DE102022105602A1

DE102022105602A1 - Battery with heat conductor

Info

Publication number: DE102022105602A1
Application number: DE102022105602.3A
Authority: DE
Inventors: Matthias Tomecki
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2022-03-10
Filing date: 2022-03-10
Publication date: 2023-09-14

Abstract

Batterie mit einer Umhüllung (1) und einem innerhalb der Umhüllung (1) angeordneten Stapel (2) mit mehreren ersten Elektroden und mehreren zweiten Elektroden, die in dem Stapel (2) wechselweise angeordnet sind und die jeweils einen Stromableiter (7) aufweisen, wobei die Stromableiter (7a) der ersten Elektroden mit einem ersten Batteriepol (8a) elektrisch leitend verbunden sind und die Stromableiter (7b) der zweiten Elektroden mit einem zweiten Batteriepol (8b) elektrisch leitend verbunden sind, und wobei die ersten Elektroden unter Ausschluss der zweiten Elektroden zusätzlich über mindestens einen Wärmeleiter (9a) miteinander verbunden sind und/oder die zweiten Elektroden unter Ausschluss der ersten Elektroden zusätzlich über mindestens einen Wärmeleiter (9b) miteinander verbunden sind.Battery with a casing (1) and a stack (2) arranged within the casing (1) with a plurality of first electrodes and a plurality of second electrodes, which are arranged alternately in the stack (2) and which each have a current collector (7), wherein the current conductors (7a) of the first electrodes are electrically conductively connected to a first battery pole (8a) and the current conductors (7b) of the second electrodes are electrically conductively connected to a second battery pole (8b), and wherein the first electrodes exclude the second electrodes are additionally connected to one another via at least one heat conductor (9a) and/or the second electrodes are additionally connected to one another via at least one heat conductor (9b), excluding the first electrodes.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie, insbesondere eine als Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeug vorgesehene Batterie, mittels der elektrische Energie für einen Betrieb eines elektrischen Traktionsmotors des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden kann.The invention relates to a battery, in particular a battery provided as a traction battery of a motor vehicle, by means of which electrical energy can be provided for operating an electric traction motor of the motor vehicle.

Eine Batterie ist ein Speicher für elektrische Energie auf elektrochemischer Basis, bei deren Entladung gespeicherte chemische Energie durch eine elektrochemische Redoxreaktion in elektrische Energie gewandelt wird. Im Kontext der Erfindung werden als Batterien sowohl sogenannte Primärbatterien, die nur für eine einmalige Entladung und nicht für ein erneutes Laden vorgesehen sind, als auch sogenannte Sekundärbatterien beziehungsweise Akkumulatoren, die für ein mehrfaches Laden vorgesehen und entsprechend ausgelegt sind, verstanden. Ein Laden einer Sekundärbatterie stellt dabei die elektrolytische Umkehrung der bei der Entladung ablaufenden elektrochemischen Redoxreaktion dar, die durch das Anlegen einer elektrischen Spannung realisiert wird.A battery is an electrochemical-based storage device for electrical energy. When discharged, stored chemical energy is converted into electrical energy by an electrochemical redox reaction. In the context of the invention, batteries are understood to mean both so-called primary batteries, which are only intended for a single discharge and not for recharging, and so-called secondary batteries or accumulators, which are intended for multiple charging and are designed accordingly. Charging a secondary battery represents the electrolytic reversal of the electrochemical redox reaction that occurs during discharge, which is realized by applying an electrical voltage.

Eine Batterie umfasst eine oder, üblicherweise, mehrere Batteriezellen beziehungsweise galvanische Zellen. Die Batteriezellen weisen jeweils zwei Elektroden, einen zwischen den Elektroden angeordneten Separator zur elektrischen Separierung der Elektroden und einen als lonenleiter zwischen den Elektroden dienenden Elektrolyten auf (vgl. US 6 027 831 A ).A battery comprises one or, usually, several battery cells or galvanic cells. The battery cells each have two electrodes, a separator arranged between the electrodes for electrically separating the electrodes and an electrolyte serving as an ion conductor between the electrodes (cf. US 6,027,831 A ).

Batterien und insbesondere die als Traktionsbatterien in Kraftfahrzeugen derzeit hauptsächlich genutzten Lithium-Ionen-Batterien sollten in einem definierten Temperaturbereich gelagert und insbesondere betrieben, d.h. geladen und entladen werden, um Leistungsdefizite, Beschädigungen und/oder eine beschleunigte Alterung zu vermeiden. Ein Überschreiten des Temperaturbereichs muss dabei nicht ausschließlich auf einer Temperaturangleichung mit einer entsprechend hohen Umgebungstemperatur beruhen; vielmehr erzeugen Batterien bei einem Laden oder Entladen einer Batterie in erheblichem Maße Abwärme, die zu einer Eigenerwärmung führt. Es kann daher sinnvoll sein, Batterien zu temperieren, um ein Unter- oder Überschreiten des Temperaturbereichs zu vermeiden. Bei Traktionsbatterien von Kraftfahrzeugen erfolgt eine solche Temperierung üblicherweise mittels einer Integration der Traktionsbatterien in ein Kühlsystem des Kraftfahrzeugs, durch das Wärmeenergie über eine Temperierflüssigkeit auf die Traktionsbatterien übertragen oder von diesen abgeführt werden kann. Dabei werden üblicherweise Umhüllungen beziehungsweise Gehäuse einzelner Batterien oder Batteriemodule, die verschaltet zu einem sogenannten Batteriestack die Traktionsbatterie ausbilden, temperiert. Innerhalb der Umhüllungen sind jedoch üblicherweise eine Vielzahl einzelner Batteriezellen in einem Stapel angeordnet. Daraus folgt, dass eine Temperierung über die Umhüllung wirksamer für relativ nah an der Umhüllung gelegene Schichten des Stapels ist und die Temperierwirkung zu dem Zentrum innerhalb der Umhüllung hin deutlich abnimmt.Batteries and in particular the lithium-ion batteries currently mainly used as traction batteries in motor vehicles should be stored and in particular operated, i.e. charged and discharged, in a defined temperature range in order to avoid performance deficits, damage and/or accelerated aging. Exceeding the temperature range does not have to be based exclusively on a temperature adjustment with a correspondingly high ambient temperature; Rather, when charging or discharging a battery, batteries generate a significant amount of waste heat, which leads to self-heating. It can therefore make sense to control the temperature of batteries in order to avoid falling below or exceeding the temperature range. In the case of traction batteries of motor vehicles, such temperature control is usually carried out by integrating the traction batteries into a cooling system of the motor vehicle, through which thermal energy can be transferred to or removed from the traction batteries via a heat transfer fluid. In this case, casings or housings of individual batteries or battery modules, which are connected to form a so-called battery stack and form the traction battery, are usually tempered. However, a large number of individual battery cells are usually arranged in a stack within the casings. It follows that temperature control via the casing is more effective for layers of the stack that are located relatively close to the casing and the temperature control effect decreases significantly towards the center within the casing.

Um eine Kühlung einer Batteriezelle infolge einer Eigenerwärmung der Elektroden zu verbessern, kann gemäß der US 9 865 904 B2 ein folienförmiger Wärmeleiter zwischen den Elektroden der Batteriezelle angeordnet sein, wobei ein über den Stapel mit den Elektroden hinaus ragender Abschnitt des Wärmeleiters mit einem metallischen Gehäuse der Batteriezelle verbunden ist.In order to improve cooling of a battery cell as a result of self-heating of the electrodes, according to US 9,865,904 B2 a film-shaped heat conductor can be arranged between the electrodes of the battery cell, with a section of the heat conductor protruding beyond the stack with the electrodes being connected to a metallic housing of the battery cell.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, auf einfache Weise eine möglichst gleichmäßige Temperierung einer Batterie zu realisieren.The invention is based on the object of achieving the most uniform possible temperature control of a battery in a simple manner.

Diese Aufgabe ist bei einer Batterie gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Bevorzugte Ausgestaltungsformen einer solchen Batterie sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This task is solved with a battery according to claim 1. Preferred embodiments of such a battery are the subject of the further patent claims and/or result from the following description of the invention.

Eine erfindungsgemäße Batterie, vorzugsweise in einer Ausgestaltung als Sekundärbatterie, umfasst eine Umhüllung, z.B. in Form eines Gehäuses oder einer sogenannten Pouchzellen-Umhüllung, und einen innerhalb der Umhüllung angeordneten Stapel mit mehreren beziehungsweise mindestens zwei ersten Elektroden und mit mehreren beziehungsweise mindestens zwei zweiten Elektroden, die in dem Stapel, vorzugsweise unter Zwischenanordnung jeweils eines Separators, wechselweise angeordnet sind, d.h. zwischen zwei ersten Elektroden ist eine zweite Elektrode und zwischen zwei zweiten Elektroden ist eine erste Elektrode angeordnet. Die Elektroden weisen jeweils einen Stromableiter auf, wobei die Stromableiter der ersten Elektroden mit einem ersten Batteriepol elektrisch leitend verbunden sind und die Stromableiter der zweiten Elektroden mit einem zweiten Batteriepol elektrisch leitend verbunden sind. Erfindungsgemäß kann vorgesehen sein, dass die ersten Elektroden unter Ausschluss der zweiten Elektroden über mindestens einen zusätzlichen Wärmeleiter miteinander verbunden sind. Alternativ oder, vorzugsweise, zusätzlich kann vorgesehen sein, dass die zweiten Elektroden unter Ausschluss der ersten Elektroden über mindestens einen zusätzlichen Wärmeleiter miteinander verbunden sind. „Unter Ausschluss“ bedeutet dabei, dass der Wärmeleiter nicht mit den entsprechenden Elektroden verbunden ist beziehungsweise diese nicht kontaktiert. „Zusätzlich“ bedeutet, dass der Wärmeleiter zusätzlich zu beziehungsweise separiert von den Stromableitern vorgesehen ist, die die jeweiligen (ersten oder zweiten) Elektroden zumindest über den jeweils zugehörigen (ersten oder zweiten) Batteriepol verbinden und dabei neben der Stromleitfunktion auch wärmeleitend wirken können.A battery according to the invention, preferably in an embodiment as a secondary battery, comprises a casing, for example in the form of a housing or a so-called pouch cell casing, and a stack arranged within the casing with several or at least two first electrodes and with several or at least two second electrodes, which are arranged alternately in the stack, preferably with the interposition of a separator in each case, ie a second electrode is arranged between two first electrodes and a first electrode is arranged between two second electrodes. The electrodes each have a current collector, the current collectors of the first electrodes being electrically conductively connected to a first battery pole and the current collectors of the second electrodes being electrically conductively connected to a second battery pole. According to the invention, it can be provided that the first electrodes are connected to one another via at least one additional heat conductor, excluding the second electrodes. Alternatively or, preferably, additionally, it can be provided that the second electrodes are connected to one another via at least one additional heat conductor, excluding the first electrodes. “Excluded” means that the heat conductor is not connected to the corresponding electrodes or does not contact them. “Additional” means that the heat conductor is additionally included hung separately from the current conductors, which connect the respective (first or second) electrodes at least via the respective associated (first or second) battery pole and, in addition to the current conduction function, can also have a heat-conducting effect.

Durch den oder die Wärmeleiter kann auf strukturell einfache Weise eine zusätzliche, relativ gut Wärme leitende Verbindung von relativ zentral innerhalb des Stapels gelegenen Elektroden zu randseitig gelegenen Elektroden realisiert werden, so dass durch einen entsprechenden großen Wärmefluss über diese randseitigen Elektroden eine vorteilhaften Temperierung auch der zentral gelegenen Elektroden realisiert werden kann.By means of the heat conductor(s), an additional, relatively good heat-conducting connection can be realized in a structurally simple manner from electrodes located relatively centrally within the stack to electrodes located on the edge, so that an appropriately large heat flow over these edge-side electrodes also ensures advantageous temperature control of the central ones located electrodes can be realized.

Eine in struktureller Hinsicht besonders vorteilhafte erfindungsgemäße Batterie kann dadurch realisiert werden, dass die ersten Elektroden und/oder die zweiten Elektroden zumindest teilweise, vorzugsweise alle (jeweils) ein elektrisch leitfähig ausgestaltetes Substrat, das als Stromleiter der jeweiligen Elektrode dient, aufweisen, das hierzu aus oder mit einem elektrisch leitenden Material ausgebildet sein kann. Ein Bereich oder mehrere Bereiche des Substrats, die insbesondere außerhalb des Stapels liegen können, kann/können den zu der jeweiligen Elektrode gehörenden Stromableiter und/oder einen Abschnitt des die entsprechende Elektrode verbindenden Wärmeleiters darstellen. Ein solcher Abschnitt des Substrats kann für eine Nutzung als Stromableiter mit dem entsprechenden Batteriepol direkt oder indirekt (d.h. über mindestens ein weiteres elektrisch leitendes Element, beispielsweise einen Stromableiter einer anderen Elektrode) verbunden werden. Für eine Nutzung als Abschnitt des Wärmeleiters kann eine solcher Bereich mit einem entsprechenden Bereich mindestens einer anderen Elektrode der gleichen Art verbunden werden, um den Wärmeleiter oder einen Teil davon auszubilden. Ein solches Verbinden kann beispielsweise durch ein Verschweißen realisiert werden.A battery according to the invention which is particularly advantageous from a structural point of view can be realized in that the first electrodes and/or the second electrodes at least partially, preferably all (each) have an electrically conductive substrate which serves as a current conductor of the respective electrode, which for this purpose or can be formed with an electrically conductive material. An area or several areas of the substrate, which can in particular lie outside the stack, can represent the current conductor belonging to the respective electrode and/or a section of the heat conductor connecting the corresponding electrode. Such a section of the substrate can be connected to the corresponding battery pole directly or indirectly (i.e. via at least one further electrically conductive element, for example a current conductor of another electrode) for use as a current collector. For use as a section of the heat conductor, such a region can be connected to a corresponding region of at least one other electrode of the same type to form the heat conductor or a part thereof. Such a connection can be achieved, for example, by welding.

Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass das Substrat zumindest einseitig (d.h. auf einer der in Stapelrichtung gelegenen Seite), ggf. beidseitig (d.h. mit beiden in Stapelrichtung gelegenen Seiten) mit einer Beschichtung aus einem Aktivmaterial versehen ist, so dass die Elektroden im Rahmen einer Nutzung der Batterie als Anoden oder Kathoden wirken können. Der oder die als Stromableiter oder Wärmeleiter dienenden Bereiche des Substrats können dann vorzugsweise frei von der Beschichtung sein, wodurch u.a. Beschichtungsmaterial eingespart werden kann. Für eine Elektrode, die als Anode der Batterie fungieren soll, kann auch vorgesehen sein, dass das Substrat keine Beschichtung mit Aktivmaterial aufweist, wenn eine in situ Abscheidung von anodisch wirksamem Material während einer Nutzung der Batterie erfolgt, wie dies in bekannter Weise zumindest bei Festkörper-Lithium-Ionen-Batterien umsetzbar ist.Furthermore, it can preferably be provided that the substrate is provided with a coating made of an active material at least on one side (i.e. on one of the sides located in the stacking direction), possibly on both sides (i.e. with both sides located in the stacking direction), so that the electrodes are within the framework of a Using the battery can act as anodes or cathodes. The area(s) of the substrate that serve as current conductors or heat conductors can then preferably be free of the coating, which means, among other things, that coating material can be saved. For an electrode that is intended to function as an anode of the battery, it can also be provided that the substrate does not have a coating with active material if an in situ deposition of anodically active material takes place during use of the battery, as is the case in a known manner, at least with solid bodies -Lithium-ion batteries can be implemented.

Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die Stromableiter und/oder die Substrate und/oder der oder die Wärmeleiter zumindest teilweise (d.h. zumindest einer/eines davon und/oder ggf. nicht vollständig), vorzugsweise alle/vollständig aus Metall ausgestaltet sind, wodurch in einfacher und kostengünstiger Weise eine gute Stromleitfähigkeit und/oder Wärmeleitfähigkeit realisiert werden kann.Furthermore, it can preferably be provided that the current conductors and / or the substrates and / or the heat conductor or conductors are at least partially (i.e. at least one / one of them and / or possibly not completely), preferably all / completely made of metal, whereby in Good electrical conductivity and/or thermal conductivity can be achieved in a simpler and more cost-effective manner.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Batterie kann vorgesehen sein, dass der die ersten Elektroden verbindende Wärmeleiter und/oder der die zweiten Elektroden verbindende Wärmeleiter die Umhüllung nicht kontaktiert. Dadurch kann bei einer auch elektrisch leitfähigen Ausgestaltung des Wärmeleiters, wie sie sich insbesondere bei der bevorzugten Ausgestaltung des Wärmeleiters aus Metall ergeben kann, ein elektrischer Kurzschluss der Batterie über eine ebenfalls elektrisch leitend ausgestaltete Umhüllung vermieden werden. Eine solche elektrisch leitende Ausgestaltung der Umhüllung kann sich insbesondere daraus ergeben, dass diese zumindest teilweise aus Metall ausgestaltet ist, wodurch eine formstabile Ausgestaltung in Form eines Gehäuses realisiert werden kann. Zudem kann eine Ausgestaltung der Umhüllung aus Metall infolge einer dadurch realisierten relativ hohen Wärmeleitfähigkeit der Umhüllung auch eine vorteilhafte Temperierbarkeit der innerhalb der Umhüllung aufgenommenen Batteriezellen ermöglichen.According to a preferred embodiment of a battery according to the invention, it can be provided that the heat conductor connecting the first electrodes and/or the heat conductor connecting the second electrodes do not contact the casing. As a result, with an electrically conductive design of the heat conductor, as can arise in particular in the preferred design of the heat conductor made of metal, an electrical short circuit in the battery can be avoided via a casing that is also designed to be electrically conductive. Such an electrically conductive design of the casing can result in particular from the fact that it is at least partially made of metal, whereby a dimensionally stable design in the form of a housing can be realized. In addition, a design of the casing made of metal can also enable advantageous temperature control of the battery cells accommodated within the casing as a result of the relatively high thermal conductivity of the casing achieved thereby.

Insbesondere dann, wenn der Wärmeleiter und/oder die Umhüllung nicht elektrisch leitend ausgebildet ist/sind, und/oder zwischen diesen Elementen ein relativ gut Wärme leitender elektrischer Isolator angeordnet ist, kann jedoch auch vorteilhaft vorgesehen sein, dass der Wärmeleiter die Umhüllung direkt oder indirekt kontaktiert, um eine vorteilhafte Übertragung von Wärmeenergie zwischen einerseits der Umhüllung und andererseits dem Wärmeleiter sowie den damit verbundenen Elektroden zu ermöglichen.In particular, if the heat conductor and/or the casing is/are not designed to be electrically conductive and/or a relatively good heat-conducting electrical insulator is arranged between these elements, it can also advantageously be provided that the heat conductor covers the casing directly or indirectly contacted in order to enable an advantageous transfer of thermal energy between, on the one hand, the casing and, on the other hand, the heat conductor and the electrodes connected to it.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der Wärmeleiter außerhalb des Stapels verläuft. Dies ermöglicht insbesondere eine einfache Herstellbarkeit der Batterie.It can preferably be provided that the heat conductor runs outside the stack. This makes the battery particularly easy to manufacture.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Batterie kann vorgesehen sein, dass der Stapel quaderförmig ausgestaltet ist, wobei der die ersten Elektroden verbindende Wärmeleiter an derselben Seite wie der erste Batteriepol angeordnet ist und/oder der die zweiten Elektroden verbindende Wärmeleiter an derselben Seite wie der zweite Batteriepol angeordnet ist. Dadurch wird einerseits eine relativ kompakte Ausgestaltung der Batterie ermöglicht, weil üblicherweise an derjenigen Seite oder an denjenigen Seiten, an der/denen die Batteriepole angeordnet sind, ein nicht von dem Stapel ausgefüllter Freiraum innerhalb der Umhüllung vorgesehen ist, innerhalb dessen die Stromableiter geführt sind. Abschnitte dieses Freiraums, die nicht durch die Stromableiter okkupiert sind, können dann für eine Anordnung des/der Wärmeleiter(s) genutzt werden. Sofern dabei noch die Batteriepole an unterschiedlichen Seiten des Stapels angeordnet sind, kann zusätzlich noch bei einer elektrisch leitenden Ausgestaltung des/der Wärmeleiter(s) ein elektrischer Kurzschluss infolge eines ungewollten Kontakts des die ersten Elektroden verbindenden Wärmeleiters mit dem zweiten Batteriepol oder den damit verbundenen Stromableitern der zweiten Elektroden und/oder des die zweiten Elektroden verbindenden Wärmeleiters mit dem ersten Batteriepol oder den damit verbundenen Stromableitern der ersten Elektroden vermieden werden.According to a preferred embodiment of a battery according to the invention, it can be provided that the stack is cuboid-shaped, with the heat conductor connecting the first electrodes being arranged on the same side as the first battery pole and/or the heat conductor connecting the second electrodes being arranged on the same side how the second battery pole is arranged. On the one hand, this enables a relatively compact design of the battery, because a free space within the casing that is not filled by the stack is usually provided on the side or sides on which the battery poles are arranged, within which the current collectors are guided. Sections of this free space that are not occupied by the current conductors can then be used to arrange the heat conductor(s). If the battery poles are arranged on different sides of the stack, an electrical short circuit can also occur if the heat conductor(s) are electrically conductive as a result of unwanted contact between the heat conductor connecting the first electrodes and the second battery pole or the current conductors connected to it the second electrodes and/or the heat conductor connecting the second electrodes with the first battery pole or the current conductors of the first electrodes connected thereto can be avoided.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Batterie kann vorgesehen sein, dass der Stapel quaderförmig ausgestaltet ist, wobei der die ersten Elektroden verbindende Wärmeleiter an einer anderen Seite des Stapels im Vergleich zu dem ersten Batteriepol angeordnet ist und/oder der die zweiten Elektroden verbindende Wärmeleiter an einer anderen Seite des Stapels im Vergleich zu dem zweiten Batteriepol angeordnet ist. Dabei kann einerseits vorgesehen sein, dass der die ersten Elektroden verbindende Wärmeleiter an derselben Seite wie der zweite Batteriepol angeordnet ist und/oder der die zweiten Elektroden verbindende Wärmeleiter an derselben Seite wie der erste Batteriepol angeordnet ist. Auch diese Ausführungsform kann hinsichtlich einer möglichst kompakten Ausgestaltung der Batterie vorteilhaft sein. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass der die ersten Elektroden verbindende Wärmeleiter und/oder der die zweiten Elektroden verbindende Wärmeleiter an einer Seite des Stapels ohne Batteriepol angeordnet ist/sind.According to a further preferred embodiment of a battery according to the invention, it can be provided that the stack is designed in the shape of a cuboid, with the heat conductor connecting the first electrodes being arranged on a different side of the stack compared to the first battery pole and/or the heat conductor connecting the second electrodes is arranged on a different side of the stack compared to the second battery pole. On the one hand, it can be provided that the heat conductor connecting the first electrodes is arranged on the same side as the second battery pole and/or the heat conductor connecting the second electrodes is arranged on the same side as the first battery pole. This embodiment can also be advantageous in terms of making the battery as compact as possible. Alternatively, it can be provided that the heat conductor connecting the first electrodes and/or the heat conductor connecting the second electrodes is/are arranged on one side of the stack without a battery pole.

Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass der die ersten Elektroden verbindende Wärmeleiter und der erste Batteriepol an gegenüberliegenden Seiten des Stapels angeordnet sind und/oder der die zweiten Elektroden verbindende Wärmeleiter und der zweite Batteriepol an gegenüberliegenden Seiten des Stapels angeordnet sind. Dies kann sich ebenfalls vorteilhaft hinsichtlich der Herstellbarkeit und/oder der Abmessungen der Batterie auswirken.Furthermore, it can preferably be provided that the heat conductor connecting the first electrodes and the first battery pole are arranged on opposite sides of the stack and / or the heat conductor connecting the second electrodes and the second battery pole are arranged on opposite sides of the stack. This can also have an advantageous effect with regard to the manufacturability and/or the dimensions of the battery.

Bevorzugte Ausgestaltungsformen einer erfindungsgemäßen Batterie, die sich auf einen Wärmeleiter oder konkret auf den die ersten Elektroden verbindenden Wärmeleiter oder den die zweiten Elektroden verbindenden Wärmeleiter beziehen, sind so zu verstehen, dass diese, sofern die Batterie mehrere entsprechende Wärmeleiter umfasst, zumindest für einen, vorzugsweise für mehrere, besonders bevorzugt für sämtliche dieser Wärmeleiter gelten.Preferred embodiments of a battery according to the invention, which relate to a heat conductor or specifically to the heat conductor connecting the first electrodes or the heat conductor connecting the second electrodes, are to be understood as meaning that, if the battery comprises several corresponding heat conductors, at least for one, preferably apply to several, particularly preferably all, of these heat conductors.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt, jeweils in vereinfachter Darstellung:

1: eine erfindungsgemäße Batterie gemäß einer ersten Ausgestaltungsform in einer Schnittdarstellung;
2: einen Längsschnitt durch die Batterie gemäß der 1 entlang der Schnittebene II - II in der 1;
3: eine Elektrode der Batterie gemäß den 1 und 2 in einer Aufsicht;
4: eine erfindungsgemäße Batterie gemäß einer zweiten Ausgestaltungsform in einer Schnittdarstellung;
5: eine Elektrode der Batterie gemäß der 4 in einer Aufsicht;
6: eine erfindungsgemäße Batterie gemäß einer dritten Ausgestaltungsform in einer Schnittdarstellung; und
7: eine Elektrode der Batterie gemäß der 6 in einer Aufsicht.

The invention is explained in more detail below using design examples shown in the drawings. The drawings show, each in a simplified representation:

1 : a battery according to the invention according to a first embodiment in a sectional view;
2 : a longitudinal section through the battery according to 1 along the section plane II - II in the 1 ;
3 : an electrode of the battery according to the 1 and 2 in a supervision;
4 : a battery according to the invention according to a second embodiment in a sectional view;
5 : an electrode of the battery according to the 4 in a supervision;
6 : a battery according to the invention according to a third embodiment in a sectional view; and
7 : an electrode of the battery according to the 6 in a supervision.

Die Zeichnungen zeigen verschiedene Ausgestaltungsformen erfindungsgemäßer Batterien. Diese umfassen jeweils eine Umhüllung 1 in Form eines quaderförmigen Gehäuses, beispielsweise aus einem Metall, sowie einen innerhalb des Gehäuses angeordneten, quaderförmigen Stapel 2 mit Elektroden 3. Konkret ist der Stapel 2 in Form eines sogenannten Elektroden-Separator-Verbunds (ESV) ausgestaltet und umfasst dazu in wechselweiser Anordnung eine Mehrzahl von ersten Elektroden 3a, die bei einer Entladung der Batterie als Anoden fungieren, und eine Mehrzahl von zweiten Elektroden 3b, die bei einer Entladung der Batterie als Kathoden fungieren. Infolge der wechselweisen Anordnung der Elektroden 3 ist jeweils eine erste Elektrode 3a zwischen zwei zweiten Elektroden 3b und eine zweite Elektrode 3b zwischen zwei ersten Elektroden 3a angeordnet. Dabei sind benachbarte Elektroden 3 jeweils durch eine Schicht eines Separators 4 separiert und dadurch auch voneinander elektrisch isoliert.The drawings show various embodiments of batteries according to the invention. These each include a casing 1 in the form of a cuboid housing, for example made of a metal, and a cuboid stack 2 with electrodes 3 arranged within the housing. Specifically, the stack 2 is designed in the form of a so-called electrode-separator composite (ESV) and comprises, in an alternating arrangement, a plurality of first electrodes 3a, which act as anodes when the battery is discharged, and a plurality of second electrodes 3b, which act as cathodes when the battery is discharged. As a result of the alternating arrangement of the electrodes 3, a first electrode 3a is arranged between two second electrodes 3b and a second electrode 3b between two first electrodes 3a. Adjacent electrodes 3 are each separated by a layer of a separator 4 and are therefore electrically insulated from one another.

Jede der Elektroden 3 umfasst ein flächiges, folienartiges Substrat 5, das beispielsweise bei den als Anoden vorgesehenen, ersten Elektroden 3a aus Kupfer und bei den als Kathoden vorgesehenen, zweiten Elektroden 3b aus Aluminium ausgestaltet sein kann. In einem quadratischen Abschnitt davon sind die beiden in Stapelrichtung des Stapels 2 gelegenen Großflächen jeder der Elektroden 3 mit einer Beschichtung aus einem Aktivmaterial 6 versehen, um eine Wirkung der verschiedenen Elektroden 3a, 3b als Anoden oder Kathoden während einer Nutzung der Batterie zu ermöglichen. Im Bereich dieser quadratischen Abschnitte der Substrate 5 und damit der Elektroden 3 sind diese und die entsprechend quadratisch geformten Schichten des Separators 4 gestapelt, woraus sich die Quaderform des Stapels 2 ergibt.Each of the electrodes 3 comprises a flat, film-like substrate 5, which is made, for example, of copper in the case of the first electrodes 3a provided as anodes and of aluminum in the case of the second electrodes 3b provided as cathodes can be. In a square section thereof, the two large surfaces of each of the electrodes 3 located in the stacking direction of the stack 2 are provided with a coating made of an active material 6 in order to enable the various electrodes 3a, 3b to act as anodes or cathodes during use of the battery. In the area of these square sections of the substrates 5 and thus the electrodes 3, these and the corresponding square-shaped layers of the separator 4 are stacked, which results in the cuboid shape of the stack 2.

An einer Querseite des rechteckigen Abschnitts jeder Elektrode 3 sind insgesamt in dem dargestellten Ausgestaltungsbeispiel drei voneinander separierte und beabstandete Bereiche des Substrats 5 vorgesehen, in denen das Substrat 5 nicht mit der Beschichtung aus dem jeweiligen Aktivmaterial 6 versehen ist. Diese Bereiche der Elektroden 3 dienen entweder als Stromableiter 7, über den die einzelnen Elektroden 3 mit einem jeweils zugeordneten Batteriepol 8 der Batterie elektrisch leitend verbunden sind, oder als Abschnitt eines Wärmeleiters 9, der sämtliche der Elektroden 3a, 3b einer Art (erste Elektroden 3a oder zweite Elektroden 3b) wärmeleitend verbindet. Zur Ausbildung eines solchen Wärmeleiters 9 sind die entsprechenden Bereiche der wärmeleitend zu verbindenden Elektroden beziehungsweise der Substrate 5 davon miteinander verbunden, beispielsweise verschweißt.On a transverse side of the rectangular section of each electrode 3, in the illustrated embodiment, a total of three separate and spaced-apart areas of the substrate 5 are provided, in which the substrate 5 is not provided with the coating made of the respective active material 6. These areas of the electrodes 3 serve either as a current conductor 7, via which the individual electrodes 3 are electrically connected to an assigned battery pole 8 of the battery, or as a section of a heat conductor 9, which contains all of the electrodes 3a, 3b of one type (first electrodes 3a or second electrodes 3b) connects in a heat-conducting manner. To form such a heat conductor 9, the corresponding areas of the electrodes to be connected in a heat-conducting manner or the substrates 5 thereof are connected to one another, for example welded.

Die Stromableiter 7a von allen ersten Elektroden 3a sind mit einem ersten (8a) der Batteriepole 8 und die Stromableiter 7b von allen zweiten Elektroden 3b sind mit einem zweiten (8b) der Batteriepole 8 verbunden.The current collectors 7a of all first electrodes 3a are connected to a first (8a) of the battery poles 8 and the current collectors 7b of all second electrodes 3b are connected to a second (8b) of the battery poles 8.

Bei der in den 1 bis 3 dargestellten Batterie ist die Anordnung der Wärmeleiter 9 der einzelnen Elektroden 3 derart, dass diese auf derselben Seite wie der dazugehörige Stromableiter 7 angeordnet sind, wobei der Stromableiter 7 bezüglich der Querrichtung der Elektroden 3 zwischen den zugehörigen Wärmeleitern 9 angeordnet ist. Dadurch ergibt sich, dass die die ersten Elektroden 3a verbindenden Wärmeleiter 9a auf derselben Seite des Stapels 2 wie der erste Batteriepol 8a angeordnet sind und die die zweiten Elektroden 3b verbindenden Wärmeleiter 9b auf derselben Seite des Stapels 2 wie der zweiten Batteriepol 8b angeordnet sind.At the in the 1 until 3 In the battery shown, the arrangement of the heat conductors 9 of the individual electrodes 3 is such that they are arranged on the same side as the associated current conductor 7, with the current conductor 7 being arranged between the associated heat conductors 9 with respect to the transverse direction of the electrodes 3. This results in that the heat conductors 9a connecting the first electrodes 3a are arranged on the same side of the stack 2 as the first battery pole 8a and the heat conductors 9b connecting the second electrodes 3b are arranged on the same side of the stack 2 as the second battery pole 8b.

Bei dem in den 4 und 5 dargestellten Ausgestaltungsbeispiel sind die Wärmeleiter 9 der einzelnen Elektroden 3 dagegen auf der bezüglich des zugehörigen Stromableiters 7 gegenüberliegenden Seite angeordnet. Dabei sind die die ersten Elektroden 3a verbindenden Wärmeleiter 9a auf derselben Seite des Stapels 2 wie der zweite Batteriepol 8b und wie die diesen mit den zweiten Elektroden 3b verbindenden Stromableiter 7b angeordnet. Und die die zweiten Elektroden 3b verbindenden Wärmeleiter 9b sind auf derselben Seite des Stapels 2 wie der erste Batteriepol 8a und wie die diesen mit den ersten Elektroden 3a verbindenden Stromableiter 7a angeordnet. Auch bei diesem Ausgestaltungsbeispiel sind die Stromableiter 7 der einzelnen Elektroden 3 zwischen den zugehörigen Wärmeleitern 9 angeordnet.With the one in the 4 and 5 In the exemplary embodiment shown, however, the heat conductors 9 of the individual electrodes 3 are arranged on the opposite side with respect to the associated current conductor 7. The heat conductors 9a connecting the first electrodes 3a are arranged on the same side of the stack 2 as the second battery pole 8b and like the current collectors 7b connecting it to the second electrodes 3b. And the heat conductors 9b connecting the second electrodes 3b are arranged on the same side of the stack 2 as the first battery pole 8a and as the current collectors 7a connecting it to the first electrodes 3a. In this exemplary embodiment, too, the current conductors 7 of the individual electrodes 3 are arranged between the associated heat conductors 9.

Bei dem in den 6 und 7 dargestellten Ausgestaltungsbeispiel sind die Wärmeleiter 9 dagegen an den Längsseiten des Stapels 2 und damit an Seiten des Stapels 2 ohne Batteriepol 8 angeordnet.With the one in the 6 and 7 In the exemplary embodiment shown, however, the heat conductors 9 are arranged on the long sides of the stack 2 and thus on the sides of the stack 2 without a battery pole 8.

BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SYMBOL LIST

11: Umhüllungwrapping
22: Stapelstack
33: Elektrodeelectrode
3a3a: erste Elektrodefirst electrode
3b3b: zweite Elektrodesecond electrode
44: Separatorseparator
55: SubstratSubstrate
66: AktivmaterialActive material
77: Stromableitercurrent arrester
7a7a: Stromableiter der ersten ElektrodeCurrent collector of the first electrode
7b7b: Stromableiter der zweiten ElektrodeCurrent collector of the second electrode
88th: BatteriepolBattery terminal
8a8a: erster Batteriepolfirst battery pole
8b8b: zweiter Batteriepolsecond battery pole
99: WärmeleiterHeat conductor
9a9a: Wärmeleiter der ersten ElektrodeHeat conductor of the first electrode
9b9b: Wärmeleiter der zweiten ElektrodeHeat conductor of the second electrode

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 6027831 A [0003]
US 9865904 B2 [0005]

Claims

Battery with a casing (1) and a stack (2) arranged within the casing (1) with a plurality of first electrodes (3a) and a plurality of second electrodes (3b), which are arranged alternately in the stack (2) and each have a current collector (7), wherein the current conductors (7a) of the first electrodes (3a) are electrically conductively connected to a first battery pole (8a) and the current conductors (7b) of the second electrodes (3b) are electrically conductively connected to a second battery pole (8b). are, characterized in that the first electrodes (3a) are additionally connected to one another via at least one heat conductor (9a), excluding the second electrodes (3b) and/or the second electrodes (3b) are additionally connected to one another via excluding the first electrodes (3a). at least one heat conductor (9b) are connected to each other.

Battery according Claim 1 , characterized in that the first electrodes (3a) (2) and/or the second electrodes (3b) at least partially have an electrically conductive substrate (5), with a region of the substrate (5) facing the respective electrode (3 ) belonging current collector (7) and / or an area of the substrate (5) represents a section of the heat conductor (9).

Battery according Claim 2 , characterized in that the substrate (5) is provided at least on one side with a coating made of an active material (6), the area of the substrate (5) which represents the current collector (7) belonging to the respective electrode (3) and / or the area of the substrate (5), which represents the section of the heat conductor (9), is free of the coating.

Battery according to one of the preceding claims, characterized in that the current conductors (7) and/or the substrates (5) and/or the heat conductors (9) are at least partially made of metal.

Battery according to one of the preceding claims, characterized in that the heat conductor (9a) connecting the first electrodes (3a) and/or the heat conductor (9b) connecting the second electrodes (3b) does not contact the casing (1).

Battery according to one of the preceding claims, characterized in that the heat conductor (9) runs outside the stack (2).

Battery according to one of the preceding claims, characterized in that the stack (2) is cuboid-shaped, the heat conductor (9a) connecting the first electrodes (3a) being arranged on the same side as the first battery pole (8a) and/or the Heat conductors (9b) connecting the second electrodes (3b) are arranged on the same side as the second battery pole (8b).

Battery according to one of the Claims 1 until 6 , characterized in that the stack (2) is cuboid-shaped, the heat conductor (9a) connecting the first electrodes (3a) being arranged on a different side of the stack (2) compared to the first battery pole (8a) and/or the heat conductor (9b) connecting the second electrodes (3b) is arranged on a different side of the stack (2) compared to the second battery pole (8b).

Battery according Claim 8 , characterized in that the heat conductor (9a) connecting the first electrodes (3a) is arranged on the same side as the second battery pole (8a) and / or the heat conductor (9b) connecting the second electrodes (3b) is arranged on the same side as the first Battery pole (8a) is arranged.

Battery according Claim 8 , characterized in that the heat conductor (9a) connecting the first electrodes (3a) and/or the heat conductor (9b) connecting the second electrodes (3b) is/are arranged on one side of the stack (2) without a battery pole (8).

Battery according to one of the Claims 8 until 10 , characterized in that the heat conductor (9a) connecting the first electrodes (3a) and the first battery pole (8a) are arranged on opposite sides of the stack (2) and / or the heat conductor (9b) connecting the second electrodes (3b ) and the second battery pole (8b) are arranged on opposite sides of the stack (2).