DE102020118846A1 - battery cell and battery module - Google Patents

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Abstract

Es wird eine Batteriezelle (12) beschrieben, die ein Batteriezellengehäuse (16) umfasst, in dem galvanische Komponenten der Batteriezelle (12) angeordnet sind. Dabei ist zwischen den galvanischen Komponenten und dem Batteriezellengehäuse (16) zumindest abschnittsweise eine Sicherheitsschicht (26) zum Schutz einer Umgebung der Batteriezelle (12) vor den Auswirkungen einer Fehlfunktion zumindest einer der galvanischen Komponenten vorgesehen. Zudem wird ein Batteriemodul erläutert, das zumindest zwei solche Batteriezellen (12) aufweist, wobei die Sicherheitsschicht (26) jeder Batteriezelle (12) dazu ausgebildet ist, die jeweils andere Batteriezelle (12) vor den Auswirkungen einer Fehlfunktion zumindest einer der galvanischen Komponenten der Batteriezelle (12) zu schützen.A battery cell (12) is described which comprises a battery cell housing (16) in which galvanic components of the battery cell (12) are arranged. A safety layer (26) is provided at least in sections between the galvanic components and the battery cell housing (16) to protect the area surrounding the battery cell (12) from the effects of a malfunction of at least one of the galvanic components. In addition, a battery module is explained that has at least two such battery cells (12), the safety layer (26) of each battery cell (12) being designed to protect the respective other battery cell (12) from the effects of a malfunction of at least one of the galvanic components of the battery cell (12) to protect.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle, die ein Batteriezellengehäuse aufweist, in dem galvanische Komponenten der Batteriezelle angeordnet sind.The invention relates to a battery cell that has a battery cell housing in which galvanic components of the battery cell are arranged.

Ferner betrifft die Erfindung ein Batteriemodul mit zumindest zwei solchen Batteriezellen.Furthermore, the invention relates to a battery module with at least two such battery cells.

Derartige Batteriezellen und damit versehene Batteriemodule sind aus dem Stand der Technik bekannt. Dabei wird unter einer Batteriezelle üblicherweise die kleinste, eine einzelne galvanische Zelle zur Umwandlung von chemischer in elektrische Energie umfassende Baueinheit eines Batteriemoduls verstanden.Such battery cells and battery modules provided with them are known from the prior art. A battery cell is usually understood to mean the smallest structural unit of a battery module, comprising a single galvanic cell for converting chemical energy into electrical energy.

Batteriemodule und zugehörige Batteriezellen weisen insbesondere im geladenen Zustand eine hohe Energiedichte auf.Battery modules and associated battery cells have a high energy density, especially when charged.

Daher bestehen hohe Anforderungen an die Sicherheit und Zuverlässigkeit der Batteriezellen. Insbesondere soll ein sogenanntes thermisches Durchgehen (Englisch: thermal run away) zuverlässig verhindert werden. Beim thermischen Durchgehen erwärmt sich die Batteriezelle über die übliche Betriebstemperatur hinaus, bis ihre Komponenten beginnen, sich zu zersetzen. Diese Zersetzungsreaktion erzeugt zusätzliche Wärme, sodass zunehmend auch weitere, sich erst bei höheren Temperaturen zersetzende Bestandteile der Batteriezelle angegriffen werden können.Therefore, there are high demands on the safety and reliability of the battery cells. In particular, a so-called thermal run away should be reliably prevented. In thermal runaway, the battery cell heats up above its normal operating temperature until its components begin to degrade. This decomposition reaction generates additional heat, so that other components of the battery cell that only decompose at higher temperatures can also be attacked.

In vielen Anwendungen werden mehrere Batteriezellen zu Batteriemodulen miteinander verbunden. In solchen Batteriemodulen kann bereits eine einzelne beschädigte Batteriezelle so viel Wärme erzeugen, dass auch benachbarte Batteriezellen beschädigt werden und beginnen, sich zu zersetzen.In many applications, several battery cells are connected to form battery modules. In such battery modules, even a single damaged battery cell can generate so much heat that neighboring battery cells are also damaged and begin to decompose.

Auslöser für ein thermisches Durchgehen sind beispielsweise mechanische Beschädigungen oder innere Kurzschlüsse der Batteriezelle.Triggers for a thermal runaway are, for example, mechanical damage or internal short circuits in the battery cell.

Dieser Problematik kann bisher auf zwei Arten begegnet werden. Einerseits können die einzelnen Batteriezellen eines Batteriemoduls thermisch voneinander isoliert werden. Somit wird verhindert, dass ein Defekt einer Batteriezelle thermisch so auf eine benachbarte Batteriezelle einwirkt, dass diese ebenfalls thermisch durchgeht. Andererseits kann eine maximal erreichbare Energiedichte eines Batteriemoduls unterhalb eines gewissen Grenzwerts gehalten werden. Das geht unter anderem mit einem verhältnismäßig großen Abstand zwischen den einzelnen Batteriezellen einher. Auch so können die Auswirkungen einer defekten Batteriezelle auf benachbarte Batteriezellen zumindest reduziert werden.So far, this problem can be addressed in two ways. On the one hand, the individual battery cells of a battery module can be thermally insulated from one another. This prevents a defect in a battery cell from having a thermal effect on an adjacent battery cell in such a way that it also thermally runs away. On the other hand, a maximum achievable energy density of a battery module can be kept below a certain limit value. This is accompanied, among other things, by a relatively large distance between the individual battery cells. In this way, too, the effects of a defective battery cell on neighboring battery cells can at least be reduced.

Beide Alternativen führen jedoch dazu, dass das Batteriemodul im Verhältnis zur speicherbaren Energie groß baut. Das ist jedoch unerwünscht. In den meisten Anwendungsfällen werden kompakte Batteriemodule bevorzugt.However, both alternatives mean that the battery module is large in relation to the energy that can be stored. However, this is undesirable. Compact battery modules are preferred in most applications.

Die Aufgabe der Erfindung besteht somit darin, bekannte Batteriezellen und Batteriemodule weiter zu verbessern. Dabei sollen insbesondere Batteriezellen geschaffen werden, die gegenüber dem thermischen Durchgehen eine hohe Sicherheit aufweisen und gleichzeitig dicht gepackt werden können. Es soll also innerhalb eines Batteriemoduls eine hohe Energiedichte realisiert werden können.The object of the invention is therefore to further improve known battery cells and battery modules. In particular, battery cells are to be created that have a high level of safety against thermal runaway and at the same time can be packed tightly. It should therefore be possible to realize a high energy density within a battery module.

Die Aufgabe wird durch eine Batteriezelle der eingangs genannten Art gelöst, bei der zwischen den galvanischen Komponenten und dem Batteriezellengehäuse zumindest abschnittsweise eine Sicherheitsschicht zum Schutz einer Umgebung der Batteriezelle vor den Auswirkungen einer Fehlfunktion zumindest einer der galvanischen Komponenten vorgesehen ist. Insbesondere dient die Sicherheitsschicht dem Schutz der Umgebung vor den Auswirkungen eines thermischen Durchgehens der Batteriezelle.The object is achieved by a battery cell of the type mentioned at the outset, in which a safety layer is provided at least in sections between the galvanic components and the battery cell housing to protect the surroundings of the battery cell from the effects of a malfunction of at least one of the galvanic components. In particular, the safety layer serves to protect the environment from the effects of a thermal runaway of the battery cell.

Dabei sind in der Umgebung der Batteriezelle insbesondere weitere Batteriezellen vorhanden, wenn die Batteriezelle in einem Batteriemodul verwendet wird.In this case, in particular, further battery cells are present in the vicinity of the battery cell if the battery cell is used in a battery module.

Die galvanischen Komponenten umfassen in diesem Zusammenhang Elektroden, Separator und Elektrolyt der Batteriezelle. Durch die Sicherheitsschicht wird die aus einer Fehlfunktion zumindest einer der galvanischen Komponenten resultierende Zersetzungsreaktion innerhalb der betroffenen Batteriezelle gehalten. Somit werden die Auswirkungen dieses Phänomens auf benachbarte Batteriezellen reduziert, wenn nicht gänzlich unterbunden.In this context, the galvanic components include electrodes, separator and electrolyte of the battery cell. The decomposition reaction resulting from a malfunction of at least one of the galvanic components is kept within the affected battery cell by the safety layer. Thus, the effects of this phenomenon on neighboring battery cells are reduced, if not eliminated entirely.

Zum Beispiel ist die Sicherheitssicht verhältnismäßig dünn, beansprucht also nur einen vergleichsweise kleinen Bauraum. Eine solche Batteriezelle ist folglich besonders sicher und zudem dazu geeignet, dicht gepackt zu werden.For example, the safety view is relatively thin, so it only takes up a comparatively small amount of space. Such a battery cell is consequently particularly safe and also suitable for being packed tightly.

Bei der Sicherheitsschicht handelt es sich insbesondere um ein vom Batteriezellengehäuse separates Bauteil.The safety layer is in particular a component that is separate from the battery cell housing.

Beispielsweise steht die Sicherheitsschicht in Kontakt mit wenigstens einer der galvanischen Komponenten.For example, the security layer is in contact with at least one of the galvanic components.

Das Batteriezellengehäuse ist vorzugsweise aus einem Metallwerkstoff hergestellt, insbesondere aus einem Aluminiumwerkstoff. Dabei kann das Batteriezellengehäuse im Wesentlichen steif sein oder eine gewisse Formflexibilität aufweisen. Im zweiten Fall kann das Gehäuse im Wesentlichen aus einer Metallfolie gebildet sein. Beide Varianten haben sich im Stand der Technik bewährt.The battery cell housing is preferably made from a metal material, in particular from an aluminum material. The battery cell housing can be essentially rigid or have a certain flexibility in terms of shape. In the second case, the housing can essentially be formed from a metal foil. Both variants have proven themselves in the prior art.

Gemäß einer Ausführungsform ist die Sicherheitsschicht aus einem Metallwerkstoff oder einem hitzeresistenten Polymerwerkstoff gebildet. Insbesondere ist die Sicherheitsschicht aus einem Edelstahlwerkstoff gebildet (im Bereich der Batterietechnik häufig mittels SUS abgekürzt). Sowohl mittels Metallwerkstoffen als auch mittels hitzeresistenten Polymerwerkstoffen kann eine aus dem thermischen Durchgehen resultierende Zersetzungsreaktion zuverlässig innerhalb der betroffenen Batteriezelle gehalten werden. Dabei ist es insbesondere vorteilhaft, wenn Metallwerkstoffe oder hitzeresistente Polymerwerkstoffe mit verhältnismäßig hohen Schmelztemperaturen eingesetzt werden. In diesem Zusammenhang weist insbesondere Edelstahl eine vergleichsweise hohe Schmelztemperatur auf. Darüber hinaus hat Edelstahl eine hohe Wärmeleitfähigkeit, sodass eine daraus gebildete Sicherheitsschicht eine Kühlung der galvanischen Komponenten der Batteriezelle nicht behindert. Es kann also auch durch die Sicherheitsschicht hindurch Wärme aus einer beschädigten Batteriezelle abgeleitet werden. Ferner kann durch die Verwendung einer Sicherheitsschicht aus einem Edelstahlwerkstoff das Risiko einer Selbstentladung der Batteriezelle reduziert werden.According to one embodiment, the security layer is formed from a metal material or a heat-resistant polymer material. In particular, the safety layer is formed from a stainless steel material (often abbreviated to SUS in the field of battery technology). A decomposition reaction resulting from the thermal runaway can be reliably kept within the affected battery cell both by means of metal materials and by means of heat-resistant polymer materials. In this context, it is particularly advantageous if metal materials or heat-resistant polymer materials with relatively high melting temperatures are used. In this context, stainless steel in particular has a comparatively high melting point. In addition, stainless steel has a high thermal conductivity, so that a safety layer formed from it does not prevent cooling of the galvanic components of the battery cell. Heat can therefore also be dissipated from a damaged battery cell through the safety layer. Furthermore, the risk of the battery cell self-discharging can be reduced by using a safety layer made of a stainless steel material.

Zudem kann die Sicherheitsschicht durch eine Folie gebildet sein, die um die galvanischen Komponenten gelegt ist. Insbesondere ist die Folie um die galvanischen Komponenten gewickelt.In addition, the security layer can be formed by a film that is placed around the galvanic components. In particular, the foil is wrapped around the galvanic components.

Für den Fall, dass die Sicherheitsschicht aus einer Folie aus Edelstahlwerkstoff gebildet ist, kann diese eine Dicke von 0,1 mm bis 0,3 mm, insbesondere von 0,2 mm, aufweisen.If the security layer is formed from a foil made of stainless steel material, it can have a thickness of 0.1 mm to 0.3 mm, in particular 0.2 mm.

Zum Beispiel ist die Folie dabei nicht an den galvanischen Komponenten befestigt. Darüber hinaus ist mit dem Legen oder Wickeln der Folie auch keine Befestigung der Folie an sich selbst impliziert. In diesem Zusammenhang soll insbesondere auf eine Verschweißung der Folie verzichtet werden. Dadurch ist das Legen oder Wickeln der Sicherheitsschicht vergleichsweise einfach und kann schnell erfolgen. Auch ist der von einer solchen Folie beanspruchte Bauraum äußerst klein, wenn nicht vernachlässigbar. Dadurch baut die Batteriezelle verhältnismäßig kompakt.For example, the foil is not attached to the galvanic components. In addition, laying or wrapping the film does not imply attachment of the film to itself either. In this context, welding of the film should in particular be dispensed with. As a result, the laying or winding of the security layer is comparatively simple and can be done quickly. The installation space required by such a film is also extremely small, if not negligible. As a result, the battery cell is relatively compact.

Ferner kann zwischen der Sicherheitsschicht und dem Batteriezellengehäuse eine Isolationsschicht zur elektrischen Isolation der Sicherheitsschicht vom Batteriezellengehäuse angeordnet sein. Insbesondere ist die Isolationsschicht gewickelt. Bevorzugt ist die Sicherheitsschicht aus einem Kunststoffmaterial hergestellt, zum Beispiel aus einer Polyesterfolie. Durch die Isolationsschicht wird eine elektrische Wechselwirkung der Sicherheitsschicht mit dem Batteriezellengehäuse verhindert. Insbesondere wird dabei das Auftreten von Kontaktkorrosion unterbunden.Furthermore, an insulating layer for electrical insulation of the safety layer from the battery cell housing can be arranged between the safety layer and the battery cell housing. In particular, the insulation layer is wound. The security layer is preferably made of a plastic material, for example a polyester film. Electrical interaction of the safety layer with the battery cell housing is prevented by the insulating layer. In particular, the occurrence of contact corrosion is prevented.

Gemäß einer Variante umgibt die Sicherheitsschicht die galvanischen Komponenten unvollständig. Dadurch ist eine Öffnung in der Sicherheitsschicht gebildet. Für den Fall, dass also während des thermischen Durchgehens gasförmige Reaktionsprodukte entstehen, können diese durch die Öffnung gezielt aus der Batteriezelle austreten. Dabei ist die Öffnung innerhalb der Batteriezelle bevorzugt in einem unkritischen Bereich angeordnet, also in einem Bereich an dem durch den möglichen Gasaustritt ein kleinstmöglicher Schaden zu erwarten ist.According to a variant, the security layer incompletely surrounds the galvanic components. This forms an opening in the security layer. In the event that gaseous reaction products are formed during the thermal runaway, these can specifically escape from the battery cell through the opening. In this case, the opening within the battery cell is preferably arranged in a non-critical area, ie in an area where the least possible damage is to be expected from the possible escape of gas.

Alternativ umgibt die Sicherheitsschicht die galvanischen Komponenten allseitig. Es ist also keine Öffnung vorgesehen. Dennoch kann die Sicherheitsschicht eine vordefinierte Schwachstelle aufweisen, sodass sie dort kontrolliert aufbrechen kann, wenn ein Druck innerhalb der Batteriezelle ein gewisses Maß übersteigt.Alternatively, the safety layer surrounds the galvanic components on all sides. So there is no opening provided. Nevertheless, the safety layer can have a predefined weak point, so that it can break open there in a controlled manner if the pressure inside the battery cell exceeds a certain level.

In einer Ausführungsform steht die Sicherheitsschicht mit einem Elektrolyt in Kontakt. Die Sicherheitsschicht umgibt also die galvanischen Komponenten direkt. Insbesondere ist keine Zwischenschicht zwischen der Sicherheitsschicht und den galvanischen Komponenten vorgesehen.In one embodiment, the security layer is in contact with an electrolyte. The security layer thus surrounds the galvanic components directly. In particular, no intermediate layer is provided between the security layer and the galvanic components.

Vorzugsweise ist die Batteriezelle eine Lithiumionenzelle. Derartige Batteriezellen haben sich im Stand der Technik bewährt. Sie werden insbesondere in Traktionsbatterien von Fahrzeugen verwendet.Preferably the battery cell is a lithium ion cell. Such battery cells have proven themselves in the prior art. They are used in particular in traction batteries in vehicles.

Insbesondere handelt es sich bei der Batteriezelle um eine wiederaufladbare Batteriezelle (Sekundärzelle).In particular, the battery cell is a rechargeable battery cell (secondary cell).

Eine erfindungsgemäße Batteriezelle kann hergestellt werden, indem zunächst die Elektroden und der Separator mittels eines beliebigen Verfahrens zu einer Unterbaugruppe verarbeitet werden. Dies kann mittels eines Falt-, Wickel- oder Stapelprozesses erfolgen. Danach wird diese Unterbaugruppe mit der Sicherheitsschicht versehen, es wird also beispielsweise eine die Sicherheitsschicht bildende Folie um diese Unterbaugruppe gelegt. Im Folgenden wird die mit der Sicherheitsschicht versehene Unterbaugruppe in einem Batteriezellengehäuse angeordnet. Das Befüllen mit Elektrolyt kann dabei vor oder nach dem Anbringen der Sicherheitsschicht erfolgen.A battery cell according to the present invention can be manufactured by first fabricating the electrodes and separator into a subassembly by any method. This can be done using a folding, wrapping or stacking process. This subassembly is then provided with the security layer, ie a film forming the security layer is placed around this subassembly, for example. The following is the verse with the security layer hene subassembly arranged in a battery cell housing. The filling with electrolyte can take place before or after the security layer is applied.

Ferner wird die Aufgabe durch ein Batteriemodul der eingangs genannten Art gelöst, das zumindest zwei erfindungsgemäße Batteriezellen umfasst, wobei die Sicherheitsschicht jeder Batteriezelle dazu ausgebildet ist, die jeweils andere Batteriezelle vor den Auswirkungen einer Fehlfunktion zumindest einer der galvanischen Komponenten der Batteriezelle zu schützen. Ein solches Batteriemodul ist hinsichtlich des thermischen Durchgehens der Batteriezellen besonders sicher. Gleichzeitig ist es verhältnismäßig kompakt aufgebaut. Im Übrigen ergeben sich die bereits hinsichtlich der Batteriezelle erläuterten Vorteile in gleicher Weise für das Batteriemodul und umgekehrt.The object is also achieved by a battery module of the type mentioned at the outset, which comprises at least two battery cells according to the invention, the safety layer of each battery cell being designed to protect the respective other battery cell from the effects of a malfunction of at least one of the galvanic components of the battery cell. Such a battery module is particularly safe with regard to the thermal runaway of the battery cells. At the same time, it is relatively compact. Otherwise, the advantages already explained with regard to the battery cell result in the same way for the battery module and vice versa.

Dabei kann die Sicherheitsschicht jeder Batteriezelle die jeweiligen galvanischen Komponenten unvollständig umgeben. Dadurch kann in jeder Batteriezelle eine Öffnung in der Sicherheitsschicht gebildet sein, wobei die Öffnung jeder Batteriezelle von der jeweils anderen Batteriezelle abgewandt ist. Die Öffnung ist also insbesondere nicht auf die andere Batteriezelle gerichtet. Beispielsweise sind innerhalb des Batteriemoduls mehrere Batteriezellen in einer in Einbaulage horizontalen Richtung nebeneinander angeordnet. Die Öffnungen sind dann vorzugsweise alle nach oben ausgerichtet. Dadurch ergibt sich eine hohe Sicherheit des Batteriemoduls gegenüber dem thermischen Durchgehen einzelner Batteriezellen. Darüber hinaus kann das Batteriemodul sehr kompakt aufgebaut werden.The safety layer of each battery cell can incompletely surround the respective galvanic components. As a result, an opening can be formed in the safety layer in each battery cell, with the opening of each battery cell facing away from the other battery cell. In particular, the opening is therefore not directed towards the other battery cell. For example, within the battery module, a plurality of battery cells are arranged next to one another in a direction that is horizontal in the installed position. The openings are then preferably all aligned upwards. This results in a high level of safety for the battery module in relation to the thermal runaway of individual battery cells. In addition, the battery module can be very compact.

Das Batteriemodul ist insbesondere für eine Verwendung in einem Traktionsbatteriesystem eines Kraftfahrzeugs vorgesehen.The battery module is intended in particular for use in a traction battery system of a motor vehicle.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, das in den beigefügten Zeichnungen gezeigt ist. Es zeigen:

  • - 1 ein erfindungsgemäßes Batteriemodul mit mehreren erfindungsgemäßen Batteriezellen in einer schematischen Seitenansicht,
  • - 2 eine erfindungsgemäße Batteriezelle in einer isolierten Darstellung in einer Ansicht entlang der Richtung II in 1, und
  • - 3 die Batteriezelle aus 2 in einer entlang der Line III-III geschnittenen Darstellung.
The invention is explained below by means of an exemplary embodiment which is shown in the accompanying drawings. Show it:
  • - 1 a battery module according to the invention with several battery cells according to the invention in a schematic side view,
  • - 2 a battery cell according to the invention in an isolated representation in a view along the direction II in 1 , and
  • - 3 the battery cell off 2 in a representation sectioned along line III-III.

1 zeigt ein Batteriemodul 10, in dem exemplarisch drei Batteriezellen 12 entlang einer Aufreihungsrichtung 14 nebeneinander angeordnet sind. 1 shows a battery module 10 in which, by way of example, three battery cells 12 are arranged next to one another along a line-up direction 14 .

Alle drei Batteriezellen 12 sind als Lithiumionenzellen ausgebildet.All three battery cells 12 are designed as lithium-ion cells.

In den 2 und 3 ist eine der Batteriezellen 12 im Detail dargestellt.In the 2 and 3 one of the battery cells 12 is shown in detail.

Sie umfasst ein Batteriezellengehäuse 16, das in der dargestellten Ausführungsform aus einem Aluminiumwerkstoff hergestellt ist.It comprises a battery cell housing 16 which, in the illustrated embodiment, is made from an aluminum material.

Innerhalb des Batteriezellengehäuses 16 sind eine Anode 18 und eine Kathode 20 angeordnet.An anode 18 and a cathode 20 are arranged within the battery cell housing 16 .

Zwischen der Anode 18 und der Kathode 20 liegt ein Separator 22.A separator 22 is located between the anode 18 and the cathode 20.

Dabei sind die Anode 18, die Kathode 20 und der Separator 22 jeweils im Wesentlichen eben und aufeinander gestapelt. Es handelt sich bei der Batteriezelle 12 also um eine sogenannte Flachzelle.The anode 18, the cathode 20 and the separator 22 are each essentially flat and stacked on top of one another. The battery cell 12 is therefore a so-called flat cell.

Darüber hinaus ist die Batteriezelle 12 mit einem Elektrolyt 24 befüllt, das die Anode18, die Kathode 20 und den Separator 22 umgibt.In addition, the battery cell 12 is filled with an electrolyte 24 which surrounds the anode 18 , the cathode 20 and the separator 22 .

Die Anode 18, die Kathode 20, der Separator 22 und der Elektrolyt 24 sind die galvanischen Komponenten der Batteriezelle 12.The anode 18, the cathode 20, the separator 22 and the electrolyte 24 are the galvanic components of the battery cell 12.

Um diese herum ist eine Sicherheitsschicht 26 in Form einer Folie aus Edelstahlwerkstoff gelegt, die dazu dient, eine Umgebung der Batteriezelle 12 vor den Auswirkungen einer Fehlfunktion zumindest einer der galvanischen Komponenten zu schützen. Das gilt in besonderem Maße für das thermische Durchgehen der Batteriezelle 12.A safety layer 26 in the form of a foil made of high-grade steel material is placed around this, which serves to protect the area surrounding the battery cell 12 from the effects of a malfunction of at least one of the galvanic components. This applies in particular to the thermal runaway of the battery cell 12.

Die Sicherheitsschicht 26 wird dabei vom Elektrolyt 24 berührt bzw. steht in Kontakt mit dem Elektrolyt 24 und/oder anderen der galvanischen Komponenten.The safety layer 26 is touched by the electrolyte 24 or is in contact with the electrolyte 24 and/or other of the galvanic components.

Zur Umgebung gehören insbesondere die übrigen Batteriezellen 12 des Batteriemoduls 10.The environment includes, in particular, the remaining battery cells 12 of the battery module 10.

Die Sicherheitsschicht 26 kann dabei gemäß zweier Alternativen ausgebildet sein.The security layer 26 can be formed according to two alternatives.

In einer ersten Alternative umgibt sie die galvanischen Komponenten allseitig.In a first alternative, it surrounds the galvanic components on all sides.

Für den Fall, dass die Batteriezelle 12 thermisch durchgeht, wird dann eine zugehörige Zersetzungsreaktion aufgrund der hohen Schmelztemperatur und der hohen chemischen Inertheit des Edelstahlwerkstoffs innerhalb der betroffenen Batteriezelle 12 gehalten.In the event that the battery cell 12 thermally runs away, an associated decomposition reaction is then sustained within the affected battery cell 12 due to the high melting temperature and high chemical inertness of the stainless steel material.

Gleichzeitig kann aufgrund der guten Wärmeleitfähigkeit des Edelstahlwerkstoffs auch durch die Sicherheitsschicht 26 hindurch Wärme aus der Batteriezelle 12 abgeführt werden. Hierfür wird beispielsweise ein nicht näher dargestelltes Kühlsystem des Batteriemoduls 10 genutzt.At the same time, due to the good thermal conductivity of the stainless steel material heat can be dissipated from the battery cell 12 through the safety layer 26 . A cooling system of the battery module 10 (not shown in detail) is used for this purpose, for example.

Folglich werden die übrigen Batteriezellen 12 des Batteriemoduls 10 vor den Auswirkungen des thermischen Durchgehens geschützt.Consequently, the remaining battery cells 12 of the battery module 10 are protected from the effects of thermal runaway.

In einer zweiten Alternative umgibt die Sicherheitsschicht 26 die galvanischen Komponenten nur unvollständig, sodass in der Sicherheitsschicht 26 eine Öffnung 28 gebildet ist.In a second alternative, the security layer 26 only incompletely surrounds the galvanic components, so that an opening 28 is formed in the security layer 26 .

Das grundsätzliche Funktionsprinzip entspricht dabei der ersten Alternative, sodass auf die vorhergehenden Ausführungen verwiesen werden kann.The basic functional principle corresponds to the first alternative, so that reference can be made to the previous statements.

Die Öffnung 28 ist für den Fall vorgesehen, dass bei einer aus dem thermischen Durchgehen resultierenden Reaktion gasförmige Reaktionsprodukte entstehen. Diese können dann durch die Öffnung 28 hindurch gerichtet in eine Umgebung der Batteriezelle 12 abgeleitet werden.The opening 28 is provided in the event that gaseous reaction products are formed during a reaction resulting from the thermal runaway. These can then be directed through the opening 28 and discharged into an area surrounding the battery cell 12 .

Dabei ist die Öffnung 28 der Batteriezellen 12 vorteilhafterweise so angeordnet, dass sie von weiteren Batteriezellen 12 in ihrer Umgebung, beispielsweise innerhalb desselben Batteriemoduls 10, abgewandt ist. Das möglicherweise austretende gasförmige Reaktionsprodukt wird also nicht auf benachbarte Batteriezellen 12 geleitet.The opening 28 of the battery cells 12 is advantageously arranged in such a way that it faces away from other battery cells 12 in its vicinity, for example within the same battery module 10 . The gaseous reaction product that may emerge is therefore not conducted to neighboring battery cells 12 .

Es versteht sich dabei, dass die optionale Öffnung 28 in der 3 lediglich exemplarisch eingezeichnet ist. Sie kann an jeder anderen geeigneten Stelle innerhalb der Sicherheitsschicht 26 vorgesehen sein.It goes without saying that the optional opening 28 in the 3 is only shown as an example. It can be provided at any other suitable location within the security layer 26 .

Um elektrische Wechselwirkungen zwischen der Sicherheitsschicht 26 und dem Batteriezellengehäuse 16 zu vermeiden, sind diese mittels einer Isolationsschicht 30 voneinander elektrisch isoliert.In order to avoid electrical interactions between the safety layer 26 and the battery cell housing 16, these are electrically insulated from one another by means of an insulating layer 30.

Nach innen, d.h. in Richtung der galvanischen Komponenten der Batteriezelle 12 steht die Sicherheitsschicht 26 mit dem Elektrolyt 24 in Kontakt.Inwards, i.e. in the direction of the galvanic components of the battery cell 12, the safety layer 26 is in contact with the electrolyte 24.

Die vorstehenden Erläuterungen betreffen Flachzellen, die mittels eines Stapelverfahrens hergestellt sind. Es versteht sich jedoch, dass die Sicherheitsschicht 26 unabhängig von der Herstellung und der Erscheinungsform der Batteriezellen 12 verwendet werden kann. Insbesondere kann die Sicherheitsschicht 26 auch bei runden Batteriezellen und/oder bei durch Wickeln hergestellten Batteriezellen verwendet werden.The above explanations relate to flat cells that are produced using a stacking process. However, it should be understood that the security layer 26 can be used regardless of the manufacture and appearance of the battery cells 12 . In particular, the safety layer 26 can also be used with round battery cells and/or with battery cells produced by winding.

Claims (10)

Batteriezelle (12), mit einem Batteriezellengehäuse (16), in dem galvanische Komponenten der Batteriezelle (12) angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den galvanischen Komponenten und dem Batteriezellengehäuse (16) zumindest abschnittsweise eine Sicherheitsschicht (26) zum Schutz einer Umgebung der Batteriezelle (12) vor den Auswirkungen einer Fehlfunktion zumindest einer der galvanischen Komponenten vorgesehen ist.Battery cell (12) with a battery cell housing (16) in which galvanic components of the battery cell (12) are arranged, characterized in that between the galvanic components and the battery cell housing (16), at least in sections, a safety layer (26) for protecting an environment of the Battery cell (12) is provided against the effects of a malfunction at least one of the galvanic components. Batteriezelle (12) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsschicht (26) aus einem Metallwerkstoff oder einem hitzeresistenten Polymerwerkstoff gebildet ist, insbesondere wobei die Sicherheitsschicht (26) aus einem Edelstahlwerkstoff gebildet ist.Battery cell (12) after claim 1 , characterized in that the security layer (26) is formed from a metal material or a heat-resistant polymer material, in particular wherein the security layer (26) is formed from a stainless steel material. Batteriezelle (12) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsschicht (26) durch eine Folie gebildet ist, die um die galvanischen Komponenten gelegt, insbesondere gewickelt ist.Battery cell (12) after claim 1 or 2 , characterized in that the security layer (26) is formed by a film that is placed around the galvanic components, in particular wrapped. Batteriezelle (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Sicherheitsschicht (26) und dem Batteriezellengehäuse (16) eine Isolationsschicht (30) zur elektrischen Isolation der Sicherheitsschicht (26) vom Batteriezellengehäuse (16) angeordnet, insbesondere gewickelt, ist.Battery cell (12) according to one of the preceding claims, characterized in that between the safety layer (26) and the battery cell housing (16) there is an insulation layer (30) for electrical insulation of the safety layer (26) from the battery cell housing (16), in particular wound . Batteriezelle (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsschicht (26) die galvanischen Komponenten unvollständig umgibt und dadurch eine Öffnung (28) in der Sicherheitsschicht (26) gebildet ist.Battery cell (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the safety layer (26) incompletely surrounds the galvanic components and an opening (28) is formed in the safety layer (26) as a result. Batteriezelle (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsschicht (26) die galvanischen Komponenten allseitig umgibt.Battery cell (12) according to one of Claims 1 until 4 , characterized in that the security layer (26) surrounds the galvanic components on all sides. Batteriezelle (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsschicht (26) mit einem Elektrolyt (24) in Kontakt steht.Battery cell (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the safety layer (26) is in contact with an electrolyte (24). Batteriezelle (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (12) eine Lithiumionenzelle ist.Battery cell (12) according to one of the preceding claims, characterized in that the battery cell (12) is a lithium ion cell. Batteriemodul (10), gekennzeichnet durch zumindest zwei Batteriezellen (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Sicherheitsschicht (26) jeder Batteriezelle (12) dazu ausgebildet ist, die jeweils andere Batteriezelle (12) vor den Auswirkungen einer Fehlfunktion zumindest einer der galvanischen Komponenten der Batteriezelle (12) zu schützen.Battery module (10), characterized by at least two battery cells (12) according to one of the preceding claims, wherein the safety layer (26) of each battery cell (12) is designed to protect the respective other battery cell (12) from the effects of a malfunction of at least one to protect the galvanic components of the battery cell (12). Batteriemodul (10) nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Sicherheitsschicht (26) jeder Batteriezelle (12) die jeweiligen galvanischen Komponenten unvollständig umgibt und dadurch in jeder Batteriezelle (12) eine Öffnung (28) in der Sicherheitsschicht (26) gebildet ist, wobei die Öffnung (28) jeder Batteriezelle (12) von der jeweils anderen Batteriezelle (12) abgewandt ist.Battery module (10) after claim 9 , characterized in that the safety layer (26) of each battery cell (12) incompletely surrounds the respective galvanic components and as a result an opening (28) is formed in the safety layer (26) in each battery cell (12), the opening (28) of each Battery cell (12) is turned away from the other battery cell (12).
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