DE102021005780A1 - Elektrochemische Einzelzelle für eine Batterie und Batterie - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Einzelzelle (100) für eine Batterie, insbesondere für eine Hochvolt-Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, umfassend wenigstens ein Zellgehäuse (40) mit wenigstens einer Elektrodenanordnung (30) mit einer ersten Elektrode (10) und einer zweiten Elektrode (20), welche durch einen Separator (32) getrennt sind, wobei die erste Elektrode (10) ein erstes chemisch aktives Aktivmassevolumen (14) mit einer ersten Aktivmasse (12) und die zweite Elektrode (20) ein zweites chemisch aktives Aktivmassevolumen (24) mit einer zweiten Aktivmasse (22) aufweisen, wobei das erste Aktivmassevolumen (14) mit einem ersten Aktivmassezusatzvolumen (16) und/oder das zweite Aktivmassevolumen (24) mit einem zweiten Aktivmassezusatzvolumen (26) stofflich verbunden ist.
Die Erfindung betrifft ferner eine Batterie (100), insbesondere Hochvolt-Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit mehreren in Reihe und/oder parallel miteinander verschalteten elektrochemischen Einzelzellen (10).

Description

  • Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Einzelzelle für eine Batterie, insbesondere für eine Hochvolt-Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs sowie eine Batterie, insbesondere Hochvolt-Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit mehreren in Reihe und/oder parallel miteinander verschalteten elektrochemischen Einzelzellen.
  • Batteriezellen für elektrisch angetriebene Kraftahrzeuge, wie beispielsweise Li-Ionen-Zellen, werden üblicherweise entweder als Leistungszellen oder als Energiezellen ausgeführt. Deren prinzipieller Aufbau ist sehr ähnlich. Im Zellgehäuse sind außer dem flüssigen Elektrolyten zwei mit Aktivmasse belegte, durch eine Separatorfolie getrennte, flächenförmige Elektroden. Der Unterschied zwischen einer Leistungszelle und einer Energiezelle besteht hauptsächlich in der Schichtdicke der Aktivmasse auf den Elektroden.
  • Für eine hohe Leistungsfähigkeit müssen Batteriezellen eine große Berührfläche zwischen Elektrode und Aktivmasse und eine geringe Schichtdicke der Aktivmasse aufweisen.
  • Eine Energiezelle kann üblicherweise keine hohe Leistung abgeben. Bei einer hohen Leistungsabgabe stiege der Strom durch die Zelle stark an. Wegen der großen Schichtdicke an Aktivmasse weisen diese beiden Schichten einen hohen Widerstand für die wandernden Ionen, wie beispielsweise Li-Ionen, auf. Dies würde zu einem Spannungsabfall in den Schichten und somit zu einer reduzierten Spannung an den Elektroden führen. Die Entnahme einer hohen Leistung führt wegen des Innenwiderstands in der Aktivmasse zu einem hohen internen Energieverbrauch. Die Aktivmasse heizt sich dadurch stark auf.
  • Auch auf den Elektroden einer Leistungszelle muss eine gewisse Schichtdicke an Aktivmasse angeordnet sein, da auch eine Leistungszelle den für sie geforderten Energieinhalt aufweisen muss. Dies führt zu einem hohen Energieverbrauch wegen des Innenwiderstands in der Aktivmasse. Eine Leistungszelle hat üblicherweise nur einen geringen Energieinhalt.
  • Die EP 2287945 A1 offenbart einen Elektrodenschichtverbund zur Ausbildung insbesondere folienförmiger Elektroden in elektrochemischen Speicherelementen, der wenigstens eine erste Schicht und eine zweite Schicht aufweist, wobei die erste Schicht („Hochenergieschicht“) eine höhere Energiedichte und damit eine höhere Flächenkapazität (mAh/cm2) als die zweite Schicht aufweist, während die zweite Schicht („Hochleistungsschicht“) eine höhere Leistungsdichte und damit eine höhere Stromtragfähigkeit (mA/cm2) als die erste Schicht aufweist. Die EP 2287945 A1 offenbart weiter ein elektrochemisches Speicherelement zur Speicherung sowie Abgabe elektrischer Energie mit einer flächigen, insbesondere folienförmigen Anode, einem Separator und einer flächigen, insbesondere folienförmigen Kathode, wobei die Anode und/oder die Kathode einen erfindungsgemäßen Schichtverbund aufweist bzw. aufweisen.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrochemische Einzelzelle für eine Batterie, insbesondere für eine Hochvolt-Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs zu schaffen, welche sowohl als Energiezelle als auch als Leistungszelle verwendet werden kann.
  • Eine weitere Aufgabe ist es, eine Batterie, insbesondere eine Hochvolt-Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit mehreren in Reihe und/oder parallel miteinander verschalteten elektrochemischen Einzelzellen zu schaffen, welche sowohl einen hohen Energieinhalt aufweist als auch hohe Leistungsanforderungen erfüllt.
  • Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung wird eine elektrochemische Einzelzelle für eine Batterie, insbesondere für eine Hochvolt-Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs vorgeschlagen, umfassend wenigstens ein Zellgehäuse mit wenigstens einer Elektrodenanordnung mit einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode, welche durch einen Separator getrennt sind. Die erste Elektrode weist ein erstes chemisch aktives Aktivmassevolumen mit einer ersten Aktivmasse auf und die zweite Elektrode weist ein zweites chemisch aktives Aktivmassevolumen mit einer zweiten Aktivmasse auf. Dabei ist das erste Aktivmassevolumen mit einem ersten Aktivmassezusatzvolumen und/oder das zweite Aktivmassevolumen mit einem zweiten Aktivmassezusatzvolumen stofflich verbunden.
  • Die vorgeschlagene Einzelzelle, beispielsweise eine Li-lonen-Zelle, beinhaltet für zumindest eine der Elektroden außer dem unmittelbar an der Elektrodenfläche angeordneten ersten Aktivmassevolumen ein weiteres zweites Aktivmassezusatzvolumen, welches mit dem ersten stofflich verbunden ist. Im Vergleich zu einer üblichen Leistungszelle sind die Aktivmasseschichten auf den Elektroden dünner ausgeführt. Dadurch weisen die Schichten einen geringeren Widerstand für wandernde Ionen auf.
  • Die unmittelbar an den Elektroden angeordnete Aktivmasse weist ein solches Volumen auf, dass die Aktivmasse eine Energiemenge enthält, welche für die im Betrieb des Fahrzeugs maximal auftretende, zeitlich begrenzte, Phase einer Energieentnahme bei hoher Leistung ausreicht. Phasen mit hoher Leistungsabgabe führen zu einer lokalen lonenverarmung der Aktivmasse an der negativen Elektrode. Hier herrscht danach lonenmangel. Da die Ionen im Betrieb durch die Separatorfolie in die Aktivmasse der positiven Elektrode wandern, entsteht dort ein lonenüberschuss. Eine weitere hohe Stromentnahme führte daher zu einem Spannungsabfall an den Elektroden, die Batteriezelle würde dadurch als entladen erscheinen.
  • An den beiden unmittelbar an den Elektroden angeordneten Aktivmassevolumina sind über mit Aktivmasse gefüllte Verbindungsleitungen Aktivmassezusatzvolumina angeschlossen. Der lokale lonenmangel an der negativen Elektrode führt zu einem lonenkonzentrationsgefälle zwischen dem ionengefüllten Anoden-Aktivmassezusatzvolumen und der Aktivmasse an der negativen Elektrode. Aufgrund des lonenüberschusses im Zusatzvolumen diffundieren Ionen zur negativen Elektrode. Es findet ein Konzentrationsausgleich statt.
  • In der Aktivmasse der positiven Elektrode findet der umgekehrte Vorgang statt. Die Ionen diffundieren von der Aktivmasse unmittelbar an der Elektrode ins Zusatzvolumen, bis das Konzentrationsgefälle ausgeglichen ist.
  • Auf diese Weise findet ein inneres Aufladen der Batteriezelle statt.
  • Der Querschnitt der Verbindungsleitungen ist so ausgelegt, dass der lonenstrom darin die mittlere Leistungsabgabe der Batteriezelle abdeckt.
  • Da die an den Elektroden befindlichen Aktivmasseschichtdicken geringer sind als jene bei einer üblichen Leistungszelle, weist die erfindungsgemäße Einzelzelle ein größeres Leistungspotenzial als eine übliche Leistungszelle auf.
  • Die in einer Batteriezelle gespeicherte Energie ist ausschließlich in der Aktivmasse enthalten. Bei der erfindungsgemäßen Einzelzelle besteht ein großer Anteil des Volumens ausschließlich aus Aktivmaterial. In den Zusatzvolumina sind keine Elektroden. Die Zelle ist daher zu einem im Vergleich zum Stand der Technik größeren Anteil mit Aktivmasse gefüllt. Daher besitzt die vorgeschlagene Einzelzelle mehr Energieinhalt als eine Energiezelle nach dem Stand der Technik.
  • Die vorgeschlagene Einzelzelle weist einen geringen Innenwiderstand und einen hohen Wirkungsgrad auf, da der Stromfluss im Inneren nur durch sehr dünne Schichten an Aktivmaterial führt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der elektrochemischen Einzelzelle kann das erste Aktivmassevolumen mit dem ersten Aktivmassezusatzvolumen über eine erste Verbindungsleitung und/oder das zweite Aktivmassevolumen mit dem zweiten Aktivmassezusatzvolumen über eine zweite Verbindungsleitung stofflich verbunden sein. Auf diese Weise können Ionen bei einem lonenkonzentrationsgefälle zwischen den Aktivmassevolumina und den Aktivmassezusatzvolumina in Richtung des ionenverarmten Aktivmassevolumens bzw. in umgekehrter Richtung wandern und so einen Ausgleich des lonenmangels bewirken. Dadurch steht wieder mehr Energie der Einzelzelle zur Abgabe an einen Verbraucher zur Verfügung bzw. kann mehr Energie von der Einzelzelle aufgenommen werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der elektrochemischen Einzelzelle kann die erste und/oder die zweite Verbindungsleitung ionenleitend ausgebildet sein. Insbesondere kann die erste Verbindungsleitung mit der ersten Aktivmasse und/oder die zweite Verbindungsleitung mit der zweiten Aktivmasse gefüllt sein. Dadurch können Ionen besonders günstig zwischen Aktivmassevolumen und Aktivmassezusatzvolumen ausgetauscht werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der elektrochemischen Einzelzelle kann ein Querschnitt der Verbindungsleitungen zumindest für einen lonenstrom bei einer mittleren elektrischen Leistungsabgabe der Einzelzelle ausgelegt sein. Günstigerweise kann so eine ausreichend schnelle Versorgung eines ionenverarmten Aktivmassevolumens mit Ionen aus einem Aktivmassezusatzvolumen erfolgen, sodass die Einzelzelle genügend elektrische Leistung abgeben und/oder aufnehmen kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der elektrochemischen Einzelzelle kann das erste Aktivmassezusatzvolumen und/oder das zweite Aktivmassezusatzvolumen außerhalb des Zellgehäuses angeordnet sein. Dadurch kann die eigentliche Zelle kompakter aufgebaut werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der elektrochemischen Einzelzelle können das erste Aktivmassevolumen und das zweite Aktivmassevolumen zur Aufnahme und/oder Abgabe einer Energiemenge ausgebildet sein, welche für eine im Betrieb des Fahrzeugs höchstens auftretende, zeitlich begrenzte, Phase bei hoher elektrischer Leistung ausreicht. Dadurch kann die eigentliche Zelle kompakter aufgebaut werden. Über die Aktivmassezusatzvolumina steht trotzdem genügend Aktivmasse zur Lieferung einer weiter benötigten Energiemenge zur Verfügung.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der elektrochemischen Einzelzelle kann die erste Elektrode mit der ersten Aktivmasse mit dem ersten Aktivmassevolumen und die zweite Elektrode mit der zweiten Aktivmasse mit dem zweiten Aktivmassevolumen beschichtet sein. Die Beschichtung von Elektroden mit Aktivmaterial stellt eine sehr effektive Art der Verbindung von Aktivmaterial und Elektrode dar, sodass auch höhere elektrische Leistungen durch die Einzelzelle zur Verfügung gestellt werden können. Außerdem kann die Zelle durch die Beschichtung kostengünstig gefertigt werden, da der Beschichtungsprozess ein etabliertes und schnelles Verfahren zur Aufbringung von Aktivmaterial auf Elektroden darstellt.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der elektrochemischen Einzelzelle können die erste Elektrode und die zweite Elektrode flächig, insbesondere scheibenförmig ausgebildet sein. Insbesondere können die erste Elektrode und die zweite Elektrode als Folien ausgebildet sein. Die Elektroden können auf diese Weise für prismatische Zellen oder sogenannte Pouch-Zellen als Elektrodenstapel aus Einzelelektroden oder über eine Z-Faltung hergestellt sein. Alternativ ist auch möglich, die Elektroden für Rundzellen als Elektrodenwickel zu fertigen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der elektrochemischen Einzelzelle kann die Elektrodenanordnung als Elektrodenstapel oder als Elektrodenwickel ausgebildet sein. Auf diese Weise können mit Elektrodenstapeln vorteilhaft prismatische Zellen oder Pouch-Zellen hergestellt werden. Alternativ können mit Elektrodenwickeln Rundzellen oder prismatische Zellen hergestellt werden.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine Batterie, insbesondere Hochvolt-Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit mehreren in Reihe und/oder parallel miteinander verschalteten elektrochemischen Einzelzellen vorgeschlagen.
  • Da die an den Elektroden der Einzelzellen befindlichen Aktivmasseschichtdicken geringer sind als jene bei einer üblichen Leistungszelle, weist die erfindungsgemäße Einzelzelle ein größeres Leistungspotenzial als eine übliche Leistungszelle auf.
  • Die in einer Batteriezelle gespeicherte Energie ist ausschließlich in der Aktivmasse enthalten. Bei der oben beschriebenen Einzelzelle besteht ein großer Anteil des Volumens ausschließlich aus Aktivmaterial. In den Zusatzvolumina sind keine Elektroden. Die Zelle ist daher zu einem im Vergleich zum Stand der Technik größeren Anteil mit Aktivmasse gefüllt. Daher besitzt die Einzelzelle mehr Energieinhalt als eine Energiezelle nach dem Stand der Technik.
  • Die vorgeschlagene Einzelzelle weist einen geringen Innenwiderstand und einen hohen Wirkungsgrad auf, da der Stromfluss im Inneren nur durch sehr dünne Schichten an Aktivmaterial führt.
  • Vorteilhaft können so Batterien für elektrisch betreibbare Fahrzeuge mit den vorgeschlagenen Einzelzellen aufgebaut werden, welche sowohl für energieintensive Anwendungen als auch für leistungsintensive Anwendungen eingesetzt werden können.
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnung, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Dabei zeigt:
    • 1 einen schematischen Querschnitt durch eine elektrochemische Einzelzelle für eine Batterie, insbesondere für eine Hochvolt-Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Die Figur zeigt lediglich ein Beispiel und ist nicht beschränkend zu verstehen.
  • 1 zeigt einen schematischen Querschnitt durch eine elektrochemische Einzelzelle 100 für eine Batterie, insbesondere für eine Hochvolt-Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Die elektrochemische Einzelzelle 100 umfasst ein Zellgehäuse 40 mit einer Elektrodenanordnung 30 mit einer ersten Elektrode 10 und einer zweiten Elektrode 20, welche durch einen Separator 32 getrennt sind. Die erste Elektrode 10 und die zweite Elektrode 20 sind flächig, insbesondere scheibenförmig ausgebildet sind. Insbesondere können die erste Elektrode 10 und die zweite Elektrode 20 als Folien ausgebildet sein.
  • Die erste Elektrode 10 weist ein erstes chemisch aktives Aktivmassevolumen 14 mit einer ersten Aktivmasse 12 und die zweite Elektrode 20 ein zweites chemisch aktives Aktivmassevolumen 24 mit einer zweiten Aktivmasse 22 auf. Beispielsweise kann die erste Elektrode 10 mit der ersten Aktivmasse 12 mit dem ersten Aktivmassevolumen 14 und die zweite Elektrode 20 mit der zweiten Aktivmasse 22 mit dem zweiten Aktivmassevolumen 24 beschichtet sein.
  • Das erste Aktivmassevolumen 14 ist mit einem ersten Aktivmassezusatzvolumen 16 über eine erste Verbindungsleitung 18 stofflich verbunden. Das zweite Aktivmassevolumen 24 ist über eine zweite Verbindungsleitung 28 mit einem zweiten Aktivmassezusatzvolumen 26 stofflich verbunden. Auf diese Weise können Ionen bei einem lonenkonzentrationsgefälle zwischen den Aktivmassevolumina 12, 22 und den Aktivmassezusatzvolumina 16, 26 in Richtung des ionenverarmten Aktivmassevolumens 12, 22 bzw. in umgekehrter Richtung wandern und so einen Ausgleich des lonenmangels bewirken.
  • Die erste und die zweite Verbindungsleitung 18, 28 sind ionenleitend ausgebildet. Insbesondere ist die erste Verbindungsleitung 18 mit der ersten Aktivmasse 12 und die zweite Verbindungsleitung 28 mit der zweiten Aktivmasse 22 gefüllt. Dadurch können Ionen besonders günstig zwischen Aktivmassevolumen 14, 24 und Aktivmassezusatzvolumen 16, 26 ausgetauscht werden.
  • Vorteilhaft kann dabei ein Querschnitt der Verbindungsleitungen 18, 28 zumindest für einen lonenstrom bei einer mittleren elektrischen Leistungsabgabe der Einzelzelle 10 ausgelegt sein. Günstigerweise kann so eine ausreichend schnelle Versorgung eines ionenverarmten Aktivmassevolumens 14, 24 mit Ionen aus einem Aktivmassezusatzvolumen 16, 26 erfolgen, sodass die Einzelzelle 100 genügend elektrische Leistung abgeben und/oder aufnehmen kann.
  • Das erste Aktivmassevolumen 14 und das zweite Aktivmassevolumen 24 können vorteilhaft zur Aufnahme und/oder Abgabe einer Energiemenge ausgebildet sein, welche für eine im Betrieb des Fahrzeugs höchstens auftretende, zeitlich begrenzte, Phase bei hoher elektrischer Leistung ausreicht.
  • Die in der Figur dargestellte Einzelzelle 100, beispielsweise eine Li-lonen-Zelle, beinhaltet so für die Elektroden 10, 20 außer dem unmittelbar an der Elektrodenfläche angeordneten ersten Aktivmassevolumen 14, 24 ein weiteres zweites Aktivmassezusatzvolumen 16, 26, welches mit dem ersten stofflich verbunden ist. Im Vergleich zu einer üblichen Leistungszelle sind die Aktivmasseschichten 12, 22 auf den Elektroden 10, 20 dünner ausgeführt. Dadurch weisen die Schichten 12, 22 einen geringeren Widerstand für wandernde Ionen auf.
  • Die unmittelbar an den Elektroden 10, 20 angeordnete Aktivmasse 12, 22 weist ein solches Volumen auf, dass die Aktivmasse 12, 22 hier eine Energiemenge enthält, welche für die im Betrieb des Fahrzeugs maximal auftretende, zeitlich begrenzte, Phase einer Energieentnahme bei hoher Leistung ausreicht. Phasen mit hoher Leistungsabgabe führen zu einer lokalen lonenverarmung der Aktivmasse 22 an der negativen Elektrode 20. Hier herrscht danach lonenmangel. Da die Ionen im Betrieb durch die Separatorfolie 32 in die Aktivmasse 12 der positiven Elektrode 10 wandern, entsteht dort ein lonenüberschuss. Eine weitere hohe Stromentnahme führte daher zu einem Spannungsabfall an den Elektroden 10, 20, die Batteriezelle 100 würde dadurch als entladen erscheinen.
  • An den beiden unmittelbar an den Elektroden 10, 20 angeordneten Aktivmassevolumina 14, 24 sind deshalb über mit Aktivmasse gefüllte Verbindungsleitungen 18, 28 Aktivmassezusatzvolumina 16, 26 angeschlossen. Der lokale lonenmangel an der negativen Elektrode 20 führt zu einem lonenkonzentrationsgefälle zwischen der ionengefüllten Aktivmasse 22 im Anoden-Aktivmassezusatzvolumen 26 und der Aktivmasse 22 an der negativen Elektrode 20. Aufgrund des lonenüberschusses im Zusatzvolumen 26 diffundieren Ionen zur negativen Elektrode 20. Es findet ein Konzentrationsausgleich statt.
  • In der Aktivmasse 12 der positiven Elektrode 10 findet der umgekehrte Vorgang statt. Die Ionen diffundieren von der Aktivmasse 12 unmittelbar an der Elektrode ins Zusatzvolumen 16, bis das Konzentrationsgefälle ausgeglichen ist.
  • Auf diese Weise findet ein inneres Aufladen der Batteriezelle 100 statt.
  • Der Querschnitt der Verbindungsleitungen 18, 28 ist so ausgelegt, dass der lonenstrom darin die mittlere Leistungsabgabe der Batteriezelle 100 abdeckt.
  • Da die an den Elektroden 10, 20 befindlichen Aktivmasseschichtdicken geringer sind als jene bei einer üblichen Leistungszelle, weist die erfindungsgemäße Einzelzelle 100 ein größeres Leistungspotenzial als eine übliche Leistungszelle auf.
  • Die in einer Batteriezelle 100 gespeicherte Energie ist ausschließlich in der Aktivmasse enthalten. Bei der dargestellten Einzelzelle 100 besteht ein großer Anteil des Volumens ausschließlich aus Aktivmaterial. In den Zusatzvolumina 16, 26 sind keine Elektroden. Die Zelle 100 ist daher zu einem im Vergleich zum Stand der Technik größeren Anteil mit Aktivmasse gefüllt. Daher besitzt die vorgeschlagene Einzelzelle 100 mehr Energieinhalt als eine Energiezelle nach dem Stand der Technik.
  • Die vorgeschlagene Einzelzelle 100 weist einen geringen Innenwiderstand und einen hohen Wirkungsgrad auf, da der Stromfluss im Inneren nur durch sehr dünne Schichten an Aktivmaterial führt.
  • Das erste Aktivmassezusatzvolumen 16 und das zweite Aktivmassezusatzvolumen 26 sind außerhalb des Zellgehäuses 40 angeordnet.
  • Bei dem in der Figur dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Elektrodenanordnung 30 als Elektrodenstapel ausgebildet. Die Zelle ist so als prismatische Zelle beispielsweise mit einem metallischen Zellgehäuse 40 ausgebildet. Eine solche Elektrodenanordnung kann alternativ auch als Pouch-Zelle ausgebildet sein.
  • In einem alternativen, nicht dargestellten Ausführungsbeispiel kann die Elektrodenanordnung 30 auch als Elektrodenwickel ausgebildet sein, sodass damit eine Rundzelle aufgebaut werden kann.
  • Mit mehreren in Reihe und/oder parallel miteinander verschalteten elektrochemischen Einzelzellen 10 nach dem dargestellten Ausführungsbeispiel kann eine Batterie 100, insbesondere eine Hochvolt-Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs aufgebaut sein. Vorteilhaft können so Batterien für elektrisch betreibbare Fahrzeuge mit den vorgeschlagenen Einzelzellen 100 aufgebaut werden, welche sowohl für energieintensive Anwendungen als auch für leistungsintensive Anwendungen eingesetzt werden können.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    erste Elektrode
    12
    erste Aktivmasse
    14
    erstes Aktivmassevolumen
    16
    erstes Aktivmassezusatzvolumen
    18
    erste Verbindungsleitung
    20
    zweite Elektrode
    22
    zweite Aktivmasse
    24
    zweite Aktivmassevolumen
    26
    zweite Aktivmassezusatzvolumen
    28
    zweite Verbindungsleitung
    30
    Elektrodenanordnung
    32
    Separator
    40
    Zellgehäuse
    100
    Einzelzelle
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2287945 A1 [0006]

Claims (10)

  1. Elektrochemische Einzelzelle (100) für eine Batterie, insbesondere für eine Hochvolt-Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs, umfassend wenigstens ein Zellgehäuse (40) mit wenigstens einer Elektrodenanordnung (30) mit einer ersten Elektrode (10) und einer zweiten Elektrode (20), welche durch einen Separator (32) getrennt sind, wobei die erste Elektrode (10) ein erstes chemisch aktives Aktivmassevolumen (14) mit einer ersten Aktivmasse (12) und die zweite Elektrode (20) ein zweites chemisch aktives Aktivmassevolumen (24) mit einer zweiten Aktivmasse (22) aufweisen, wobei das erste Aktivmassevolumen (14) mit einem ersten Aktivmassezusatzvolumen (16) und/oder das zweite Aktivmassevolumen (24) mit einem zweiten Aktivmassezusatzvolumen (26) stofflich verbunden ist.
  2. Elektrochemische Einzelzelle nach Anspruch 1, wobei das erste Aktivmassevolumen (14) mit dem ersten Aktivmassezusatzvolumen (16) über eine erste Verbindungsleitung (18) und/oder das zweite Aktivmassevolumen (24) mit dem zweiten Aktivmassezusatzvolumen (26) über eine zweite Verbindungsleitung (28) stofflich verbunden ist.
  3. Elektrochemische Einzelzelle nach Anspruch 2, wobei die erste und/oder die zweite Verbindungsleitung (18, 28) ionenleitend ausgebildet ist, insbesondere wobei die erste Verbindungsleitung (18) mit der ersten Aktivmasse (12) und/oder die zweite Verbindungsleitung (28) mit der zweiten Aktivmasse (22) gefüllt ist.
  4. Elektrochemische Einzelzelle nach Anspruch 2 oder 3, wobei ein Querschnitt der Verbindungsleitungen (18, 28) zumindest für einen lonenstrom bei einer mittleren elektrischen Leistungsabgabe der Einzelzelle (10) ausgelegt ist.
  5. Elektrochemische Einzelzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Aktivmassezusatzvolumen (16) und/oder das zweite Aktivmassezusatzvolumen (26) außerhalb des Zellgehäuses (40) angeordnet ist.
  6. Elektrochemische Einzelzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das erste Aktivmassevolumen (14) und das zweite Aktivmassevolumen (24) zur Aufnahme und/oder Abgabe einer Energiemenge ausgebildet ist, welche für eine im Betrieb des Fahrzeugs höchstens auftretende, zeitlich begrenzte, Phase bei hoher elektrischer Leistung ausreicht.
  7. Elektrochemische Einzelzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Elektrode (10) mit der ersten Aktivmasse (12) mit dem ersten Aktivmassevolumen (14) und die zweite Elektrode (20) mit der zweiten Aktivmasse (22) mit dem zweiten Aktivmassevolumen (24) beschichtet ist.
  8. Elektrochemische Einzelzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die erste Elektrode (10) und die zweite Elektrode (20) flächig, insbesondere scheibenförmig ausgebildet sind, insbesondere wobei die erste Elektrode (10) und die zweite Elektrode (20) als Folien ausgebildet sind.
  9. Elektrochemische Einzelzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektrodenanordnung (30) als Elektrodenstapel oder als Elektrodenwickel ausgebildet ist.
  10. Batterie (100), insbesondere Hochvolt-Traktionsbatterie eines elektrisch betreibbaren Fahrzeugs mit mehreren in Reihe und/oder parallel miteinander verschalteten elektrochemischen Einzelzellen (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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EP2287945A1 (de) 2009-07-23 2011-02-23 Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. Leistungs- und energiedichteoptimierte Flächenelektroden für elektrochemische Energiespeicher

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