DE102021001212A1

DE102021001212A1 - Kollektorfolie für eine Anode und/oder eine Kathode einer Lithium-Ionen-Batterie, sowie Lithium-Ionen-Batterie

Info

Publication number: DE102021001212A1
Application number: DE102021001212.7A
Authority: DE
Inventors: Markus Frankenhauser; Franck Nicollet; Bernd Relovsky
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2021-03-08
Filing date: 2021-03-08
Publication date: 2021-04-22

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Kollektorfolie (18a, 18b) für eine Anode (14) und/oder eine Kathode (16) einer Lithium-Ionen Batterie (10) für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug (12), wobei die Kollektorfolie (18a, 18b) zum flächigen Anordnen an der Anode (14) und/oder der Kathode (16) ausgebildet ist und zumindest einen Ableiterbereich (20) aufweist, welcher zum Abführen von elektrischer Energie aus der Anode (14) und/oder der Kathode (16) ausgebildet ist, wobei die Kollektorfolie (18a, 18b) asymmetrisch ausgebildet ist, wobei die Asymmetrie in einer Höhenrichtung (x) der Kollektorfolie (18a, 18b) ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung eine Lithium-Ionen-Batterie (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Kollektorfolie für eine Anode und/oder eine Kathode einer Lithium-Ionen-Batterie für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff von Patentanspruch 1. Ferner betrifft die Erfindung eine Lithium-Ionen-Batterie.
Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt, dass beim Batterie-Schnellladen die Ladezeit mit der maximalen Temperatur in der Batterie zusammenhängt. Ein vordefiniertes Betriebsfenster regelt die sogenannte C-Rate während der Batterieaufladung abhängig von der maximalen Temperatur. Höhere Temperaturen führen dabei zu erhöhten Ladezeiten. Je größer die Verlustleistungen in den Kollektorfolien für die Anode und die Kathode, sogenannte Ohmsche Verluste, sind, desto höher steigen die resultierenden Temperaturen. Ferner ist bekannt, dass in einer Lithium-Ionen-Batterie die Anode und die Kathode mit Kollektorfolien umwickelt sind, um den Strom besser zu leiten.
Die Kollektorfolien haben gemäß dem Stand der Technik eine konstante Höhe, Länge und Breite. Unter der Annahme einer homogenen Stromdichte und eines linearen Stromabfalls entlang der Länge der Kollektoren steigt die Verlustleistung quadratisch mit der Länge. Zum einen führt es zur inhomogenen Verteilung der Verlustleistung entlang der Kollektorfolie und zum anderen zu hoher Verlustleistung an den Rändern.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Kollektorfolie sowie eine Lithium-Ionen-Batterie zu schaffen, mittels welchen eine Verlustleistung in der Kollektorfolie reduziert werden kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Kollektorfolie sowie durch eine Lithium-Ionen-Batterie gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Kollektorfolie für eine Anode und/oder eine Kathode einer Lithium-Ionen-Batterie für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug, wobei die Kollektorfolie zum flächigen Anordnen an der Anode und/oder der Kathode ausgebildet ist, und zumindest einen Ableiterbereich aufweist, welcher zum Abführen von elektrischer Energie aus der Anode und/oder der Kathode ausgebildet ist.
Es ist vorgesehen, dass die Kollektorfolie asymmetrisch ausgebildet ist, wobei die Asymmetrie in einer Höhenrichtung der Kollektorfolie ausgebildet ist.
Insbesondere weist die Kollektorfolie zusätzlich eine Breitenrichtung sowie eine Längenrichtung auf.
Insbesondere liegt die Kollektorfolie an der Anode und/oder an der Kathode auf beziehungsweise an, wobei die Höhenrichtung welche im Wesentlichen rechtwinklig zu der Auflagefläche ausgebildet ist. Diese Fläche ist insbesondere durch die Länge und die Breite der Kollektorfolie ausgebildet. Die Höhe erstreckt sich insbesondere im Wesentlichen rechtwinklig zu dieser Fläche.
Durch die Asymmetrie erfolgt eine Reduzierung der Verlustleistung in den Kollektorfolien der Batterie, da die Verlustleistung linear statt quadratisch mit der Länge ansteigt. Ferner kann eine Homogenisierung der Verlustleistung entlang der Kollektorfolien der Batteriezelle erreicht werden. Insbesondere sind dabei weniger Verluste an den Rändern zu verzeichnen. Ferner können eine Reduzierung der Temperaturinhomogenität in der Batteriezelle sowie eine Reduzierung der Ladezeit der Batterie beim Schnellladen realisiert werden.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist die Kollektorfolie in ihrer Höhenrichtung betrachtet keilförmig ausgebildet.
Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn die Kollektorfolie im Ableiterbereich eine doppelte Höhe aufweist gegenüber einer Höhe im Mittelbereich.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung eine Lithium-Ionen-Batterie für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug mit zumindest einer Anode, einer Kathode und einer Kollektorfolie nach dem vorhergehenden Aspekt an der Anode und/oder der Kathode.
Ein nochmals weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Kraftfahrzeug mit einer Lithium-Ionen-Batterie nach dem vorhergehenden Aspekt. Das Kraftfahrzeug ist insbesondere zumindest teilweise elektrisch betrieben ausgebildet.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnungen. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigen:

1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Lithium-Ionen-Batterie mit einer Ausführungsform einer Kollektorfolie; und
2 eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform von zwei Kollektorfolien.

In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.
1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Lithium-Ionen-Batterie 10 für ein rein schematisch dargestelltes Kraftfahrzeug 12. Die Lithium-Ionen-Batterie 10 weist insbesondere eine x-Richtung, eine y-Richtung sowie eine z-Richtung auf. Ferner ist insbesondere vorliegend gezeigt, dass die Lithium-Ionen-Batterie 10 eine Vielzahl von Anoden 14 sowie eine Vielzahl von Kathoden 16 aufweisen kann. Dies ist vorliegend rein beispielhaft und keinesfalls abschließend zu sehen. Die Lithium-Ionen-Batterie 10 kann auch mehr als die dargestellten Anoden 14 und Kathoden 16 aufweisen.
Insbesondere ist vorgesehen, dass eine jeweilige Anode eine Kollektorfolie 18a für die Anode 14 aufweist und eine jeweilige Kathode 16 eine Kollektorfolie 18b für die Kathode 16.
1 zeigt die entsprechenden Formen der Kollektorfolie 18a, 18b insbesondere gemäß dem Stand der Technik.
2 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform der Kollektorfolie 18a, 18b. Insbesondere sind die Kollektorfolien 18a, 18b für die Anode 14 sowie für die Kathode 16 gezeigt.
2 zeigt insbesondere, dass die Kollektorfolie 18a, 18b für die Anode 14 und/oder für die Kathode 16 der Lithium-Ionen-Batterie 10 ausgebildet ist. Diese wiederum ist insbesondere für das zumindest teilweise elektrisch betriebene Kraftfahrzeug 12 ausgebildet. Die Kollektorfolie 18a, 18b ist zum flächigen Anordnen an der Anode 14 und/oder Kathode 16 ausgebildet und ist zumindest mit einem Ableiterbereich 20 ausgebildet, welcher zum Abführen von elektrischer Energie l₀ aus der Anode 14 und/oder der Kathode 16 ausgebildet ist.
Die 2 zeigt insbesondere, dass die Kollektorfolie 18a, 18b asymmetrisch ausgebildet ist, wobei die Asymmetrie in einer Höhenrichtung x der Kollektorfolie 18a, 18b ausgebildet ist. Die Kollektorfolie 18a, 18b ist in ihrer Höhenrichtung x betrachtet insbesondere keilförmig ausgebildet.
Ferner zeigt die 2, dass die Kollektorfolie 18a, 18b im Ableiterbereich 20 eine doppelte Höhe h aufweist gegenüber einer Höhe h im Mittelbereich. Vorliegend ist die doppelte Höhe h insbesondere durch zwei h gekennzeichnet, während die einfache Höhe h im Mittelbereich durch ein einfaches h gekennzeichnet ist. Des Weiteren ist dies lediglich vorliegend für die Anode 14 beziehungsweise die Kollektorfolie 18a der Anode 14 gezeigt.
Insbesondere zeigt die 2, dass der Verlauf des Kollektorprofils in x-Richtung geändert wurde, so dass die Verlustleistung linear statt quadratisch mit der Länge ansteigt. Die Höhe h am Rand, wo sich der Ableiterbereich 20 befindet, wurde um den Faktor 2 erhöht, während die Höhe h der anderen Seite minimal gehalten wurde. Die neuen Kollektorfolien 18a, 18b wurden dadurch asymmetrisch, und das Gesamtgewicht blieb in diesem Fall unverändert.
Weitere asymmetrische Profile bieten zusätzliche Vorteile, aber führen zur Gewichtsänderung der Kollektorfolien 18a, 18b. Die optimale Ausgestaltungsform, unter den getroffenen Rahmenbedingungen, ist eine Kombination aus keilförmiger und konstanter Kollektorfoliendicke.
Bezugszeichenliste

10: Lithium-Ionen-Batterie
12: Kraftfahrzeug
14: Anode
16: Kathode
18a: Kollektorfolie
18b: Kollektorfolie
20: Ableiterbereich
h: Höhe
x: Höhenrichtung
y: Breitenrichtung
z: Längenrichtung

Claims

Kollektorfolie (18a, 18b) für eine Anode (14) und/oder eine Kathode (16) einer Lithium-Ionen Batterie (10) für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug (12), wobei die Kollektorfolie (18a, 18b) zum flächigen Anordnen an der Anode (14) und/oder der Kathode (16) ausgebildet ist und zumindest einen Ableiterbereich (20) aufweist, welcher zum Abführen von elektrischer Energie aus der Anode (14) und/oder der Kathode (16) ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorfolie (18a, 18b) asymmetrisch ausgebildet ist, wobei die Asymmetrie in einer Höhenrichtung (x) der Kollektorfolie (18a, 18b) ausgebildet ist.
Kollektorfolie (18a, 18b) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorfolie (18a, 18b) in ihrer Höhenrichtung (x) betrachtet keilförmig ausgebildet ist.
Kollektorfolie (18a, 18b) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Kollektorfolie (18a, 18b) im Ableiterbereich (20) eine doppelte Höhe (h) aufweist gegenüber einer Höhe (h) im Mittelbereich.
Lithium-Ionen-Batterie (10) für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug (12), mit zumindest einer Anode (14), einer Kathode (16) und einer Kollektorfolie (18a, 18b) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 an der Anode (14) und/oder der Kathode (16).