primary batteries and secondary batteries. Primary batteries are only functional once, while secondary batteries, also known as accumulators, can be recharged. A battery comprises one or more battery cells. So-called lithium-ion battery cells are used in particular in an accumulator. These are characterized, among other things, by high energy densities, thermal stability and extremely low self-discharge. Lithium-ion battery cells are used in motor vehicles, in particular in electric vehicles (EV), hybrid vehicles (hybrid electric vehicles, HEV) and plug-in hybrid vehicles (plug-in hybrid electric vehicles, PHEV). Lithium-ion battery cells have a positive electrode, which is also called a cathode, and a negative electrode, which is also called an anode. The cathode and the anode can each comprise a current conductor to which an active material is attached. The active material for the cathode can be a metal oxide, for example. The active material for the anode can be, for example, metallic lithium, graphite, amorphous carbon (hard carbon), silicon or a mixture of the three aforementioned materials or Li-titanate.

Lithium-basierte Batterien erfordern normalerweise Materialien mit sehr geringen Mengen an Verunreinigungen (Battery-grade). Hauptgrund dafür ist, dass Verunreinigungen je nach elektrochemischer Stabilität an den Elektroden abreagieren, beispielsweise an der Anode reduziert oder an der Kathode oxidiert werden. Dies kann zu festen Reaktionsprodukten am Solid-Elektrolyt-Interface (SEI) oder mobilen Spezies im Elektrolyt führen. Beides führt normalerweise zu nachteiligen Batterieeigenschaften. Besonders anspruchsvoll sind Batterien mit metallischem Lithium als Anode, welches das geringste elektrochemische Potential aller Elemente aufweist (-3,04 V vs SHE). Bei diesem Potential werden die meisten Moleküle reduziert. Unter anderem werden Wassermoleküle oder Lösemittelmoleküle reduziert, die sich zum Beispiel prozessbedingt in den Batterieelektroden befinden können. Je nach Reaktion kann ein Reaktionsprodukt davon Wasserstoff sein. Von Wasserstoff ist bekannt, dass dieser mit Lithium zu Lithiumhydrid (LiH) reagieren kann. Lithiumhydrid bildet dabei vornehmlich grobe Strukturen auf der Anode, die zum Teil aus deren Oberfläche herausragen und beim Durchbrechen des Separators zu einem Kontakt mit der Kathode und zum Kurzschluss führen können. Daher ist es von Vorteil, entweder das Wasser und/oder die Lösemittelmoleküle/Verunreinigungen zu entfernen, bevor diese die Li-Metall Anode erreichen.Lithium-based batteries typically require materials with very low levels of contamination (battery-grade). The main reason for this is that, depending on the electrochemical stability, contaminants react on the electrodes, for example, they are reduced at the anode or oxidized at the cathode. This can lead to solid reaction products on the solid electrolyte interface (SEI) or mobile species in the electrolyte. Both of these normally result in adverse battery properties. Batteries with metallic lithium as anode, which has the lowest electrochemical potential of all elements (-3.04 V vs SHE), are particularly demanding. Most molecules are reduced at this potential. Among other things, water molecules or solvent molecules are reduced, which, for example, can be located in the battery electrodes due to the process. Depending on the reaction, a reaction product thereof can be hydrogen. Hydrogen is known to react with lithium to form lithium hydride (LiH). Lithium hydride primarily forms coarse structures on the anode, some of which protrude from the surface of the anode and can lead to contact with the cathode and a short circuit if the separator breaks. It is therefore advantageous to remove either the water and / or the solvent molecules / contaminants before they reach the Li-metal anode.

Ableiterfolien können beispielsweise mit Kohlenstoffbeschichtungen beschichtet werden. Diese Beschichtungen dienen vor allem einer Verringerung des Kontaktwiderstands und/oder zum Schutz des Aluminiums vor Korrosion. Diese Beschichtungen sind nicht offenporig und auch nicht notwendigerweise flächendeckend.Discharge foils can be coated with carbon coatings, for example. These coatings primarily serve to reduce the contact resistance and / or to protect the aluminum from corrosion. These coatings are not open-pore and do not necessarily cover the entire area.

Heutige Lithium Ionen Batterien basieren auf einem flüssigen Elektrolyten, der am Ende der Herstellung in die Batterie gefüllt wird. Um ein gezieltes SEI auf der Anode und Kathode herzustellen wird die Batterie direkt danach (also vor dem ersten Laden) einem Formierschritt unterzogen, bei dem bestimmte Potentiale an der Anode und Kathode angelegt werden, um bestimmte Spezies im Flüssigelektrolyten vorteilhaft zu oxidieren oder zu reduzieren. Auch können dadurch Verunreinigungen auf dieselbe Weise entfernt werden. Nach der Formierung werden alle entstandenen Gase aus der Zelle entfernt und die Batterie gasdicht verschlossen. Die Formierung der Li-Ionen Batterie erfolgt also vor dem ersten Zellzyklieren.Today's lithium ion batteries are based on a liquid electrolyte that is filled into the battery at the end of production. In order to produce a targeted SEI on the anode and cathode, the battery is subjected to a forming step immediately afterwards (i.e. before the first charge), in which certain potentials are applied to the anode and cathode in order to advantageously oxidize or reduce certain species in the liquid electrolyte. Contamination can also be removed in the same way. After formation, all gases are removed from the cell and the battery sealed gas-tight. The Li-ion battery is thus formed before the first cell cycling.

Auch bei Festelektrolyt-basierten Batteriezellen (z.B. mit einem Polymerelektrolyt) kann eine Art Formierung genutzt werden, um Verunreinigungen z.B. durch eine Reduktion zu entfernen. Eine Möglichkeit ist der Pre-Discharge, bei dem an der Kathode das Potential auf unter 1,5 V vs Li/Li+ verringert wird, wodurch z.B. Wasser und restliche organische Lösemittelmoleküle zu gasförmigen Spezies reduziert werden. Im Unterschied zu Flüssigelektrolyt-basierten Zellen ist dieses Gas innerhalb des Polymers an der Kathode eingeschlossen und kann Gasblasen bilden. Bei dem hier vorgestellten Ansatz wird das Entfernen dieses Gases vereinfacht.A type of formation can also be used with solid electrolyte-based battery cells (e.g. with a polymer electrolyte) to prevent contamination e.g. to remove by reduction. One possibility is pre-discharge, in which the potential at the cathode is reduced to below 1.5 V vs Li / Li +, which means e.g. Water and residual organic solvent molecules are reduced to gaseous species. In contrast to liquid electrolyte-based cells, this gas is enclosed within the polymer at the cathode and can form gas bubbles. The approach presented here simplifies the removal of this gas.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine Darstellung eines Ausschnitts aus einer elektrochemischen Zelle 100 einer Batteriezelle 102 gemäß einem Ausführungsbeispiel. Die elektrochemische Zelle 100 besteht aus zwei Elektroden 104, die unterschiedliche elektrochemische Potenziale aufweisen und mit unterschiedlichen elektrischen Polen der Batteriezelle 102 elektrisch leitend verbunden sind. Zwischen den Elektroden 104 ist ein Separator 106 angeordnet, der die Elektroden 104 elektrisch voneinander trennt, jedoch chemisch miteinander verbindet. Zwischen den Elektroden 104 beziehungsweise den Polen kann eine elektrische Spannung abgegriffen werden. Der Separator 106 weist hier ein Festelektrolytmaterial auf. Die Elektroden 104 werden abhängig von ihrem Potenzial als Anode 108 beziehungsweise Kathode 110 bezeichnet. 1 shows a representation of a section of an electrochemical cell 100 a battery cell 102 according to an embodiment. The electrochemical cell 100 consists of two electrodes 104 that have different electrochemical potentials and with different electrical poles of the battery cell 102 are electrically connected. Between the electrodes 104 is a separator 106 arranged of the electrodes 104 electrically separated from each other, but chemically combined. Between the electrodes 104 or the poles, an electrical voltage can be tapped. The separator 106 here has a solid electrolyte material. The electrodes 104 become dependent on their potential as an anode 108 or cathode 110 designated.

Die Batteriezelle 102 weist eine hier nicht dargestellte fluiddichte, also flüssigkeits- und gasdichte Umhüllung auf, die die Zelle 100 beziehungsweise mehrere Zellen 100 der Batteriezelle 102 umschließt. Die Pole der Batteriezelle 102 sind durch die Umhüllung nach außen geführt. Die Umhüllung kann beispielsweise ein Folienbeutel sein, der als Pouch bezeichnet werden kann. Ebenso kann die Umhüllung durch ein festes Gehäuse ausgebildet sein. Das Gehäuse kann je nach Typ der Batteriezelle 102 unterschiedlich geformt sein. Das Gehäuse kann beispielsweise kreiszylindrisch oder prismatisch sein. Die Umhüllung kann elektrisch leitend mit einem der Pole der Batteriezelle 102 verbunden sein beziehungsweise den Pol der Batteriezelle 102 ausbilden.The battery cell 102 has a fluid-tight, liquid-tight and gas-tight envelope, which is not shown here, and which covers the cell 100 or several cells 100 the battery cell 102 encloses. The poles of the battery cell 102 are led through the casing to the outside. The wrapper can be, for example, a foil pouch, which can be referred to as a pouch. Likewise, the envelope can be formed by a fixed housing. The housing can vary depending on the type of battery cell 102 be shaped differently. The housing can for example be circular cylindrical or prismatic. The sheath can be electrically conductive with one of the poles of the battery cell 102 be connected or the pole of the battery cell 102 form.

Eine der Elektroden 104 ist elektrisch leitend mit einem elektrisch leitenden Ableiter 112 verbunden. Der Ableiter 112 ist mit dem der Elektrode 104 zugeordneten Pol elektrisch leitend verbunden. Der Ableiter 112 ist auf einer dem Separator 106 gegenüberliegenden Seite des der Elektrode 104 angeordnet. Der Ableiter 112 ist elektrochemisch unwirksam und dient dazu, elektrische Ladungen mit möglichst geringen elektrischen Verlusten zwischen der Elektrode 104 und dem verbundenen Pol zu transportieren. Beispielsweise ist der Ableiter 112 aus einer Metallfolie.One of the electrodes 104 is electrically conductive with an electrically conductive arrester 112 connected. The arrester 112 is with that of the electrode 104 assigned pole electrically connected. The arrester 112 is on one of the separators 106 opposite side of the the electrode 104 arranged. The arrester 112 is electrochemically ineffective and is used to transfer electrical charges with the lowest possible electrical losses between the electrodes 104 and to transport the connected pole. For example, the arrester 112 from a metal foil.

Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Ableiter 112 mit der Kathode 110 verbunden, da die Kathode 110 eine begrenzte elektrische Leitfähigkeit aufweist und ein elektrischer Stromfluss durch die Kathode beim Laden beziehungsweise Entladen der Batteriezelle 102 zur Erwärmung der Kathode 110 und der Zelle 102 beziehungsweise der Batteriezelle 102 führen würde.In the exemplary embodiment shown here, the arrester is 112 with the cathode 110 connected since the cathode 110 has a limited electrical conductivity and an electrical current flow through the cathode when charging or discharging the battery cell 102 for heating the cathode 110 and the cell 102 or the battery cell 102 would lead.

Die Kathode 110 weist ein elektrisch leitendes Kathodenmaterial 114 und ein elektrisch isolierendes Polymermaterial + Leitsalz 116 auf. Partikel des Kathodenmaterials 114 sind in das Polymermaterial + Leitsalz 116 eingebettet. Der Separator 106 kann aus dem gleichen Polymermaterial 116 bestehen. Das Polymermaterial 116 kann dann als Polymerelektrolyt 118 bezeichnet werden. Ein Material des Ableiters 112 kann auf das Kathodenmaterial 114 abgestimmt sein.The cathode 110 has an electrically conductive cathode material 114 and an electrically insulating polymer material + conductive salt 116 on. Particles of the cathode material 114 are in the polymer material + conductive salt 116 embedded. The separator 106 can be made of the same polymer material 116 consist. The polymer material 116 can then be used as a polymer electrolyte 118 be designated. A material of the arrester 112 can on the cathode material 114 be coordinated.

Die Anode 108 kann ein elektrisch leitendes Anodenmaterial 120 und den Polymerelektrolyt 118 aufweisen. Dann kann auf einer von dem Separator 106 abgewandten Rückseite der Anode 108 ebenfalls ein Ableiter 112 angeordnet sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weist die Anode 108 reines Anodenmaterial 120 auf und ist daher elektrisch leitend.The anode 108 can be an electrically conductive anode material 120 and the polymer electrolyte 118 exhibit. Then one of the separators can 106 facing back of the anode 108 also an arrester 112 be arranged. In the illustrated embodiment, the anode 108 pure anode material 120 and is therefore electrically conductive.

Auf der Rückseite der Anode 108 können hier direkt ein nächster Separator 106 einer nächsten Zelle und daran anschließend eine nächste Kathode 110 der nächsten Zelle angeordnet sein, um einen Zellstapel auszubilden. Ebenso kann auf einer von der Kathode 110 abgewandten Seite des Ableiters 112 eine weitere Kathode 110 einer weiteren Zelle und daran anschließend ein weiterer Separator 106 und eine weitere Anode 108 der weiteren Zelle angeordnet sein. der Zellstapel kann also einen regelmäßigen Schichtaufbau aufweisen.On the back of the anode 108 can be the next separator here 106 a next cell and then a next cathode 110 the next cell to be arranged to form a cell stack. Likewise, on one of the cathode 110 opposite side of the arrester 112 another cathode 110 another cell and then another separator 106 and another anode 108 be arranged in the further cell. the cell stack can therefore have a regular layer structure.

Zwischen dem Ableiter 112 und der damit elektrisch leitend verbundenen Elektrode 104 ist eine seitlich offene, elektrisch leitende, poröse Schicht 122 angeordnet. Die poröse Schicht 122 ist dazu ausgebildet, Gase seitlich aus der Zelle 100 beziehungsweise seitlich aus dem Zellstapel abzuführen. Die poröse Schicht 122 weist miteinander verbundene Aussparungen beziehungsweise Poren 124 auf, die frei von einem Schichtmaterial 126 der porösen Schicht 122 sind. Das Schichtmaterial 126 kann elektrisch leitend sein. Das Schichtmaterial 126 kann auch elektrisch leitend beschichtet sein. Die poröse Schicht 122 verläuft zumindest mit einem Ende bis zu einem Rand der Zelle 100 beziehungsweise des Zellstapels, wodurch die Gase am Rand abgezogen werden können. Beispielsweise können die Gase bei einem Herstellungsprozess der Batteriezelle 102 in der Elektrode 104 entstehen und abgezogen werden, bevor die Umhüllung versiegelt wird. Zum Abziehen der Gase kann ein Unterdruck beziehungsweise näherungsweise ein Vakuum um die Zelle 100 beziehungsweise den Zellstapel erzeugt werden. Da die poröse Schicht 122 seitlich offen ist und die Poren 124 daher mit der Umgebung der Zelle 100 beziehungsweise des Zellstapels in Verbindung stehen, herrscht dabei auch in den Poren 124 der Unterdruck, wodurch die Gase verstärkt durch die Elektrode 104 zu der porösen Schicht 122 diffundieren.Between the arrester 112 and the electrode connected to it in an electrically conductive manner 104 is a laterally open, electrically conductive, porous layer 122 arranged. The porous layer 122 is designed to remove gases laterally from the cell 100 or to be removed laterally from the cell stack. The porous layer 122 has interconnected recesses or pores 124 on that are free of a layer material 126 the porous layer 122 are. The layer material 126 can be electrically conductive. The layer material 126 can also be coated in an electrically conductive manner. The porous layer 122 runs at least with one end to an edge of the cell 100 or the cell stack, whereby the gases can be drawn off at the edge. For example, the gases in a battery cell manufacturing process 102 in the electrode 104 arise and are peeled off before the wrapper is sealed. A vacuum or approximately a vacuum around the cell can be used to draw off the gases 100 or the cell stack are generated. Because the porous layer 122 is open laterally and the pores 124 hence with the environment of the cell 100 or the cell stack are connected, also prevails in the pores 124 the negative pressure, which increases the gases through the electrode 104 to the porous layer 122 diffuse.

Die Poren 124 können durch Entfernen eines Porenbildnermaterials ausgebildet werden. Das Porenbildnermaterial kann beispielsweise mit dem Schichtmaterial 126 zusammen als Paste oder Flüssigkeit auf dem Ableiter 112 oder der Elektrode 104 dosiert werden. Das Schichtmaterial kann ein Lösungsmittel und Partikel aufweisen. Das Lösungsmittel wird zum Aushärten des Schichtmaterials 126 beispielsweise verdampft. Die Partikel können elektrisch leitfähig sein. Das Schichtmaterial 126 kann auch chemisch abbinden. Das Schichtmaterial 126 kann in einem Aushärteprozess durch einen äußeren Einfluss ausgehärtet werden. Das Porenbildnermaterial kann beispielsweise als Kugeln vorliegen. Die Kugeln können gleichmäßig rund oder unregelmäßig sein. Die Kugeln können unterschiedlich groß oder gleich groß sein. In der Paste oder Flüssigkeit berühren sich die Kugeln und halten an den Berührstellen durchgängige Verbindungen zwischen den späteren Poren 124 frei von dem Schichtmaterial 126. Nach dem Aushärten des Schichtmaterials 126 kann das Porenbildnermaterial entfernt werden, wodurch die Poren 124 im Schichtmaterial 126 zurückbleiben. Das Porenbildnermaterial kann beispielsweise thermisch entfernt werden. Ebenso kann das Porenbildnermaterial chemisch entfernt werden.The pores 124 can be formed by removing a pore former material. The pore-forming material can, for example, with the layer material 126 together as a paste or liquid on the drain 112 or the electrode 104 be dosed. The layer material can have a solvent and particles. The solvent is used to harden the layer material 126 evaporated, for example. The particles can be electrically conductive. The layer material 126 can also set chemically. The layer material 126 can be hardened in a hardening process by an external influence. The pore-forming material can be present, for example, as spheres. The balls can be evenly round or irregular. The balls can be of different sizes or the same size. In the paste or liquid, the balls touch and hold continuous connections between the later pores at the points of contact 124 free of the layer material 126 . After the layer material has hardened 126 the pore former material can be removed, causing the pores 124 in the layer material 126 stay behind. The pore-forming material can, for example, be removed thermally. The pore-forming material can also be removed chemically.

Mit anderen Worten wird eine durchgängige beziehungsweise seitlich offene Gasdiffusionsschicht auf der Rückkontaktfolie einer Polymerelektrode vorgeschlagen, durch die eine gezielte Ableitung von Gasen aus dem Batterie-Stack ermöglicht wird. Für die Gasdiffusionsschicht werden Herstellungsverfahren vorgestellt. Weiterhin wird ein Verfahren zur Gaserzeugung und Entfernung (Formierung) vorgestellt. Die Schicht ist dabei eine gleichmäßige, flächige, poröse, „quasi-2D“ Gasdiffusionslage aus einer offenporigen Partikelschicht.In other words, a continuous or laterally open gas diffusion layer on the back contact film of a polymer electrode is proposed, by means of which a targeted discharge of gases from the battery stack is made possible. Manufacturing processes are presented for the gas diffusion layer. Furthermore, a process for gas generation and removal (formation) is presented. The layer is a uniform, flat, porous, "quasi-2D" gas diffusion layer made of an open-pore particle layer.

In 1 ist ein Aufbau einer Polymerbatterie gemäß einem Ausführungsbeispiel im Schnitt dargestellt. Die einzelnen Schichten sind dabei fest miteinander verbunden, es gibt nahezu kein offenporiges Volumen. Die Polymerbatterie besteht aus Anode 108, Festelektrolyt-Separator 106 und Kathode 110 auf einem metallischen Ableiter 112. Die Anode 108 kann beispielsweise ein Komposit aus Polymerelektrolyt und Graphit oder eine metallische Lithiumfolie sein. Der Separator 106 besteht aus reinem Polymerelektrolyt 116. Die Kathode 110 besteht aus einem Komposit aus Kathodenpartikeln 114, wie beispielsweise LFP, NCA oder NCM, Polymerelektrolyt 116 und Leitruß. Der Ableiter 112 besteht aus einer Metallfolie. Diese kann zusätzlich beschichtet sein. Beispielsweise kann der Ableiter 112 mit einer Kohlenstoffbeschichtung beschichtet sein. Diese Beschichtung ist wenige µm dick und nicht offenporig. Der Polymerelektrolyt 116 besteht aus einem Polymer und einem Leitsalz.In 1 a structure of a polymer battery according to an embodiment is shown in section. The individual layers are firmly connected to each other, there is almost no open-pore volume. The polymer battery consists of an anode 108 , Solid electrolyte separator 106 and cathode 110 on a metallic arrester 112 . The anode 108 can be, for example, a composite of polymer electrolyte and graphite or a metallic lithium foil. The separator 106 consists of pure polymer electrolyte 116 . The cathode 110 consists of a composite of cathode particles 114 , such as LFP, NCA or NCM, polymer electrolyte 116 and lead black. The arrester 112 consists of a metal foil. This can also be coated. For example, the arrester 112 be coated with a carbon coating. This coating is a few µm thick and not open-pored. The polymer electrolyte 116 consists of a polymer and a conductive salt.

Entsteht in dieser Polymerbatterie Gas, zum Beispiel durch eine Vorentladung (engl. Pre-discharge), beim Zyklieren oder beim Erwärmen auf die Betriebstemperatur, so sammelt sich das Gas normalerweise zwischen Kathode 110 und Ableiter 112. Ohne die poröse Schicht 122 findet das Gas möglicherweise keinen Weg aus dem Schichtverbund und kann so die Schichtstruktur zerstören.If gas is generated in this polymer battery, for example due to pre-discharge, during cycling or when heating to the operating temperature, the gas normally collects between the cathode 110 and arrester 112 . Without the porous layer 122 the gas may not find a way out of the layer composite and can thus destroy the layer structure.

Hier ist ein Schnitt durch einen Batterie-Schichtstapel auf einer zusätzlichen Gasdiffusionsschicht beziehungsweise porösen Schicht 122 auf dem Ableiter 112 dargestellt. Die Schicht 122 kann den kompletten Ableiter 112 bedecken. Als Gasdiffusionsschicht wird hier eine offenporige Beschichtung verstanden. Diese besteht zum Beispiel aus Partikeln welche durch ein Bindermaterial zusammengehalten werden. Durch die offene Struktur können entstehende Gase gezielt aus der Schichtstruktur geleitet werden. Falls notwendig kann als Korrosionsschutz die offenporöse Struktur auf eine dünne, flächige Kohlenstoffschicht aufgebracht werden.Here is a section through a battery layer stack on an additional gas diffusion layer or porous layer 122 on the arrester 112 shown. The layer 122 can the complete arrester 112 cover. An open-pore coating is understood here as a gas diffusion layer. This consists, for example, of particles which are held together by a binder material. Due to the open structure, gases can be directed out of the layer structure. If necessary, the open-pored structure can be applied to a thin, flat carbon layer as corrosion protection.

Die Ableiterfolie weist insgesamt eine Höhe von < 20 µm auf. Die Schichtstärke der Gasdiffusionsschicht ist mit < 10 µm möglichst gering, bevorzugt ist die Schicht 122 < 5 µm dünn, weiter bevorzugt ist die Schicht 122 < 2 µm dünn. Die sekundären Partikel weisen dabei einen Durchmesser auf, der wesentlich kleiner ist, als die Schichthöhe. Er liegt bevorzugt im Bereich von < 1 µm, weiter bevorzugt liegt der Durchmesser im Bereich < 500 nm. Die Porosität der Schicht 122 ist dabei > 20%, bevorzugt > 40%.The arrester foil has a total height of <20 µm. The layer thickness of the gas diffusion layer is as small as possible at <10 μm, the layer being preferred 122 <5 µm thin, the layer is more preferred 122 <2 µm thin. The secondary particles have a diameter that is significantly smaller than the layer height. It is preferably in the range of <1 μm, more preferably the diameter is in the range <500 nm. The porosity of the layer 122 is> 20%, preferably> 40%.

Die poröse Schicht 122 weist eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit, offene, durchgängige Poren, eine Höhe von mindestens 2 µm, mechanische Stabilität, eine Oxidationsstabilität im Bereich 3 V bis 5 V gegen Lithium, keine Löslichkeit im Elektrolyten der Batterie auf und ist chemisch inert.The porous layer 122 has sufficient electrical conductivity, open, continuous pores, a height of at least 2 µm, mechanical stability, oxidation stability in the range 3 V to 5 V against lithium, no solubility in the electrolyte of the battery and is chemically inert.

Die Partikel können beispielsweise aus kohlenstoffbasierten Materialien, wie Graphit oder Carbon black, leitfähigen Oxiden, wie SnO2 und/oder korrosionsstabilen Metallen, wie Titan bestehen. Der Binder kann beispielsweise aus PVDF oder Zellulose sein.The particles can consist, for example, of carbon-based materials such as graphite or carbon black, conductive oxides such as SnO2 and / or corrosion-stable metals such as titanium. The binder can be made of PVDF or cellulose, for example.

Zum Herstellen der Gasdiffusionsschicht auf der Ableiterfolie können die Partikel zusammen mit einem Bindermaterial in einem Lösemittel gelöst werden. Die Suspension kann flächig auf den Ableiter 112 aufgebracht werden und das Lösemittel kann anschließend verdampft werden. Um die Offenporigkeit zu verbessern können Hilfsstoffe, wie Fasern oder Partikel zugegeben werden, die als Porenbildner bezeichnet werden. Die Hilfsstoffe können in einem anschließenden Ausheizschritt entfernt werden.To produce the gas diffusion layer on the conductor foil, the particles can be dissolved in a solvent together with a binder material. The suspension can be flat on the arrester 112 applied and the solvent can then be evaporated. In order to improve the open porosity, auxiliary substances such as fibers or particles can be added, which are referred to as pore formers. The auxiliary substances can be removed in a subsequent baking step.

Das Kathodenkomposit aus Kathodenpartikeln 114 aus beispielsweise LFP, NCA oder NCM, Polymerelektrolyt 116 und Leitruß kann beispielsweise flüssigprozessiert oder trockenprozessiert auf die strukturierte Ableiterfolie aufgebracht werden. Bei dem Flüssigprozess sind die Kompositmaterialien in einem Lösemittel verflüssigt. Die Suspension wird auf die Ableiterfolie aufgebracht und das Lösemittel wird verdampft. Damit die Suspension bzw. die spätere Kathode nicht die Poren 124 eindringen und verstopft, können die Poren 122 gering dimensioniert oder speziell beschichtet werden. Die Poren 124 können beispielsweise mit PTFE beschichtet werden, wodurch die Poren 124 innen nicht mit dem Lösemittel benetzt werden können. Bei dem Trockenprozess wird das Kathodenkomposit ohne Lösemittel zu einer dünnen Folie verarbeitet. Diese Folie wird auf die beschichtete Ableiterfolie auflaminiert. Ein Verstopfen der Poren 124 ist dadurch nahezu ausgeschlossen.The cathode composite made of cathode particles 114 for example from LFP, NCA or NCM, polymer electrolyte 116 and conductive carbon black can, for example, be liquid-processed or dry-processed on the structured conductor foil. In the liquid process, the composite materials are liquefied in a solvent. The suspension is applied to the discharge foil and the solvent is evaporated. So that the suspension or the future cathode does not cover the pores 124 can penetrate and clog the pores 122 small dimensions or specially coated. The pores 124 can be coated with PTFE, for example, which creates the pores 124 cannot be wetted inside with the solvent. In the drying process, the cathode composite is processed into a thin film without solvent. This film is laminated onto the coated arrester film. Clogging of the pores 124 is almost impossible.

Durch eine Formierung (Predischarge) vor dem ersten Laden kann effektiv ein Gehalt an Verunreinigungen in der Batterie verringert werden. Zum Formieren kann sich die Zelle 100 in einer offenen oder geschlossenen Pouchtüte (je nach Umgebungsbedingungen) befinden. Die Zelle 100 wird kontaktiert und das Potential an der Kathode wird verringert. Dadurch werden unter Anderem bestimmte Spezies, wie Wasser oder Lösemittelmoleküle in der Batterie reduziert. Beim Formieren entstehen Gase, wie Wasserstoff, die aufgrund ihres großen Volumens durch die poröse Struktur aus der Zelle 100 geleitet werden. Die geschlossene Pouchtüte wird geöffnet, die Gase werden abgelassen, die Pouchtüte wird evakuiert und verschlossen. Die offene Pouchtüte wird evakuiert und verschlossen.A formation (predischarge) before the first charging can effectively reduce the content of impurities in the battery. The cell can be used to form 100 in an open or closed pouch (depending on the ambient conditions). The cell 100 is contacted and the potential at the cathode is reduced. This reduces certain species, such as water or solvent molecules in the battery. During the formation, gases, such as hydrogen, are emitted from the cell due to their large volume due to the porous structure 100 be directed. The closed pouch is opened, the gases are released, the pouch is evacuated and closed. The open pouch is evacuated and closed.

Abschließend ist darauf hinzuweisen, dass Begriffe wie „aufweisend“, „umfassend“, etc. keine anderen Elemente oder Schritte ausschließen und Begriffe wie „eine“ oder „ein“ keine Vielzahl ausschließen. Bezugszeichen in den Ansprüchen sind nicht als Einschränkung anzusehen.In conclusion, it should be pointed out that terms such as "showing", "comprehensive", etc. do not exclude other elements or steps and terms such as "one" or "one" do not exclude a large number. Reference signs in the claims are not to be viewed as a restriction.

Claims (9)

Batteriezelle (102) mit zumindest einer elektrochemischen Zelle (100), die durch zwei, unter Verwendung eines Separators (106) aus Feststoffelektrolyt (118) elektrisch getrennte und chemisch wechselwirkende, als Anode (108) und Kathode (110) wirkende Elektroden (104) ausgebildet ist, wobei zumindest eine der Elektroden (104) auf der vom Separator (106) abgewandten Seite elektrisch leitend mit einem flächigen, elektrisch leitenden Ableiter (112) verbunden ist, wobei zwischen der Elektrode (104) und dem Ableiter (112) eine seitlich offene, elektrisch leitende, poröse Schicht (122) zum Ableiten von Gasen angeordnet ist.Battery cell (102) with at least one electrochemical cell (100), which is provided by two electrodes (104), which are electrically separated and chemically interact using a separator (106) made of solid electrolyte (118) and act as anode (108) and cathode (110) is formed, wherein at least one of the electrodes (104) on the side facing away from the separator (106) is electrically conductively connected to a flat, electrically conductive arrester (112), one laterally between the electrode (104) and the arrester (112) open, electrically conductive, porous layer (122) for discharging gases is arranged. Batteriezelle (102) gemäß Anspruch 1, bei der die poröse Schicht (122) bereichsweise zwischen der Elektrode (104) und dem Ableiter (112) ausgebildet ist, wobei angrenzend einen Bereich mit der porösen Schicht (122) zumindest ein Bereich ohne die poröse Schicht (122) angeordnet ist.Battery cell (102) according to Claim 1 , in which the porous layer (122) is formed in regions between the electrode (104) and the conductor (112), an area with the porous layer (122) being adjacent to at least one area without the porous layer (122). Batteriezelle (102) gemäß Anspruch 2, bei der die poröse Schicht (122) streifenweise ausgebildet ist.Battery cell (102) according to Claim 2 , in which the porous layer (122) is formed in strips. Batteriezelle (102) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der zumindest die poröse Schicht (122) eine Oberfläche aus einem Kohlenstoffmaterial aufweist.The battery cell (102) according to any one of the preceding claims, wherein at least the porous layer (122) has a surface made of a carbon material. Batteriezelle (102) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der die poröse Schicht (122) eine Dicke kleiner als 10 µm, insbesondere kleiner als 5 µm, insbesondere kleiner als 2 µm aufweist.Battery cell (102) according to one of the preceding claims, in which the porous layer (122) has a thickness of less than 10 µm, in particular less than 5 µm, in particular less than 2 µm. Batteriezelle (102) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Ableiter (112) eine Stärke kleiner als 20 µm aufweist.Battery cell (102) according to one of the preceding claims, in which the arrester (112) has a thickness of less than 20 µm. Batteriezelle (102) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, bei der der Ableiter (112) auf einer der Elektrode (104) gegenüberliegenden Seite mit einer weiteren Elektrode elektrisch leitend verbunden ist, wobei auf beiden Seiten des Ableiters (112) zwischen der Elektrode (104) und dem Ableiter (112) je eine seitlich offene poröse Schicht (122) angeordnet ist.Battery cell (102) according to one of the preceding claims, in which the conductor (112) is electrically conductively connected to a further electrode on a side opposite the electrode (104), wherein on both sides of the conductor (112) between the electrode (104) and a laterally open porous layer (122) is arranged on the arrester (112). Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle (102), mit zumindest einer elektrochemischen Zelle (100), die durch zwei, unter Verwendung eines Separators (106) elektrisch getrennte und chemisch wechselwirkende, als Anode (108) und Kathode (110) bezeichnete Elektroden (104) aufgebaut wird, wobei zumindest eine der Elektroden (104) auf der vom Separator (106) abgewandten Seite elektrisch leitend mit einem flächigen, elektrisch leitenden Ableiter (112) verbunden wird, und zwischen der Elektrode (104) und dem Ableiter (112) zumindest eine seitlich offene, elektrisch leitende, poröse Schicht (122) zum Ableiten von Gasen angeordnet wird, wobei die Batteriezelle (102) unter Verwendung eines Formierungsprozesses formiert wird, unter Verwendung der porösen Schicht (122) entgast wird und eine Umhüllung der Batteriezelle (102) nach dem Entgasen fluiddicht versiegelt wird.A method of manufacturing a battery cell (102), comprising at least one electrochemical cell (100) by two, using one Separators (106) are electrically separated and chemically interacting electrodes (104) designated as anode (108) and cathode (110), at least one of the electrodes (104) on the side facing away from the separator (106) being electrically conductive with a flat surface , electrically conductive arrester (112) is connected, and at least one laterally open, electrically conductive, porous layer (122) for discharging gases is arranged between the electrode (104) and the arrester (112), the battery cell (102) below Is formed using a forming process, is degassed using the porous layer (122) and an envelope of the battery cell (102) is sealed in a fluid-tight manner after degassing. Verfahren gemäß Anspruch 8, bei dem die poröse Schicht (122) durch ein Beschichten des Ableiters (112) ausgebildet wird, wobei der Ableiter (112) mit einem Schichtmaterial (126) und einem Porenbildnermaterial beschichtet wird und das Porenbildnermaterial anschließend entfernt wird.Procedure according to Claim 8 , in which the porous layer (122) is formed by coating the arrester (112), the arrester (112) being coated with a layer material (126) and a pore former material and the pore former material being subsequently removed.
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