DE102021106338A1 - Zylindrische energiespeicherzelle - Google Patents

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Abstract

Eine zylindrische Energiespeicherzelle (100, 100', 100"), insbesondere zur Verwendung als Energielieferant für einen Antrieb eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, weist auf:ein zylindrisches Gehäuse (10) mit einem Deckel (11), einem Boden (12) und einem dazwischen liegenden umlaufenden Mantel (13),einen Elektrodenwickel (20, 20', 20"), der eine bandförmige Kathode (30), eine bandförmige Anode (40, 40') und einen dazwischen angeordneten bandförmigen Separator (50) aufweist, und in dem Gehäuse (10) angeordnet ist, wobeidie Kathode (30) einen ersten Stromkollektor (31) aufweist, der abschnittsweise mit einem ersten Aktivmaterial (32) beschichtet ist,die Anode (40, 40') einen zweiten Stromkollektor (41, 41') aufweist, der abschnittsweise mit einem zweiten Aktivmaterial (42) beschichtet ist, undzumindest eine Wicklung eines nicht mit dem zweiten Aktivmaterial (42) beschichteten Abschnitts (41-1, 41'-1) des zweiten Stromkollektors (41) um den Elektrodenwickel (20, 20', 20") herum und in elektrisch leitfähigem Kontakt mit dem Boden (12) und/oder dem Mantel (13) angeordnet ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft eine zylindrische Energiespeicherzelle, die insbesondere dafür vorgesehen ist, als Energielieferant für einen Antrieb eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs verwendet zu werden, ein Energiespeichermodul mit zumindest einer zylindrische Energiespeicherzelle, sowie ein Fahrzeug, welches das Energiespeichermodul und einen Antriebsmotor aufweist.
  • Zylindrische Energiespeicherzellen, insbesondere elektrochemische Energiespeicherzellen wie etwa Lithium-Ionen-Batterien, weisen üblicherweise ein Gehäuse, in dem ein eine bandförmige Kathode, eine bandförmige Anode und einen dazwischen angeordneten Separator aufweisender Elektrodenwickel und ein Elektrolyt angeordnet sind, aus Stahl aus, um eine Sicherheit der Energiespeicherzelle zu gewährleisten.
  • Bei der System-Integration solcher Art Zellen werden die Kontaktierungen der beiden Pole der Energiespeicherzellen häufig auf einer Seite, insbesondere Oberseite, des Gehäuses angeordnet, wobei der Strom von der Anode des Elektrodenwickels über das Gehäuse, insbesondere über einen elektrisch leitfähigen Kontakt, beispielsweise Schweißkontakt, der Anode mit dem Boden des Gehäuses, und dem Mantel des Gehäuses zu dem entsprechenden Pol fließt.
  • Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine verbesserte zylindrische Energiespeicherzelle bereitzustellen.
  • Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 gelöst. Weitere bevorzugte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.
  • Eine zylindrische Energiespeicherzelle gemäß einer Ausführungsform, insbesondere zur Verwendung als Energielieferant für einen Antrieb eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, weist auf:
    • ein zylindrisches Gehäuse mit einem Deckel, einem Boden und einem dazwischen liegenden umlaufenden Mantel,
    • einen Elektrodenwickel, der eine bandförmige Kathode, eine bandförmige Anode und einen dazwischen angeordneten bandförmigen Separator aufweist, und in dem Gehäuse angeordnet ist, wobei
    • die Kathode einen ersten Stromkollektor aufweist, der abschnittsweise mit einem ersten Aktivmaterial beschichtet ist,
    • die Anode einen zweiten Stromkollektor aufweist, der abschnittsweise mit einem zweiten Aktivmaterial beschichtet ist, und
    • zumindest eine Wicklung eines nicht mit dem zweiten Aktivmaterial beschichteten Abschnitts des zweiten Stromkollektors um den Elektrodenwickel herum und in elektrisch leitfähigem Kontakt mit dem Boden und/oder dem Mantel angeordnet ist.
  • Hierbei kann die zylindrische Energiespeicherzelle insbesondere als Lithium-Ionen-Energiespeicherzelle ausgebildet sein, wobei der erste Stromkollektor Aluminium aufweisen und/oder als Aluminiumfolie ausgebildet sein kann, und das erste Aktivmaterial entsprechend gewählt sein kann. Weiterhin kann der zweite Stromkollektor insbesondere Kupfer aufweisen und/oder als eine Kupferfolie mit einer Dicke, die beispielsweise in einem Bereich von 4 µm bis 6 µm liegt, ausgebildet sein, und das zweite Aktivmaterial kann Graphit aufweisen. Gemäß einer Ausführungsform sind mehrere Wicklungen, beispielsweise 5 bis 30 Wicklungen, der zumindest einen Wicklung des nicht mit dem zweiten Aktivmaterial beschichteten Abschnitts des zweiten Stromkollektors um den Elektrodenwickel herum vorgesehen, die in elektrisch leitfähigem Kontakt mit dem Boden und/oder dem Mantel angeordnet sind.
  • Bevorzugt liegt eine Höhe der zylindrischen Energiespeicherzelle im Bereich von etwa 60 mm bis 400 mm, besonders bevorzugt im Bereich von 60 mm bis 150 mm.
  • Die Führung des Stroms erfolgt bei der Energiespeicherzelle von der Anode zu dem entsprechenden (beispielsweise auf der Oberseite angeordneten) Minuspol der Energiespeicherzelle zumindest teilweise über die zumindest eine Wicklung des nicht mit dem zweiten Aktivmaterial beschichteten Abschnitts des zweiten Stromkollektors um den Elektrodenwickel herum, der in elektrisch leitfähigem Kontakt mit dem Boden und/oder dem Mantel angeordnet ist. Aufgrund der im Vergleich zu dem für das Gehäuse üblicherweise verwendeten Stahl deutlich höheren elektrischen Leitfähigkeit des für den zweiten Stromkollektor verwendeten Kupfers kann der Boden und/oder der Mantel des Gehäuses bei dem gleichen Stromfluss zwischen der Anode und dem entsprechenden Minuspol eine geringere Dicke als bei herkömmlichen zylindrischen Energiespeicherzellen aufweisen, wodurch bei gleichen Außenmaßen der zylindrischen Energiespeicherzelle, die üblicherweise normiert sind, mehr Aktivmaterial in dem Gehäuse untergebracht und somit die Leistungsfähigkeit, insbesondere die gravimetrische und die volumetrische Energiedichte, der zylindrischen Energiespeicherzelle erhöht werden kann. Hierbei kann insbesondere eine Dicke des Mantels und/oder des Bodens der zylindrischen Energiespeicherzelle, die bei herkömmlichen zylindrischen Energiespeicherzellen im Bereich von etwa 0,5 mm bis 1,5 mm liegt, bis auf etwa 0,2 mm verringert werden.
  • Des Weiteren kann aufgrund der im Vergleich zu dem für das Gehäuse üblicherweise verwendeten Stahl deutlich höheren thermischen Leitfähigkeit von Kupfer der Wärmetransport innerhalb der Energiespeicherzelle erheblich verbessert werden. Dadurch kann eine effizientere Kühlung der Energiespeicherzelle durch eine beispielsweise als von einem Kühlfluid durchströmte Bodenplatte einer (Boden-)Kühleinrichtung eines Energiespeichermoduls, das mehrere der Energiespeicherzellen aufweist, erzielt werden. Insbesondere kann hierdurch die effiziente Kühlung der Energiespeicherzellen durch Verwendung einer Seitenkühlung von lediglich einer Seite statt von zwei Seiten der Energiespeicherzellen, oder gar durch die Verwendung von lediglich einer Bodenkühleinrichtung, das heißt ganz ohne die Verwendung einer Seitenkühlung, erfolgen. Dadurch kann die Energiedichte des Energiespeichermoduls erhöht werden, während gleichzeitig die Herstellungskosten reduziert werden können.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist der Elektrodenwickel eine erste Stirnseite, eine zweite Stirnseite und eine umlaufende Außenseite auf, wobei die erste Stirnseite dem Deckel zugewandt ist und die zweite Stirnseite dem Boden zugewandt ist, sich ein erster Abschnitt der zumindest einen Wicklung des nicht mit dem zweiten Aktivmaterial beschichteten Abschnitts des zweiten Stromkollektors um den Elektrodenwickel herum über die erste Stirnseite hinaus in Richtung des Deckels erstreckt und mit dem Mantel elektrisch leitfähig verbunden ist, und/oder sich ein zweiter Abschnitt der zumindest einen Wicklung des nicht mit dem zweiten Aktivmaterial beschichteten Abschnitts des zweiten Stromkollektors um den Elektrodenwickel herum über die zweite Stirnseite hinaus in Richtung des Bodens erstreckt und mit dem Mantel elektrisch leitfähig verbunden ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist der erste Abschnitt der zumindest einen Wicklung des nicht mit dem zweiten Aktivmaterial beschichteten Abschnitts des zweiten Stromkollektors um den Elektrodenwickel herum, der sich über die erste Stirnseite hinaus in Richtung des Deckels erstreckt, durch eine Schweißverbindung, insbesondere radiale Schweißnaht, mit dem Mantel elektrisch leitfähig verbunden, und/oder ist der zweite Abschnitt der zumindest einen Wicklung des nicht mit dem zweiten Aktivmaterial beschichteten Abschnitts des zweiten Stromkollektors um den Elektrodenwickel herum, der sich über die zweite Stirnseite hinaus in Richtung des Bodens erstreckt, durch eine Schweißverbindung, insbesondere radiale Schweißnaht, mit dem Mantel elektrisch leitfähig verbunden.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest ein Abschnitt der zweiten Stirnseite durch nicht mit dem zweiten Aktivmaterial beschichtete Abschnitte des zweiten Stromkollektors gebildet, wobei der zumindest eine Abschnitt der zweiten Stirnseite des Elektrodenwickels elektrisch leitfähig mit dem Boden des Gehäuses verbunden.
  • Hierbei kann der zumindest eine Abschnitt der zweiten Stirnseite durch Umformen, beispielsweise Flachwalzen, von nach der Wicklung des Elektrodenwickels überstehenden und nicht mit dem zweiten Aktivmaterial beschichteten Abschnitten des zweiten Stromkollektors gebildet sein.
  • Gemäß einer Ausführungsform ist zumindest ein Abschnitt der ersten Stirnseite durch nicht mit dem ersten Aktivmaterial beschichtete Abschnitte des ersten Stromkollektors gebildet, wobei der zumindest eine Abschnitt der ersten Stirnseite des Elektrodenwickels elektrisch leitfähig mit dem Deckel des Gehäuses verbunden ist.
  • Hierbei kann der zumindest eine Abschnitt der ersten Stirnseite durch Umformen, beispielsweise Flachwalzen, von nach der Wicklung des Elektrodenwickels überstehenden und nicht mit dem ersten Aktivmaterial beschichteten Abschnitten des ersten Stromkollektors gebildet ist.
  • Ein Energiespeichermodul gemäß einer Ausführungsform weist auf:
    • ein Energiespeichermodulgehäuse, und
    • zumindest eine der oben beschriebenen zylindrischen Energiespeicherzellen, die in dem Energiespeichermodulgehäuse angeordnet ist.
  • Gemäß einer Ausführungsform weist das Energiespeichermodul ferner eine Kühleinrichtung auf, die eine Kühlplatte aufweist, welche in dem Energiespeichermodulgehäuse angeordnet ist und auf welcher die zumindest eine zylindrische Energiespeicherzelle angeordnet ist.
  • Ein Fahrzeug, insbesondere Hybrid- oder Elektrofahrzeug, weist gemäß einer Ausführungsform auf:
    • ein oben beschriebenes Energiespeichermodul, und
    • einen Antriebsmotor, der unter Verwendung einer von der zumindest einen zylindrischen Energiespeicherzelle des Energiespeichermoduls gelieferten elektrischen Energie antreibbar ist.
  • Weitere vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen. Hierzu zeigt, teilweise schematisiert:
    • 1 eine zylindrische Energiespeicherzelle gemäß einer Ausführungsform,
    • 2 eine Kathode eines Elektrodenwickels einer zylindrischen Energiespeicherzelle in einem nicht gewickelten Zustand gemäß einer Ausführungsform,
    • 3 eine Anode des Elektrodenwickels der zylindrischen Energiespeicherzelle in einem nicht gewickelten Zustand gemäß der Ausführungsform,
    • 4 eine Kathode eines Elektrodenwickels einer zylindrischen Energiespeicherzelle in einem nicht gewickelten Zustand gemäß einer anderen Ausführungsform,
    • 5 eine Anode eines Elektrodenwickels der zylindrischen Energiespeicherzelle in einem nicht gewickelten Zustand gemäß der anderen Ausführungsform,
    • 6 einen Elektrodenwickel einer zylindrischen Energiespeicherzelle gemäß Ausführungsformen,
    • 7 eine zylindrische Energiespeicherzelle gemäß einer Ausführungsform,
    • 8 eine zylindrische Energiespeicherzelle gemäß einer anderen Ausführungsform,
    • 9 eine zylindrische Energiespeicherzelle gemäß einer weiteren anderen Ausführungsform,
    • 10 ein Energiespeichermodul gemäß einer Ausführungsform, und
    • 11 ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform.
  • 1 zeigt eine zylindrische Energiespeicherzelle gemäß einer Ausführungsform.
  • Die zylindrische Energiespeicherzelle 100, die insbesondere dazu eingerichtet ist, einen Antriebsmotor eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs mit Energie zu versorgen, ist beispielsweise als Lithium-Ionen-Energiespeicherzelle ausgebildet und weist ein Gehäuse 10 mit einem Deckel 11, einem Boden 12 und einem dazwischen liegenden umlaufenden Mantel 13 auf. In dem Gehäuse 10 ist ein Elektrodenwickel 20, der einen Wickelkern 60, eine bandförmige Kathode 30, eine bandförmige Anode 40, und einen dazwischen angeordneten Separator 50 aufweist, sowie ein nicht in 1 gezeigter Elektrolyt vorgesehen.
  • Die bandförmige Kathode 30 weist einen ersten Stromkollektor 31 auf, der Aluminium enthalten und/oder als Aluminiumfolie ausgebildet sein kann, und abschnittsweise mit einem ersten Aktivmaterial 32 beschichtet ist. Die bandförmige Anode 40 weist einen zweiten Stromkollektor 41 auf, der Kupfer enthalten und/oder als Kupferfolie ausgebildet sein kann, und abschnittsweise mit einem zweiten Aktivmaterial 42 beschichtet ist. Dabei ist zumindest eine Wicklung eines nicht mit dem zweiten Aktivmaterial 42 beschichteten Abschnitts 41-1 des zweiten Stromkollektors 41, im in 1 dargestellten Fall zwei Wicklungen, um den Elektrodenwickel 20 herum und in elektrisch leitfähigem Kontakt mit dem Boden 12 und/oder dem Mantel 13 angeordnet.
  • 2 zeigt eine Kathode eines Elektrodenwickels einer in 9 veranschaulichten zylindrischen Energiespeicherzelle 100" in einem nicht gewickelten Zustand gemäß einer Ausführungsform.
  • Die Kathode 30 weist den ersten Stromkollektor 31 auf, der abschnittsweise mit dem ersten Aktivmaterial 32 beschichtet ist und eine Breite b aufweist. Hierbei ist der erste Stromkollektor 31 insbesondere im Bereich einer Breite a mit dem ersten Aktivmaterial 32 beschichtet, die im Wesentlichen der Höhe des Innenraums des Gehäuses 10 entspricht, so dass ein in Höhenrichtung überstehender Abschnitt 31-2 des ersten Stromkollektors 31 nicht mit dem ersten Aktivmaterial 32 beschichtet ist.
  • 3 zeigt eine Anode des Elektrodenwickels der zylindrischen Energiespeicherzelle 100" in einem nicht gewickelten Zustand gemäß der Ausführungsform.
  • Die Anode 40 weist den zweiten Stromkollektor 41 auf, der abschnittsweise mit dem zweiten Aktivmaterial 42 beschichtet ist und ebenfalls die Breite b aufweist. Hierbei ist der zweite Stromkollektor 41 insbesondere im Bereich einer Breite a, die der in 2 dargestellten Breite a entspricht, abschnittsweise mit dem zweiten Aktivmaterial 42 beschichtet, so dass ein in Höhen- bzw. Tiefenrichtung überstehender Abschnitt 41-2 des zweiten Stromkollektors 41 nicht mit dem zweiten Aktivmaterial 42 beschichtet ist. Darüber hinaus ist auch ein in Längsrichtung an den mit dem zweiten Aktivmaterial 42 beschichteten Abschnitt anschließender Abschnitt 41-1 des zweiten Stromkollektors 41 nicht mit dem zweiten Aktivmaterial 42 beschichtet, durch welchen im fertiggestellten Zustand der zylindrischen Energiespeicherzelle 100" die zumindest eine Wicklung des nicht mit dem zweiten Aktivmaterial 42 beschichteten Abschnitts 41-1 des zweiten Stromkollektors, die um den Elektrodenwickel 20 herum und in elektrisch leitfähigem Kontakt mit dem Boden und/oder dem Mantel 13 des Gehäuses 10 angeordnet ist, gebildet ist.
  • Bei der Herstellung der zylindrischen Energiespeicherzelle 100" werden die in 2 gezeigte Kathode 30, die in 3 gezeigte Anode 40 und ein dazwischen angeordneter Separator 50 auf dem Wickelkern 60 aufgewickelt, so dass lediglich der Abschnitt 41-1 des zweiten Stromkollektors 41, der nicht mit dem zweiten Aktivmaterial 42 beschichtet ist, die äußersten Wicklungen bildet.
  • 4 zeigt eine Kathode eines Elektrodenwickels einer in 8 veranschaulichten zylindrischen Energiespeicherzelle 100' in einem nicht gewickelten Zustand gemäß einer anderen Ausführungsform.
  • Die in 4 gezeigte Kathode 30 entspricht der in 2 gezeigten Kathode 30. Daher wird in Bezug auf die Beschreibung der 4 auf die entsprechende Beschreibung der 2 verwiesen.
  • 5 zeigt eine Anode eines Elektrodenwickels der zylindrischen Energiespeicherzelle 100' in einem nicht gewickelten Zustand gemäß der anderen Ausführungsform,
  • Die Anode 40' weist den zweiten Stromkollektor 41' auf, der abschnittsweise mit dem zweiten Aktivmaterial 42 beschichtet ist und ebenfalls die Breite b aufweist. Hierbei ist der zweite Stromkollektor 41' insbesondere im Bereich einer Breite a, die der in 4 dargestellten Breite a entspricht, abschnittsweise mit dem zweiten Aktivmaterial 42 beschichtet, so dass ein in Höhenrichtung überstehender Abschnitt 41'-2 des zweiten Stromkollektors 41' nicht mit dem zweiten Aktivmaterial 42 beschichtet ist. Darüber hinaus ist auch ein in Längsrichtung an den mit dem zweiten Aktivmaterial 42 beschichteten Abschnitt anschließender Abschnitt 41'-1 des zweiten Stromkollektors 41' nicht mit dem zweiten Aktivmaterial 42 beschichtet. Durch diesen Abschnitt 41'-1 ist im fertiggestellten Zustand der zylindrischen Energiespeicherzelle 100' die zumindest eine Wicklung des zweiten Stromkollektors, die um den Elektrodenwickel 20 herum und in elektrisch leitfähigem Kontakt mit dem Boden und/oder dem Mantel 13 des Gehäuses 10 angeordnet ist, gebildet.
  • Im Unterschied zu der in 3 gezeigten Anode 40 weist der zweite Stromkollektor 41' in dem Abschnitt 41'-1 zusätzlich einen in Höhenrichtung überstehenden Abschnitt 41'-4 auf, so dass zumindest ein Teil des Abschnitts 41'-1 eine Breite aufweist, die größer als die Breite b ist.
  • Bei der Herstellung der zylindrischen Energiespeicherzelle 100' werden die in 4 gezeigte Kathode 30, die in 5 gezeigte Anode 40' und ein dazwischen angeordneter Separator 50 auf dem Wickelkern 60 aufgewickelt, so dass lediglich der Abschnitt 41'-1 des zweiten Stromkollektors 41 die äußersten Wicklungen bildet.
  • 6 zeigt einen Elektrodenwickel einer zylindrischen Energiespeicherzelle gemäß Ausführungsformen.
  • Der Elektrodenwickel 20, 20', 20" weist eine erste Stirnseite 21, 21', 21", eine zweite Stirnseite 22, 22', 22' und eine umlaufende Außenseite 23, 23', 23"auf, wobei im fertiggestellten Zustand der zylindrischen Energiespeicherzelle 100, 100', 100' die erste Stirnseite 21, 21', 21" dem Deckel 11 des Gehäuses 10 zugewandt ist und die zweite Stirnseite 22, 22', 22' dem Boden 12 des Gehäuses 10 zugewandt ist.
  • 7 zeigt eine zylindrische Energiespeicherzelle gemäß einer Ausführungsform.
  • Die zylindrische Energiespeicherzelle 100 weist das Gehäuse mit dem Deckel 11, dem Boden 12, und dem dazwischen liegenden umlaufenden Mantel 13 auf, wobei an dem Deckel der Pluspol der Energiespeicherzelle 100, wie durch (+) in der 7 veranschaulicht, und an dem Mantel 13 der Minuspol der Energiespeicherzelle 100, wie durch (-) in der 7 veranschaulicht, liegt bzw. angeordnet ist.
  • In dem Gehäuse ist ein Elektrodenwickel 20 angeordnet, der unter Verwendung der in 4 dargestellten Kathode 30 und der in 5 dargestellten Anode 40' gewickelt wurde.
  • Hierbei ist ein Abschnitt 21-1 der ersten Stirnseite 21 des Elektrodenwickels 20, die dem Deckel 11 zugewandt ist, durch den in 4 gezeigten Abschnitt 31-2 des ersten Stromkollektors 31, der nicht mit dem ersten Aktivmaterial 32 beschichtet ist, gebildet, wobei dieser Abschnitt 21-1 mittels eines Verbindungselements 70 elektrisch leitfähig mit dem Deckel 11 verbunden ist. Bei der Herstellung der zylindrischen Energiespeicherzelle 100 wird der nach der Wicklung des Elektrodenwickels 20 überstehende Abschnitt 31-2 umgeformt, beispielsweise flachgewalzt, um den Abschnitt 21-1 der ersten Stirnseite 21 des Elektrodenwickels 20 zu bilden.
  • Des Weiteren ist ein Abschnitt 22-1 der zweiten Stirnseite 22 des Elektrodenwickels 20, die dem Boden 12 zugewandt ist, durch den in 5 gezeigten Abschnitt 41'-2, insbesondere den Abschnitt 41'-5, des zweiten Stromkollektors 41', der nicht mit dem zweiten Aktivmaterial 42 beschichtet ist, gebildet. Dieser Abschnitt 22-1 ist elektrisch leitfähig mit dem Boden 12, beispielsweise durch Schweißen, verbunden. Bei der Herstellung der zylindrischen Energiespeicherzelle 100 wird der nach der Wicklung des Elektrodenwickels 20 überstehende Abschnitt 41'-5 umgeformt, beispielsweise flachgewalzt, um den Abschnitt 22-1 der zweiten Stirnseite 22 des Elektrodenwickels 20 zu bilden.
  • Der in 5 gezeigte Abschnitt 41'-4 des zweiten Stromkollektors 41' erstreckt sich in der fertiggestellten zylindrischen Energiespeicherzelle 100 wie in 7 veranschaulicht über die erste Stirnseite 21 des Elektrodenwickels 20 hinaus in Richtung des Deckels 11, und ist mit dem Mantel 13 elektrisch leitfähig verbunden. Hierbei kann die Verbindung zwischen dem Abschnitt 41'-4 und dem Mantel 13 beispielweise durch Schweißen erfolgen, wie durch den Pfeil mit dem Bezugszeichen S veranschaulicht, so dass eine radiale Schweißnaht gebildet wird, die sich in Umfangsrichtung des Mantels 13 erstreckt.
  • Um einen elektrischen Kurzschluss zu verhindern, sind zwischen dem Mantel 13 und dem Deckel 11 eine (ringförmige) erste elektrische Isolierung 72, und zwischen dem Mantel 13 und dem Abschnitt 21-1 der ersten Stirnseite 21 des Elektrodenwickels 20 eine (ringförmige) zweite elektrische Isolierung 71 vorgesehen.
  • 8 zeigt eine zylindrische Energiespeicherzelle gemäß einer anderen Ausführungsform.
  • Der Aufbau der in 8 gezeigten zylindrischen Energiespeicherzelle 100' entspricht im Wesentlichen dem Aufbau der in 7 gezeigten zylindrischen Energiespeicherzelle 100.
  • Im Unterschied zu der in 7 gezeigten zylindrischen Energiespeicherzelle 100 erstreckt sich bei der in 8 gezeigten zylindrischen Energiespeicherzelle 100' der in 5 gezeigte Abschnitt 41'-3 des Abschnitts 41'-1 über die zweite Stirnseite 22' hinaus in Richtung des Bodens 12 und ist mit dem Mantel 13 elektrisch leitfähig verbunden. Hierbei kann die Verbindung zwischen dem Abschnitt 41'-3 und dem Mantel 13 beispielweise durch Schweißen erfolgen, wie durch den Pfeil mit dem Bezugszeichen S veranschaulicht, so dass eine radiale Schweißnaht gebildet wird, die sich in Umfangsrichtung des Mantels 13 erstreckt.
  • 9 zeigt eine zylindrische Energiespeicherzelle gemäß einer weiteren anderen Ausführungsform.
  • Der Aufbau der in 9 gezeigten zylindrischen Energiespeicherzelle 100" entspricht im Wesentlichen dem Aufbau der in 8 gezeigten zylindrischen Energiespeicherzelle 100'.
  • Im Unterschied zu der in 8 gezeigten zylindrischen Energiespeicherzelle 100' ist bei der in 9 gezeigten zylindrischen Energiespeicherzelle 100" der in den 5 und 8 gezeigte Abschnitt 41'-4 des Abschnitts 41'-1 entweder wie in 3 nicht vorgesehen oder flachgewalzt, jedenfalls nicht mit dem Mantel 13 durch Schweißen verbunden.
  • 10 zeigt ein Energiespeichermodul gemäß einer Ausführungsform.
  • Das Energiespeichermodul 200 weist ein Energiespeichermodulgehäuse 201 auf, in dem mehrere der zylindrischen Energiespeicherzellen 100, 100', 100" angeordnet sind. Zur Kühlung der zylindrischen Energiespeicherzellen 100, 100', 100' ist ferner eine Kühleinrichtung 202 in dem Energiespeichermodulgehäuse 201 vorgesehen, die beispielsweise wie in 10 veranschaulicht eine Kühlplatte aufweisen kann, welche von einem Kühlfluid durchströmt wird, und auf der die zylindrischen Energiespeicherzellen 100, 100', 100" angeordnet sind.
  • 11 zeigt ein Fahrzeug gemäß einer Ausführungsform.
  • Das Fahrzeug 300, insbesondere Hybrid- oder Elektrofahrzeug, weist ein Energiespeichermodul 200 und einen Antriebsmotor 301 auf, der unter Verwendung einer von den zylindrischen Energiespeicherzellen 100, 100', 100' des Energiespeichermoduls 200 gelieferten elektrischen Energie antreibbar ist.

Claims (10)

  1. Zylindrische Energiespeicherzelle (100, 100', 100"), insbesondere zur Verwendung als Energielieferant für einen Antrieb eines Elektro- oder Hybridfahrzeugs, aufweisend: ein zylindrisches Gehäuse (10) mit einem Deckel (11), einem Boden (12) und einem dazwischen liegenden umlaufenden Mantel (13), einen Elektrodenwickel (20, 20', 20"), der eine bandförmige Kathode (30), eine bandförmige Anode (40, 40') und einen dazwischen angeordneten bandförmigen Separator (50) aufweist, und in dem Gehäuse (10) angeordnet ist, wobei die Kathode (30) einen ersten Stromkollektor (31) aufweist, der abschnittsweise mit einem ersten Aktivmaterial (32) beschichtet ist, die Anode (40, 40') einen zweiten Stromkollektor (41, 41') aufweist, der abschnittsweise mit einem zweiten Aktivmaterial (42) beschichtet ist, und zumindest eine Wicklung eines nicht mit dem zweiten Aktivmaterial (42) beschichteten Abschnitts (41-1, 41'-1) des zweiten Stromkollektors (41) um den Elektrodenwickel (20, 20', 20") herum und in elektrisch leitfähigem Kontakt mit dem Boden (12) und/oder dem Mantel (13) angeordnet ist.
  2. Zylindrische Energiespeicherzelle (100, 100', 100") gemäß Anspruch 1, wobei der Elektrodenwickel (20, 20', 20") eine erste Stirnseite (21, 21', 21"), eine zweite Stirnseite (22, 22', 22') und eine umlaufende Außenseite (23, 23', 23") aufweist, wobei die erste Stirnseite (21, 21', 21") dem Deckel (11) zugewandt ist und die zweite Stirnseite (22, 22', 22') dem Boden (12) zugewandt ist, wobei sich ein erster Abschnitt (41'-4) der zumindest einen Wicklung des nicht mit dem zweiten Aktivmaterial (42) beschichteten Abschnitts (41'-1) des zweiten Stromkollektors (41') um den Elektrodenwickel (20, 20') herum über die erste Stirnseite (21, 21') hinaus in Richtung des Deckels (11) erstreckt und mit dem Mantel (13) elektrisch leitfähig verbunden ist, und/oder sich ein zweiter Abschnitt (41-3, 41-3') der zumindest einen Wicklung des nicht mit dem zweiten Aktivmaterial (42) beschichteten Abschnitts (41-1, 41'-1) des zweiten Stromkollektors (41) um den Elektrodenwickel (20', 20") herum über die zweite Stirnseite (22', 22") hinaus in Richtung des Bodens (12) erstreckt und mit dem Mantel (13) elektrisch leitfähig verbunden ist.
  3. Zylindrische Energiespeicherzelle (100, 100', 100") gemäß Anspruch 2, wobei der erste Abschnitt (41'-4) der zumindest einen Wicklung des nicht mit dem zweiten Aktivmaterial (42) beschichteten Abschnitts (41'-1) des zweiten Stromkollektors (41') um den Elektrodenwickel (20, 20') herum, der sich über die erste Stirnseite (21, 21') hinaus in Richtung des Deckels (11) erstreckt, durch eine Schweißverbindung, insbesondere radiale Schweißnaht, mit dem Mantel (13) elektrisch leitfähig verbunden ist, und/oder der zweite Abschnitt (41-3, 41-3') der zumindest einen Wicklung des nicht mit dem zweiten Aktivmaterial (42) beschichteten Abschnitts (41-1, 41'-1) des zweiten Stromkollektors (41) um den Elektrodenwickel (20', 20") herum, der sich über die zweite Stirnseite (22', 22") hinaus in Richtung des Bodens (12) erstreckt, durch eine Schweißverbindung, insbesondere radiale Schweißnaht, mit dem Mantel (13) elektrisch leitfähig verbunden ist.
  4. Zylindrische Energiespeicherzelle (100, 100', 100") gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei zumindest ein Abschnitt (22-1, 22-1', 22-1") der zweiten Stirnseite (22, 22', 22") durch nicht mit dem zweiten Aktivmaterial (42) beschichtete Abschnitte (41-5, 41'-5) des zweiten Stromkollektors (41) gebildet ist, und der zumindest eine Abschnitt (22-1, 22-1', 22-1") der zweiten Stirnseite (22, 22', 22") des Elektrodenwickels (20, 20', 20") elektrisch leitfähig mit dem Boden (12) des Gehäuses (10) verbunden ist.
  5. Zylindrische Energiespeicherzelle (100, 100', 100") gemäß Anspruch 4, wobei der zumindest eine Abschnitt (22-1, 22-1', 22-1") der zweiten Stirnseite (22, 22', 22") durch Umformen von nach der Wicklung des Elektrodenwickels (20, 20', 20") überstehenden und nicht mit dem zweiten Aktivmaterial (42) beschichteten Abschnitten (41-5, 41'-5) des zweiten Stromkollektors (41) gebildet ist.
  6. Zylindrische Energiespeicherzelle (100, 100', 100") gemäß einem der Ansprüche 2 bis 5, wobei zumindest ein Abschnitt (21-1, 21-1', 21-1") der ersten Stirnseite (21, 21', 21") durch nicht mit dem ersten Aktivmaterial (32) beschichtete Abschnitte (31-2) des ersten Stromkollektors (31) gebildet ist, und der zumindest eine Abschnitt (21-1, 21-1', 21-1") der ersten Stirnseite (21, 21', 21") des Elektrodenwickels (20, 20', 20") elektrisch leitfähig mit dem Deckel (11) des Gehäuses (10) verbunden ist.
  7. Zylindrische Energiespeicherzelle (100, 100', 100") gemäß Anspruch 6, wobei der zumindest eine Abschnitt (21-1, 21-1', 21-1") der ersten Stirnseite (21, 21', 21") durch Umformen von nach der Wicklung des Elektrodenwickels (20, 20', 20") überstehenden und nicht mit dem ersten Aktivmaterial (32) beschichteten Abschnitten (31-2) des ersten Stromkollektors (31) gebildet ist.
  8. Energiespeichermodul (200), aufweisend: ein Energiespeichermodulgehäuse (201), und zumindest eine zylindrische Energiespeicherzelle (100, 100', 100") gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, die in dem Energiespeichermodulgehäuse (201) angeordnet ist.
  9. Energiespeichermodul (200) gemäß Anspruch 8, ferner aufweisend eine Kühleinrichtung (202), die eine Kühlplatte aufweist, welche in dem Energiespeichermodulgehäuse (201) angeordnet ist und auf welcher die zumindest eine zylindrische Energiespeicherzelle (100, 100', 100") angeordnet ist.
  10. Fahrzeug, insbesondere Hybrid- oder Elektrofahrzeug, aufweisend: ein Energiespeichermodul (200) gemäß Anspruch 8 oder 9, und einen Antriebsmotor (301), der unter Verwendung einer von der zumindest einen zylindrischen Energiespeicherzelle (100, 100', 100') des Energiespeichermoduls (200) gelieferten elektrischen Energie antreibbar ist.
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