-
Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Pouch-Zelle, aufweisend mindestens eine erste und zweite Elektrode, einen zwischen den Elektroden angeordneten Separator und eine flexible Außenhülle.
-
Pouch-Zellen, auch als Softpack- oder Coffeebag-Zellen bezeichnet, sind aus dem Stand der Technik in verschiedenen Ausführungsformen bekannt. Es handelt sich dabei um eine Bauform eines Lithium-Ionen-Akkumulators, wobei das elektrochemisch aktive Material im Unterschied zu Batterien mit festem Gehäuse (Hardcase) von einer flexiblen Außenhülle, beispielsweise aus einer Kunststoff-Aluminium-Verbundfolie, eingeschlossen ist. Durch diese Gestaltung weist eine Pouch-Zelle ein geringes Gewicht und kompakte Abmessungen auf, ist jedoch durch die dünne Hülle generell anfälliger gegenüber mechanischen Belastungen und Beschädigungen von außen und kann zudem bei einem Anstieg des Zellen-Innendrucks ihr Volumen vergrößern. Beide Einflüsse müssen bei der Anordnung und Lagerung der Zellen innerhalb einer Vorrichtung oder als Teil eines Zellstacks berücksichtigt werden, um einen sicheren Betrieb zu gewährleisten. Für herkömmliche Batterien sind aus dem Stand der Technik unterschiedliche Anordnungen und Formen der Elektroden bzw. Zellen bekannt, wie beispielsweise Stapel aus kreisscheibenförmigen Elektroden, wie sie in den Druckschriften
EP 2 871 699 B1 ,
JP 2017 -
224401 A ,
JP 3209731 U beschrieben werden. Im Gegensatz dazu sind Pouch-Zellen meist als flacher Quader ausgebildet, der in der Regel fest oder elastisch in einem starren Rahmen verspannt ist und auf diese Weise innerhalb einer Vorrichtung oder eines Zellmoduls fixiert werden kann. Die Kontaktierung erfolgt dabei üblicherweise durch aus der flexiblen Hülle herausragende Anschlusselemente.
-
Die Energiespeichervorrichtung gemäß US 2019 / 0 214 608 A1 umfasst eine positive Elektrode, eine negative Elektrode, einen äußeren Körper und einen Elektrolyten. Die Außenkante sowohl der aktiven Materialschicht der positiven Elektrode als auch der aktiven Materialschicht der negativen Elektrode beschreibt eine geschlossene Kurve. Der äußere Körper enthält eine Folie und einen durch Thermokompression verklebten Bereich. Die Innenkante des durch Thermokompression verklebten Bereichs beschreibt eine geschlossene Kurve. Der Elektrolyt, die aktive Materialschicht der positiven Elektrode und die aktive Materialschicht der negativen Elektrode befinden sich in einem Bereich, der von dem durch Thermokompression verklebten Bereich umgeben ist.
-
KR 10 2017 0 019 332 A bezieht sich auf eine ringförmige Pouch-Batteriezelle und insbesondere auf eine Batteriezelle, die eine Elektrodenanordnung mit einer Trennfolie zwischen einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode aufweist, die in einem Batteriegehäuse eingebettet sind. Die Batteriezelle umfasst eine Elektrodenbaugruppe, die ringförmige Elektrodenplatten aufweist, die in Bezug auf die Bodenfläche aufeinander gestapelt sind, ein Batteriegehäuse, das aus einem oberen Gehäuse und einem unteren Gehäuse besteht und eine Elektrodenbaugruppen-Aufnahmeeinheit enthält, welche in einer Form ausgebildet ist, die der Form der Elektrodenbaugruppe entspricht, um die Elektrodenbaugruppe darin aufzunehmen, und eine positive sowie eine negative Elektrodenleitung, die aus dem Batteriegehäuse herausragen. Die Elektrodenanordnung weist hierbei eine kugelförmige äußere und eine kugelförmige hohle innere Umfangsfläche auf, während die Aufnahmeeinheit eine äußere Umfangsaufnahmeeinheit, die der äußeren Umfangsfläche der Elektrodenanordnung zugewandt ist, und eine innere Umfangsaufnahmeeinheit aufweist, die der hohlen inneren Umfangsfläche der Elektrodenanordnung zugewandt ist.
-
US 2017 / 0 229 745 A1 beschreibt eine Batteriezelle, in welcher positive und negative Elektroden in Bezug auf den Boden derart gestapelt sind, dass Separatoren jeweils zwischen den positiven Elektroden und den negativen Elektroden angeordnet sind. Der Elektrodenstapel ist in einem Batteriegehäuse in einem abgedichteten Zustand montiert ist, wobei das Batteriegehäuse in einer Rohrform mit einem hohlen Teil ausgebildet ist und der Elektrodenstapel in einer Form ausgebildet ist, die der Form des Batteriegehäuses entspricht.
-
Eine Jelly-Roll-Batteriezelle mit hohlem Kern und ohne starres Außengehäuse wird offenbart in US 2018 / 0 190 950 A1.
-
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Aufgabe, eine Bauform für eine Pouch-Zelle bereitzustellen, die eine kompakte Anordnung und eine flexible Kontaktierung innerhalb einer Vorrichtung oder eines Zellstacks erlaubt.
-
Zur Lösung der Aufgabe wird eine elektrochemische Pouch-Zelle vorgeschlagen, aufweisend mindestens eine erste und zweite Elektrode, einen zwischen den Elektroden angeordneten Separator und eine flexible Außenhülle, wobei die Pouch-Zelle einen kreisförmigen Außenrand und ein in ihrer Mitte angeordnetes kreisförmiges Durchgangsloch aufweist, wobei ein ringförmiges äußeres Kontaktelement an dem Außenrand angeordnet ist und ein ringförmiges inneres Kontaktelement an einem Innenrand des Durchgangslochs angeordnet ist, wobei ein Stromableiter der ersten Elektrode elektrisch leitend mit dem inneren Kontaktelement verbunden ist und ein Stromableiter der zweiten Elektrode elektrisch leitend mit dem äußeren Kontaktelement verbunden ist, wobei die flexible Außenhülle zwei elektrisch isolierende Folien umfasst, wobei sich jede der beiden Folien zwischen dem inneren und dem äußeren Kontaktelement erstreckt und die beiden Folien einander gegenüberliegende Stirnseiten der Pouch-Zelle bedecken.
-
Die erfindungsgemäße Pouch-Zelle kann durch diese Formgebung in einfacher und robuster Weise auf ein zylinder- oder stiftförmiges Halteelement aufgesetzt werden, wobei die elektrische Kontaktierung über die radial innen und außen liegenden Kontaktelemente erfolgen kann. Die Abmessungen der Pouch-Zelle werden in Radialrichtung durch den Radius des äußeren Umfangs und senkrecht dazu durch die Ausdehnung in Dickenrichtung der Pouch-Zelle bestimmt.
-
Bevorzugt ist die Pouch-Zelle im Wesentlichen als Kreisscheibe oder flacher Kreiszylinder mit einem zentralen Durchgangsloch ausgebildet. Vorzugsweise ist die Dicke der Pouch-Zelle maximal so groß wie der Radius des äußeren Umfangs, besonders bevorzugt maximal so groß wie der halbe Radius und ganz besonders bevorzugt maximal so groß wie ein Viertel des Radius
-
Vorzugsweise handelt es sich bei der Pouch-Zelle um einen Metall-Ionen-Akkumulator, insbesondere um einen Lithium-Ionen-Akkumulator. Die Elektroden und der Separator sind insbesondere als Folien ausgebildet. Jede der Elektroden weist dabei insbesondere eine metallische Schicht auf, die als Stromableiter dient und eine weitere Schicht aus elektrochemisch aktivem Material, die flächig an der Metallschicht anliegt und vorzugsweise eine der beiden Oberflächen der Metallschicht vollständig bedeckt. Insbesondere kann es sich bei den Elektroden um Metallfolien handeln, die mit dem entsprechenden Aktivmaterial beschichtet sind. Beispielsweise kann der Stromableiter der Anode eine (insbesondere vernickelte) Kupferfolie sein, während der Stromableiter der Kathode durch eine Aluminiumfolie gebildet wird. Zwischen der Anode und der Kathode ist der Separator angeordnet, der einen physikalischen Kontakt zwischen den Elektroden und damit einen elektrischen Kurzschluss verhindert, jedoch gleichzeitig einen freien Ionentransport zwischen den Elektroden gewährleistet. Bei dem Separator kann es sich beispielsweise um ein, mit einem flüssigen Elektrolyten getränkte poröse Schicht handeln. Denkbar sind auch feste Polymerelektrolyte die sowohl als Separator, als auch als lonenleiter fungieren. Die erfindungsgemäße Zelle weist mindestens eine Anode und eine Kathode auf, kann jedoch auch eine Mehrzahl von Anoden und Kathoden aufweisen, die beispielsweise stapelförmig in der Zelle angeordnet sind. Die Stromableiter der Anode und Kathode, bzw. der Anoden und Kathoden, sind jeweils elektrisch leitend mit einem der beiden Kontaktelemente verbunden. Beispielsweise kann der Stromableiter der Anode mit dem inneren Kontaktelement und der Stromableiter der Kathode mit dem äußeren Kontaktelement verbunden sein, oder umgekehrt. Das innere und äußere Kontaktelement ist elektrisch leitend oder weist einen elektrischen Leiter auf, der den jeweiligen Stromableiter kontaktiert. Vorzugsweise sind die Kontaktelemente aus einem Metall beispielsweise aus dem gleichen Metall wie der jeweilige Stromabnehmer. Die Kontaktelemente können entweder flexibel, beispielsweise folienartig, oder starr ausgebildet sein.
-
Die Anordnung aus Elektroden und Separator ist von der flexiblen Außenhülle umgeben, wobei die Außenhülle die Elektroden und den Separator insbesondere gas- und oder flüssigkeitsdicht einschließt. Die Außenhülle kann beispielsweise aus einem Kunststoff-Metall-Verbundmaterial bestehen. Insbesondere handelt es sich bei der Außenhülle um ein Laminat, das beispielsweise durch eine dünne Aluminiumfolie (Walzaluminium) gebildet wird, die beidseitig mit Kunststofflagen (z.B. Polyamid an der Außenseite und Polypropylen an der Innenseite) verbunden bzw. beschichtet ist. Die Außenhülle wird durch zwei Folien gebildet, die jeweils kreisförmig ausgebildet sind und in ihrem Mittelpunkt ein Durchgangsloch aufweisen, wobei sich jede der beiden Folien zwischen dem inneren und dem äußeren Kontaktelement erstreckt und auf diese Weise jeweils eine der beiden kreisringförmigen Stirnflächen der Zelle bildet. Vorzugsweise ist jede Folie mit beiden Kontaktelementen verbunden. Um eine dichtende Umhüllung zu bilden, kann jede der beiden Folien beispielsweise dichtend mit dem äußeren und/oder dem inneren Kontaktelement verbunden sein. Alternativ oder zusätzlich ist es möglich, dass ein radial außen liegender Randbereich der ersten Folie mit einem radial außen liegenden Randbereich der zweiten Folie dichtend verbunden ist (so dass das äußere Kontaktelement von den beiden Folien vollständig eingehüllt wird) und/oder ein radial innen liegender Randbereich der ersten Folie ist mit einem radial innen liegenden Randbereich der zweiten Folie dichtend verbunden (so dass das innere Kontaktelement vollständig von den beiden Folien eingehüllt wird). Das äußere Kontaktelement kann zwischen den beiden Folien radial nach außen hervorragen oder vollständig von den Folien eingeschlossen sein. Zusätzlich oder alternativ kann das innere Kontaktelement zwischen den beiden Folien radial nach innen hervorragen oder vollständig von den Folien eingeschlossen sein. Das jeweilige Kontaktelement kann über den gesamten inneren bzw. äußeren Umfang hinweg zwischen den Folien hervorragen oder nur über einen Teil des Umfangs hinweg, während es über einen anderen Teil des Umfangs hinweg vollständig von den Folien eingeschlossen ist. Vorzugsweise bilden die zwischen den Folien hervorragenden Teile des jeweiligen Kontaktelements einen positiven oder negativen Zellenpol der Pouch-Zelle. Ist das jeweilige Kontaktelement über den gesamten Umfang hinweg von den Folien eingeschlossen, so weist die Pouch-Zelle insbesondere zusätzliche leitende Elemente auf, die zwischen den Folien herausragen und mit dem Kontaktelement leitend verbunden sind, so dass die leitenden Elemente einen Zellenpol der Pouch-Zelle bilden.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Pouch-Zelle eine Mehrzahl von Anoden und Kathoden auf, wobei die Anoden und Kathoden in einer Dickenrichtung der Pouch-Zelle derart stapelförmig angeordnet sind, dass sich Anoden und Kathoden abwechseln. Insbesondere sind die Elektroden als identisch geformte Kreisscheiben mit jeweils einem in ihrer Mitte angeordneten kreisförmigen Durchgangsloch ausgebildet. Die Elektroden sind in dem Stapel übereinander angeordnet, wobei die Durchgangslöcher in Deckung sind. Jede Elektrode weist einen Stromableiter auf, wobei die Stromableiter der Anoden mit dem inneren oder dem äußeren Kontaktelement verbunden sind, während die Stromableiter der Kathoden mit dem jeweils anderen Kontaktelement verbunden sind.
-
Vorzugsweise sind die Stromableiter der Anoden in einem radialen Randbereich der Stromableiter über den gesamten Umfang hinweg leitend mit dem zugehörigen Kontaktelement verbunden und/oder die Stromableiter der Kathoden sind in einem radialen Randbereich der Stromableiter über den gesamten Umfang hinweg leitend mit dem zugehörigen Kontaktelement verbunden. Insbesondere können die Stromableiter der Kathoden in einem radial außen liegenden Randbereich über den gesamten äußeren Umfang der Stromableiter hinweg mit dem äußeren Kontaktelement verbunden sein und die Stromableiter der Anoden können in einem radial innen liegenden Randbereich über den gesamten inneren Umfang hinweg mit dem inneren Kontaktelement verbunden sein. Analog ergibt sich eine alternative Konfiguration, bei der die Anoden mit dem äußeren Kontaktelement verbunden sind und die Kathoden mit dem inneren Kontaktelement verbunden sind.
-
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist die Pouch-Zelle eine Anode und eine Kathode auf, wobei die Anode und die Kathode spiralförmig um das Durchgangsloch angeordnet sind und einen zylindrischen Wickel bilden. Im Gegensatz zu der stapelförmigen Anordnung der Elektroden sind hier die Kathode, die Anode und der dazwischen angeordnete Separator zu einer Spirale geformt, wobei der Stromableiter einer Elektrode am radial innen liegenden Ende der Spirale das innere Kontaktelement kontaktiert, während der Stromableiter der anderen Elektrode am radial außen liegenden Ende der Spirale das äußere Kontaktelement kontaktiert. Insbesondere liegt die Anordnung aus Elektroden und Separator in Form eines spiralförmigen Bands oder Streifens vor, wobei die Breite der Bands bzw. Streifens im Wesentlichen der Dicke der Pouch-Zelle entspricht.
-
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Pouch-Zelle ein erstes und zweites Ableitelement aufweist, wobei das erste Ableitelement elektrisch leitend mit dem inneren Kontaktelement verbunden ist und den spiralförmig verlaufenden Stromableiter der ersten Elektrode an unterschiedlichen radialen Positionen elektrisch leitend kontaktiert, wobei das zweite Ableitelement elektrisch leitend mit dem äußeren Kontaktelement verbunden ist und den spiralförmig verlaufenden Stromableiter der zweiten Elektrode an unterschiedlichen radialen Positionen elektrisch leitend kontaktiert. Die Ableitelemente erstrecken sich insbesondere in gerader, in Radialrichtung verlaufender Linie und verbinden die spiralförmigen Stromableiter mit dem jeweiligen Kontaktelement. Vorzugsweise verläuft das erste Ableitelement um 90° oder 180° versetzt zum zweiten Ableitelement. Die Zelle kann auch vier oder mehr Ableitelemente aufweisen, wobei sich Ableitelemente, die den Stromableiter der Anode kontaktieren in Umfangsrichtung mit Ableitelementen abwechseln, die den Stromableiter der Kathode kontaktieren. Vorzugsweise verlaufen die vier oder mehr Stromableiter strahlenförmig in Radialrichtung und schließen konstante Winkel miteinander ein, d.h. sind über die Umfangsrichtung gleichmäßig verteilt.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das innere und/oder das äußere Kontaktelement einen elektrisch leitenden Zellenpol auf, der sich über den gesamten Innenrand beziehungsweise Außenrand der Pouch-Zelle erstreckt. Bei dieser Ausgestaltung verläuft der innere Zellenpol über den gesamten inneren Rand des Durchgangslochs der Zelle und/oder der äußere Zellenpol verläuft über den gesamten Außenrand der Zelle. Die Zellenpole können im einfachsten Fall einstückig mit den Kontaktelementen ausgebildet sein oder die Kontaktelemente können ringförmige Zellenpole aufweisen und diese mit den Stromableitern der Elektroden verbinden.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das innere und/oder das äußere Kontaktelement einen streifenförmigen elektrischen Leiter auf, der sich in Radialrichtung erstreckt und einen Zellenpol der Pouch-Zelle bildet. Bei dieser Ausführungsform sind die Zellenpole nicht über den gesamten Umfang umlaufend ausgebildet, sondern bestehen aus leitenden, insbesondere metallischen Streifen, die radial nach außen bzw. innen abstehen und zur elektrischen Kontaktierung der Zelle dienen.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weist das innere und/oder das äußere Kontaktelement mindestens zwei streifenförmige elektrische Leiter auf, die sich in Radialrichtung erstrecken, wobei die streifenförmigen elektrischen Leiter gleichmäßig über die Umfangsrichtung verteilt angeordnet sind. Insbesondere wird der innere Zellenpol durch zwei Leiter gebildet, die am Innenrand des Durchgangslochs nach innen ragen und um 180° zueinander versetzt angeordnet sind. In ähnlicher Weise kann der äußere Zellenpol durch zwei Leiter gebildet sein, die am Außenrand der Zelle radial nach außen ragen und um 180° zueinander versetzt angeordnet sind. Analog kann der innere und/oder der äußere Zellenpol jeweils durch n streifenförmige Leiter gebildet sein, die um 360°/n gegeneinander versetzt sind.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Folien mit dem inneren und/oder dem äußeren Kontaktelement verschweißt und/oder verklebt. Insbesondere sind die beiden Folien mit dem inneren und/oder dem äußeren Kontaktelement gas- und flüssigkeitsdicht verschweißt und/oder verklebt. Insbesondere ragen das innere und/oder das äußere Kontaktelement zwischen den beiden Folien radial nach innen bzw. außen über die Folien hinaus. Die Kontaktelemente können dabei über den gesamten Umfang oder nur über einen Teil des Umfangs über die Folien hinausragen.
-
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Folien an ihrem inneren radialen Rand und/oder an ihrem äußeren radialen Rand miteinander verschweißt und/oder verklebt. Insbesondere können die beiden Folien an ihrem inneren bzw. äußeren Rand über den gesamten inneren bzw. äußeren Umfang hinweg verschweißt und/oder verklebt sein und das entsprechende Kontaktelement vollständig umhüllen. Denkbar ist auch, dass die Kontaktelemente über einen ersten Teil des Umfangs hinweg über die Folien hinausragen und über einen zweiten Teil des Umfangs hinweg vollständig von den Folien eingehüllt sind.
-
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung sollen nachfolgend anhand der in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiele beschrieben werden. Hierin zeigt:
- 1 den Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pouch-Zelle in einer schematischen Darstellung;
- 2 eine stapelförmige Anordnung der Elektroden im Inneren der Pouch-Zelle;
- 3 eine gewickelte Anordnung der Elektroden im Inneren der Pouch-Zelle; und
- 4 eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pouch-Zelle mit durch streifenförmige Leiter gebildeten Zellenpolen.
-
Die Darstellung in 1 illustriert den schematischen Aufbau einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pouch-Zelle 1. Dabei zeigt die obere Abbildung eine Seitenansicht mit einem Schnitt durch die Zelle 1 und die untere Abbildung eine Aufsicht auf die Zelle 1. Die Zelle 1 ist im Wesentlichen als Kreisscheibe ausgebildet und weist in ihrem Zentrum ein ebenfalls kreisförmiges Durchgangsloch 7 auf. Am kreisförmigen Außenrand 8 der Zelle 1 ist ein ringförmiges äußeres Kontaktelement 18 angeordnet, während am kreisförmigen Innenrand 9 des Durchgangslochs 7 ein inneres Kontaktelement 19 angeordnet ist. Die Kontaktelemente 18, 19 erstrecken sich jeweils über den gesamten Innen- bzw. Außenrand 9, 8 und dienen der elektrischen Kontaktierung der Elektroden 2, 3 im Inneren der Zelle 1 (vgl. 2 und 3). Zwischen den Kontaktelementen 18, 19 erstrecken sich zwei flexible Folien 15, 16, die mit beiden Kontaktelementen 18, 19 verbunden sind und die obere und untere Stirnseite 25, 26 der Zelle 1 bedecken. Zusammen bilden die beiden Folien 15, 16 die flexible Außenhülle 5 der Zelle 1, in der die elektrochemisch aktiven Komponenten gas- und flüssigkeitsdicht eingeschlossen sind. Der innere Aufbau wird nachfolgend anhand von 2 und 3 beschrieben.
-
Die Abbildung in 2 zeigt eine Schnittdarstellung mit dem inneren Aufbau einer ersten Variante der erfindungsgemäßen Pouch-Zelle 1. Bei dieser Ausgestaltung sind die Elektroden 2, 3 als Stapel in der Zelle 1 angeordnet. Die mit dem inneren Kontaktelement 19 verbundenen Elektroden 2 können beispielsweise die Kathoden sein und die mit dem äußeren Kontaktelement 18 verbundenen Elektroden können die Anoden sein. Für die Beschreibung wird die umgekehrte Zuordnung angenommen. Die Konfiguration besteht also aus drei Anoden 2, zwei Kathoden 3 (oder drei Kathoden 2, zwei Anoden 3) und vier, jeweils zwischen Anode und Kathode 2, 3 angeordneten Separatoren 4. Die Stapelfolge der Elektroden 2, 3 ergibt sich damit als Anode, Kathode, Anode, Kathode, Anode. Jede der Elektroden 2, 3 besteht aus einem flächigen Stromableiter 12 bzw. 13 der mit dem jeweiligen Aktivmaterial der Elektrode 2, 3 beschichtet ist. Jede einzelne Elektrode 2, 3 und die zugehörigen Separatoren 4 sind als Kreisscheibe mit zentralem Durchgangsloch ausgebildet, wobei die Stromableiter 12 der Anoden 2 über die innere Kontaktierung 39 zusammengeführt werden und mit dem inneren Kontaktelement 19 leitend verbunden sind, während die Stromableiter 13 der Kathoden 3 über die äußere Kontaktierung 38 zusammengeführt werden und mit dem äußeren Kontaktelement 18 verbunden sind. Die Kontaktierungen 38, 39 verbinden die Stromableiter 13, 12 jeweils über den gesamten inneren bzw. äußeren Umfang hinweg mit dem jeweiligen Kontaktelement 18, 19. Auf diese Weise wird durch die Kontaktelemente 18, 19 eine großflächige und entsprechend niederohmige Kontaktierung der Elektroden 2, 3 erzielt und gleichzeitig eine entsprechend großflächige Anbindung nach außen bereitgestellt.
-
Die abgebildete Konfiguration ist lediglich schematisch und beispielhaft zu verstehen. Die Anzahl an Anoden und Kathoden 2, 3 ist bei der erfindungsgemäßen Pouch-Zelle 1 nicht auf die dargestellte Zahl eingeschränkt und statt der dargestellten Zuordnung zwischen Anode 2 und Kathode 3 und dem inneren bzw. äußeren Kontaktelement 19, 18 kann auch umgekehrt die mit dem inneren Element 19 verbundene Elektrode 2 die Kathode bilden und die mit dem äußeren Element 18 verbundene Elektrode 3 die Anode.
-
Bei der in 3 dargestellten zweiten Variante liegen die Elektroden 2, 3 im Gegensatz zu der gestapelten Anordnung aus 3 als zylindrischer Wickel vor. Die erste Elektrode 2 (die vorzugsweise die Anode ist), die zweite Elektrode 3 (vorzugsweise die Kathode) und die dazwischen angeordnete Separatorschicht 4 bilden eine Spirale, die zwischen dem inneren und äußeren Kontaktelement 19, 18 angeordnet ist, wobei die erste Elektrode 2 am Kontaktpunkt 39 mit dem inneren Kontaktelement 19 verbunden ist, während die zweite Elektrode 3 am Kontaktpunkt 38 mit dem äußeren Kontaktelement verbunden ist. Neben den direkten Kontaktpunkten 38, 39 weist die Zelle 1 darüber hinaus zwei zusätzliche Ableitelemente 21, 22 auf, die die spiralförmig verlaufenden Stromableiter 12, 13 der Elektroden 2, 3 an unterschiedlichen radialen Positionen kontaktieren und auf diese Weise die Anbindung der Elektroden 2, 3 an die Kontaktelemente 18, 19 verbessern. Das erste Ableitelement 21 verläuft zu diesem Zweck in Radialrichtung und mündet auf dem inneren Kontaktelement 19, während das zweite Ableitelement 22 in eine dazu senkrechte radiale Richtung verläuft und auf dem äußeren Kontaktelement 18 endet. Die Zelle 1 kann auch vier, sechs oder mehr Ableitelemente 21, 22 aufweisen, die strahlenförmig in Radialrichtung verlaufen und abwechselnd der Kontaktierung der ersten oder zweiten Elektrode 2, 3 dienen.
-
4 zeigt eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Pouch-Zelle 1. In der oberen Abbildung ist eine Aufsicht auf die Zelle 1 dargestellt, während unten ein schematischer Schnitt abgebildet ist. Die Zelle 1 weist einen kreisförmigen Außenrand 8 und eine zentrales Durchgangsloch 7 mit einem ebenfalls kreisförmigen Innenrand 9 auf. Die Elektroden 2, 3 der Zelle sind von der flexiblen Außenhülle 5 gas- und flüssigkeitsdicht eingeschlossen, wobei die Hülle 5 aus zwei Folien 15, 16 gebildet wird, die jeweils die obere und untere Stirnfläche 15, 16 der Zelle 1 bedecken. Die Zellenpole 28, 29 werden von vier Metallstreifen 28, 29 gebildet, wobei die äußeren Pole 28 vom Außenrand 8 der Zelle aus radial nach außen abstehen und entlang des Umfangs um 180° zueinander versetzt angeordnet sind, während die inneren Pole 29 im Durchgangsloch 7 radial nach innen abstehen und ebenfalls um 180° zueinander versetzt sind.
-
Die Anbindung der Leiter 28, 29 an die Kontaktelemente 18, 19 kann unterschiedlich realisiert werden. Beispielsweise können die beiden Folien 15, 16 mit dem jeweiligen (inneren oder äußeren) Kontaktelement 18, 19 verbunden sein und das Kontaktelement 18, 19 kann zwischen den Folien 15, 16 über den gesamten Umfang hinweg nach außen ragen (vgl. 1). Die Metallstreifen 28, 29 können dann mit dem nach außen ragenden Teil des Kontaktelements 18, 19 verbunden sein oder mit diesem einstückig ausgebildet sein. Die Kontaktelemente 18, 19 können aber auch vollständig von den Folien 15, 16 eingeschlossen sein (beispielsweise indem die äußeren und inneren Randbereiche der Folien 15, 16 miteinander verschweißt sind), so dass nur die, mit den Kontaktelementen 18, 19 verbundenen Pole 28, 29 zwischen den Folien 15, 16 nach außen ragen.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Pouch-Zelle
- 2
- erste Elektrode
- 3
- zweite Elektrode
- 4
- Separator
- 5
- Außenhülle
- 7
- Durchgangsloch
- 8
- Außenrand
- 9
- Innenrand
- 12
- Stromableiter der ersten Elektrode
- 13
- Stromableiter der zweiten Elektrode
- 15
- erste Folie
- 16
- zweite Folie
- 18
- äußeres Kontaktelement
- 19
- inneres Kontaktelement
- 21
- erstes Ableitelement
- 22
- zweites Ableitelement
- 25
- erste Stirnseite der Pouch-Zelle
- 26
- zweite Stirnseite der Pouch-Zelle
- 28
- äußerer Zellenpol
- 29
- innerer Zellenpol
- 38
- Kontaktierung der zweiten Elektrode
- 39
- Kontaktierung der ersten Elektrode
