DE102022108797A1

DE102022108797A1 - Battery with bursting element

Info

Publication number: DE102022108797A1
Application number: DE102022108797.2A
Authority: DE
Inventors: Xin Qi; Paul Meister; Christoph Bolli; Chenjuan Liu; Tim Dagger
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2022-04-11
Filing date: 2022-04-11
Publication date: 2023-10-12

Abstract

Eine Batterie umfasst mindestens eine Batteriezelle und eine die mindestens eine Batteriezelle umgebenden Umhüllung (2), wobei die Umhüllung (2) eine Entgasungsöffnung (11) aufweist, die mittels eines Berstelements (12) verschlossen ist. Weiterhin ist die Umhüllung (2) innenseitig mit einer Schutzschicht (14) versehen, die zumindest einen Kontaktbereich (13) zwischen dem Berstelement (12) und der Umhüllung (2) überdeckt und dabei fluiddicht verschließt.A battery comprises at least one battery cell and a casing (2) surrounding the at least one battery cell, the casing (2) having a degassing opening (11) which is closed by means of a bursting element (12). Furthermore, the casing (2) is provided on the inside with a protective layer (14) which covers at least one contact area (13) between the bursting element (12) and the casing (2) and thereby closes it in a fluid-tight manner.

Description

Die Erfindung betrifft eine Batterie mit mindestens einer Batteriezelle und einer die mindestens eine Batteriezelle umgebenden Umhüllung, wobei die Umhüllung eine Entgasungsöffnung aufweist, die mittels eines Berstelements verschlossen ist. Die Batterie kann insbesondere als Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeug vorgesehen sein, mittels der elektrische Energie für einen Betrieb eines elektrischen Traktionsmotors des Kraftfahrzeugs bereitgestellt werden kann.The invention relates to a battery with at least one battery cell and a casing surrounding the at least one battery cell, the casing having a degassing opening which is closed by means of a bursting element. The battery can in particular be 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 innerhalb einer Umhüllung, üblicherweise in Form einer als „Pouch“ bezeichneten Folienumhüllung oder eines formstabilen Gehäuses, angeordnet sind. Die galvanischen Zellen weisen jeweils mindestens zwei Elektroden, einen zwischen den Elektroden angeordneten Separator zur elektrischen Separierung der Elektroden und einen die Elektroden und den Separator kontaktierenden Elektrolyt auf, wobei der Separator und der Elektrolyt auch kombiniert ausgestaltet sein können.A battery comprises one or, usually, several battery cells or galvanic cells, which are arranged within a casing, usually in the form of a film casing called a “pouch” or a dimensionally stable housing. The galvanic cells each have at least two electrodes, a separator arranged between the electrodes for electrically separating the electrodes and an electrolyte contacting the electrodes and the separator, whereby the separator and the electrolyte can also be designed in combination.

Eine Gefahr bei einer Batterie ist das sogenannte thermische Durchgehen, womit allgemein eine Überhitzung einer exothermen chemischen Reaktion aufgrund eines sich selbst verstärkenden Prozesses bezeichnet wird. Bei einer Batterie kann ein solches thermisches Durchgehen in einem lokalen Kurzschluss der Elektroden, beispielsweise infolge einer Verunreinigung eines Separators durch einen eingeschlossenen Fremdpartikel oder durch eine mechanische Beschädigung begründet sein. Ein aus dem Kurzschluss resultierender Kurzschlussstrom kann durch den inneren Widerstand die nähere Umgebung der Schadstelle so weitgehend aufheizen, dass die an die Schadstelle angrenzenden Bereiche der Batterie ebenfalls zunehmend beschädigt werden. Dieser Schädigungsprozess weitet sich dann aus, wodurch die in der Batterie gespeicherte Energie in kurzer Zeit freigesetzt werden kann. Dies kann zu der Entwicklung eines hohen Drucks innerhalb der Umhüllung führen. Um in diesem Fall ein Bersten der Umhüllung zu vermeiden, kann in diese ein Überdruckventil, das als gezielt strukturell versagendes Berstelement ausgestaltet sein kann, integriert sein.One danger with a battery is so-called thermal runaway, which generally refers to overheating of an exothermic chemical reaction due to a self-reinforcing process. In the case of a battery, such thermal runaway can be caused by a local short circuit of the electrodes, for example as a result of contamination of a separator by an enclosed foreign particle or by mechanical damage. A short-circuit current resulting from the short circuit can heat up the immediate surroundings of the damaged area due to the internal resistance to such an extent that the areas of the battery adjacent to the damaged area are also increasingly damaged. This damage process then expands, allowing the energy stored in the battery to be released in a short period of time. This can lead to the development of high pressure within the enclosure. In order to avoid bursting of the casing in this case, a pressure relief valve, which can be designed as a specifically structurally failing bursting element, can be integrated into it.

Die WO 2011/042092 A1 offenbart eine Batterie mit einem Überdruckventil in Form eines flächigen Berstelements, das eine Öffnung einer Umhüllung der Batterie überdeckt. Das Berstelement kann mehrschichtig ausgestaltet sein, wobei eine Kunststoff- und eine Metallschicht miteinander kombiniert sein kann.The WO 2011/042092 A1 discloses a battery with a pressure relief valve in the form of a flat bursting element that covers an opening in a casing of the battery. The bursting element can be designed in multiple layers, whereby a plastic and a metal layer can be combined with one another.

Die DE 10 2013 223 361 A1 offenbart ebenfalls eine Batterie mit einem Überdruckventil in Form eines flächigen Berstelements, das eine Öffnung einer Umhüllung der Batterie überdeckt und das aus Metall ausgestaltet sein kann. Die Öffnung der Umhüllung ist zusätzlich mittels einer semipermeablen oder unidirektional permeablen Membran verschlossen, die bei einem Versagen des Berstelements ein Entweichen von Überdruck aus der Umhüllung der Batterie zulässt, danach aber ein Eindringen von Umgebungsluft und damit Feuchtigkeit in die Umhüllung verhindert.The DE 10 2013 223 361 A1 also discloses a battery with a pressure relief valve in the form of a flat bursting element which covers an opening in a casing of the battery and which can be made of metal. The opening of the casing is additionally closed by means of a semi-permeable or unidirectionally permeable membrane, which allows excess pressure to escape from the battery casing in the event of a failure of the bursting element, but then prevents ambient air and thus moisture from penetrating into the casing.

Die DE 10 2013 221 760 A1 offenbart eine Batterie mit einem Überdruckventil, das nach einem Öffnen aufgrund eines definierten Überdrucks innerhalb einer Umhüllung der Batterie selbsttätig schließt, sobald sich der Überdruck wieder auf ein definiertes Maß verringert hat.The DE 10 2013 221 760 A1 discloses a battery with an overpressure valve which, after opening due to a defined overpressure within a casing of the battery, closes automatically as soon as the overpressure has reduced again to a defined level.

Bei der Verwendung eines Überdruckventils aus Metall kann die Gefahr einer Korrosion aufgrund eines Kontakts des Überdruckventils mit dem Elektrolyten der Batterie bestehen. Tritt eine solche Korrosion auf, kann dies langfristig die Dichtigkeit der Umhüllung und damit die Funktionssicherheit der Batterie beeinträchtigen. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn als Überdruckventil ein Berstelement aus Metall verwendet wird, das mit einer metallischen Umhüllung verschweißt wird, weil die Schweißstellen besonders korrosionsanfällig sein können.When using a metal pressure relief valve, there may be a risk of corrosion due to contact of the pressure relief valve with the battery electrolyte. If such corrosion occurs, it can have a long-term impact on the tightness of the casing and thus the functional reliability of the battery. This can be the case in particular if a bursting element made of metal is used as a pressure relief valve and is welded to a metallic casing because the welds can be particularly susceptible to corrosion.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Batterie mit Berstelement zu verbessern.The invention is based on the object of improving a battery with a bursting element.

Diese Aufgabe ist bei einer Batterie gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte 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. Advantageous embodiments of such a battery are the subject of the further patent claims and/or result from the following description of the invention.

Erfindungsgemäß ist eine Batterie, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, mit mindestens einer Batteriezelle und einer die mindestens eine Batteriezelle umgebenden Umhüllung vorgesehen. Die mindestens eine Batteriezelle umfasst (jeweils) zwei Elektroden, einen zwischen den Elektroden angeordneten Separator zur elektrischen Separierung der Elektroden und einen als lonenleiter zwischen den Elektroden dienenden Elektrolyt. Dieser Elektrolyt kann flüssig oder fest ausgestaltet sein und, insbesondere bei einer festen Ausgestaltung, auch als Separator fungieren. Eine erfindungsgemäße Batterie kann weiterhin einen ersten Batteriepol und einen zweiten Batteriepol umfassen, wobei die Batteriepole zur elektrischen Anbindung der Batterie an einen externen Stromkreis vorgesehen sind. Dazu können die Batteriepole derart in die Umhüllung integriert sein, dass ein erster Abschnitt davon außerhalb der Umhüllung angeordnet und dadurch für eine Anbindung an den externen Stromkreis zugänglich ist, während ein zweiter, innerhalb der Umhüllung liegender Abschnitt einer elektrischen Verbindung mit den Batteriezellen dient. Dabei ist eine erste Elektrode der (jeder) Batteriezelle mit dem ersten Batteriepol und eine zweite Elektrode der (jeder) Batteriezelle mit dem zweiten Batteriepol elektrisch verbunden. Die Umhüllung, die vorzugsweise als Folienumhüllung (sogenannte „Pouch“-Umhüllung) oder als formstabiles Gehäuse ausgestaltet sein kann, weist mindestens eine Entgasungsöffnung auf, die mittels eines Überdruckventils in Form eines Berstelements, das dafür eingerichtet ist, gezielt bei einem definierten Überdruck (z.B. zwischen 5 bar und 6 bar) innerhalb der Umhüllung strukturell zu versagen, verschlossen. Die Umhüllung ist innenseitig mit einer Schutzschicht versehen ist, die zumindest einen spaltförmigen Kontaktbereich zwischen dem Berstelement und der Umhüllung überdeckt und dadurch fluiddicht (d. h. zumindest flüssigkeitsdicht und vorzugsweise auch gasdicht) versiegelt. Als „Kontaktbereich“ wird dabei der Bereich verstanden, in dem das Berstelement und die Umhüllung direkt kontaktieren und in dem zwischen diesen Elementen eine vorzugsweise stoffschlüssige Verbindung, insbesondere in Form einer Schweiß-, Löt- und/oder Klebeverbindung, ausgebildet sein kann.According to the invention, a battery, in particular a lithium-ion battery, is provided with at least one battery cell and a casing surrounding the at least one battery cell. The at least one battery cell comprises (each) two electrodes, a separator arranged between the electrodes for electrically separating the electrodes and an electrolyte serving as an ion conductor between the electrodes. This electrolyte can be liquid or solid and, particularly in the case of a solid design, can also function as a separator. A battery according to the invention can further comprise a first battery pole and a second battery pole, the battery poles being provided for electrically connecting the battery to an external circuit. For this purpose, the battery poles can be integrated into the casing in such a way that a first section of them is arranged outside the casing and is therefore accessible for a connection to the external circuit, while a second section located within the casing serves for an electrical connection to the battery cells. A first electrode of the (each) battery cell is electrically connected to the first battery pole and a second electrode of the (each) battery cell is electrically connected to the second battery pole. The casing, which can preferably be designed as a film casing (so-called “pouch” casing) or as a dimensionally stable housing, has at least one degassing opening, which can be opened specifically at a defined excess pressure (e.g between 5 bar and 6 bar) to structurally fail within the enclosure, closed. The casing is provided on the inside with a protective layer which covers at least a gap-shaped contact area between the bursting element and the casing and is thereby sealed in a fluid-tight manner (ie at least liquid-tight and preferably also gas-tight). The “contact area” is understood to be the area in which the bursting element and the casing come into direct contact and in which a preferably cohesive connection, in particular in the form of a welding, soldering and/or adhesive connection, can be formed between these elements.

Durch die Schutzschicht kann der Kontaktbereich und damit insbesondere auch eine dort ausgebildete stoffschlüssige Verbindung von dem innerhalb der Umhüllung angeordneten Elektrolyten separiert und dadurch geschützt werden. Dadurch kann insbesondere eine Korrosion oder eine sonstige chemische Beeinflussung des Materials der Umhüllung und/oder des Berstelements und/oder eines für die stoffschlüssige Verbindung genutzten Materials, die sich negativ auf eine Funktionssicherheit der Batterie auswirken kann, vermieden werden.Through the protective layer, the contact area and thus in particular also a cohesive connection formed there can be separated from the electrolyte arranged within the casing and thereby protected. In this way, in particular, corrosion or other chemical influences on the material of the casing and/or the bursting element and/or a material used for the cohesive connection, which can have a negative impact on the functional reliability of the battery, can be avoided.

Die durch die Schutzschicht realisierte Schutzfunktion kann sich insbesondere dann vorteilhaft auswirken, wenn die Umhüllung und/oder das Berstelement zumindest in einem den Kontaktbereich ausbildenden Abschnitt, gegebenenfalls vollständig aus einem oder mehreren Metallen (umfasst reines Metall und Legierungen aus einem solchen Metall), beispielsweise Aluminium, ausgestaltet ist und/oder wenn das Berstelement mit der Umhüllung stoffschlüssig verbunden ist, weil eine solche Ausgestaltung die Gefahr einer Korrosion im Zusammenwirken mit dem Elektrolyt erhöhen kann. Dasselbe gilt für den Fall, wenn die Umhüllung, insbesondere bei einer elektrisch leitfähigen Ausgestaltung, mit der ersten oder zweiten Elektrode der (jeder) Batteriezelle elektrisch leitend verbunden ist, so dass auch die Umhüllung ein entsprechendes elektrisches Potenzial aufweist, wodurch die korrosive Wirkung des Elektrolyten verstärkt werden kann. Weiterhin kann sich die durch die Schutzschicht realisierte Schutzfunktion dann besonders vorteilhaft auswirken, wenn die Entgasungsöffnung in einem Abschnitt der Umhüllung angeordnet ist, der bei einer vorgesehenen Einbaulage der Batterie unten gelegen ist, weil sich daraus ein dauerhafter Kontakt zumindest des Kontaktbereichs zwischen dem Berstelement und der Umhüllung mit dem Elektrolyt, der durch die Schutzschicht verhindert wird, ergeben könnte.The protective function realized by the protective layer can have a particularly advantageous effect if the casing and/or the bursting element, at least in a section forming the contact area, are optionally made entirely of one or more metals (comprising pure metal and alloys of such a metal), for example aluminum , is designed and / or if the bursting element is cohesively connected to the casing, because such a design can increase the risk of corrosion in interaction with the electrolyte. The same applies to the case when the casing, in particular in an electrically conductive configuration, is connected in an electrically conductive manner to the first or second electrode of the (each) battery cell, so that the casing also has a corresponding electrical potential, thereby reducing the corrosive effect of the electrolyte can be reinforced. Furthermore, the protective function realized by the protective layer can have a particularly advantageous effect if the degassing opening is arranged in a section of the casing which is located at the bottom when the battery is installed in the intended installation position, because this results in permanent contact at least in the contact area between the bursting element and the Coating with the electrolyte, which is prevented by the protective layer, could result.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Batterie kann vorgesehen sein, dass die Schutzschicht zumindest auch, vorzugsweise vollständig aus Kunststoff, insbesondere einem Polymer, beispielsweise aus zumindest einem, vorzugsweise aus einem einzelnen der nachfolgenden Materialien ausgestaltet ist: PP (Polypropylen), PEEK (Polyetheretherketon), PTFE (Polytetrafluorethylen), PVDF (Polyvinylidenfluorid), PVDF-HFP (Polyvinylidenfluorid-Hexafluorpropen). Diese Materialien können u.a. aufgrund einer ausreichenden chemischen Beständigkeit gegenüber einigen oder allen bei Batterien üblicherweise eingesetzten Elektrolyten eine gute Versiegelung zumindest des Kontaktbereichs zwischen dem Berstelement und der Umhüllung gewährleisten. Weiterhin können diese Materialien vorteilhaft zur Ausbildung der Schutzschicht verarbeitbar sein, wobei die Schutzschicht derart ausgestaltet werden kann, dass diese durch ein eigenes schnelles beziehungsweise bei relativ geringen Kräften auftretendes Versagen die Funktion des Berstelements als Überdruckventil nicht im relevanten Maße beeinträchtigt. Um dies zu gewährleisten kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Schutzschicht eine Schichtstärke zwischen 0,1 µm und 2 mm, vorzugsweise von zwischen 0,1 µm und 50 µm, aufweist.According to a preferred embodiment of a battery according to the invention, it can be provided that the protective layer is at least also, preferably completely made of plastic, in particular a polymer, for example made of at least one, preferably a single one of the following materials: PP (polypropylene), PEEK (polyetheretherketone) , PTFE (polytetrafluoroethylene), PVDF (polyvinylidene fluoride), PVDF-HFP (polyvinylidene fluoride hexafluoropropene). These materials can, among other things, ensure good sealing of at least the contact area between the bursting element and the casing due to sufficient chemical resistance to some or all of the electrolytes commonly used in batteries. Furthermore, these materials can advantageously be processed to form the protective layer, whereby the protective layer can be designed in such a way that it does not impair the function of the bursting element as a pressure relief valve to any relevant extent due to its own rapid failure or failure that occurs with relatively low forces. To ensure this, it can be provided in particular that the protective layer has a layer thickness of between 0.1 µm and 2 mm, preferably between 0.1 µm and 50 µm.

Die Schutzschicht einer erfindungsgemäßen Batterie kann das Berstelement vollständig bedecken, wodurch auch für dieses ein direkter Kontakt mit dem Elektrolyten vermieden und damit eine Schutzwirkung realisiert werden kann. Alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass die Schutzschicht einen zentralen Abschnitt des Berstelement nicht bedeckt, was sich insbesondere hinsichtlich der Minimierung des Materialaufwands für die Ausbildung der Schutzschicht positiv auswirken kann. Diesbezüglich kann es jedoch erschwert sein, die Schutzschicht derart auszubilden, das sicher der gesamte Kontaktbereich zwischen dem Berstelement und der Umhüllung verschlossen ist, so dass es hinsichtlich des Herstellungsaufwands vorteilhafter sein kann, zumindest das Berstelement, gegebenenfalls sogar eine die Entgasungsöffnung umfassenden Wandung der Umhüllung vollständig durch die Schutzschicht bedeckt auszugestalten.The protective layer of a battery according to the invention can completely cover the bursting element, which also ensures direct contact for it with the electrolyte and thus a protective effect can be achieved. Alternatively, it can be provided that the protective layer does not cover a central section of the bursting element, which can have a positive effect, particularly in terms of minimizing the amount of material required to form the protective layer. In this regard, however, it can be difficult to design the protective layer in such a way that the entire contact area between the bursting element and the casing is securely closed, so that it can be more advantageous in terms of manufacturing costs to completely cover at least the bursting element, possibly even a wall of the casing that includes the degassing opening to be covered by the protective layer.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltungsform einer erfindungsgemäßen Batterie kann das Berstelement an einem Randabschnitt der Umhüllung, der die Entgasungsöffnung innenseitig der Umhüllung umgibt, anliegen, was sich ebenfalls vorteilhaft hinsichtlich des Herstellungsaufwands und/oder der Funktionssicherheit auswirken kann.According to a preferred embodiment of a battery according to the invention, the bursting element can rest on an edge section of the casing, which surrounds the degassing opening on the inside of the casing, which can also have an advantageous effect in terms of the manufacturing effort and / or functional reliability.

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;
2: einen Querschnitt durch die Batterie;
3: einen Längsschnitt durch die Batterie entlang der Schnittebene III - III in der 2;
4: eine Aufsicht auf ein Wandelement einer Umhüllung der Batterie einschließlich eines Berstelements und einer Schutzschicht;
5: einen Längsschnitt durch das Wandelement gemäß der 4;
6: einen Längsschnitt durch ein Wandelement einer erfindungsgemäßen Batterie gemäß einer zweiten Ausgestaltungsform; und
7: einen Längsschnitt durch ein Wandelement einer erfindungsgemäßen Batterie gemäß einer dritten Ausgestaltungsform.

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;
2 : a cross section through the battery;
3 : a longitudinal section through the battery along section plane III - III in the 2 ;
4 : a top view of a wall element of a casing of the battery including a bursting element and a protective layer;
5 : a longitudinal section through the wall element according to 4 ;
6 : a longitudinal section through a wall element of a battery according to the invention according to a second embodiment; and
7 : a longitudinal section through a wall element of a battery according to the invention according to a third embodiment.

Die 1 bis 4 zeigen eine erfindungsgemäße Batterie 1 gemäß einer ersten Ausgestaltungsform. Diese umfasst eine Umhüllung 2 in Form eines quaderförmigen Gehäuses, das vorzugsweise vollständig aus einem Metall (z.B. Aluminium) ausgestaltet ist, sowie mehrere innerhalb des Gehäuses angeordnete Batteriezellen. Konkret liegen die Batteriezellen gestapelt in Form eines sogenannten Elektroden-Separator-Verbunds (ESV) 3 vor. Dieser umfasst in wechselweiser Anordnung eine Mehrzahl von ersten Elektroden 4a, die bei einer Entladung der Batterie 1 als Anoden fungieren, und eine Mehrzahl von zweiten Elektroden 4b, die bei einer Entladung der Batterie 1 als Kathoden fungieren. Infolge der wechselweisen Anordnung der Elektroden 4 ist, mit Ausnahme der in dem Stapel beziehungsweise dem ESV 3 außen gelegenen Elektroden 4, jeweils eine erste Elektrode 4a zwischen zwei zweiten Elektroden 4b und eine zweite Elektrode 4b zwischen zwei ersten Elektroden 4a angeordnet. Dabei sind benachbarte Elektroden 4 jeweils durch einen Separator 5 räumlich getrennt und dadurch auch voneinander elektrisch isoliert. Jeweils eine erste Elektrode 4a und eine zweite Elektrode 4b sowie ein zwischen diesen angeordneter Separator 5 sind Bestandteile einer Batteriezelle. Infolge der Stapelung ergibt sich dabei, dass jede der Elektroden 4 mit Ausnahme der beiden in dem Stapel beziehungsweise dem ESV 3 außen gelegenen Elektroden 4 funktional Bestandteil von zwei Batteriezellen ist.The 1 until 4 show a battery 1 according to the invention according to a first embodiment. This comprises a casing 2 in the form of a cuboid housing, which is preferably made entirely of metal (eg aluminum), as well as several battery cells arranged within the housing. Specifically, the battery cells are stacked in the form of a so-called electrode separator composite (ESV) 3. This comprises, in an alternating arrangement, a plurality of first electrodes 4a, which act as anodes when the battery 1 is discharged, and a plurality of second electrodes 4b, which act as cathodes when the battery 1 is discharged. As a result of the alternating arrangement of the electrodes 4, with the exception of the electrodes 4 located on the outside in the stack or the ESV 3, a first electrode 4a is arranged between two second electrodes 4b and a second electrode 4b is arranged between two first electrodes 4a. Adjacent electrodes 4 are each spatially separated by a separator 5 and are therefore electrically insulated from one another. A first electrode 4a and a second electrode 4b as well as a separator 5 arranged between them are components of a battery cell. As a result of the stacking, each of the electrodes 4, with the exception of the two electrodes 4 located on the outside of the stack or the ESV 3, is functionally part of two battery cells.

Die Batteriezellen umfassen weiterhin einen Elektrolyt 6, der in flüssiger Form innerhalb der Umhüllung 2 angeordnet ist. Die Separatoren 5 sind dabei mit dem Elektrolyt 6 getränkt, so dass eine Leitung von Ionen zwischen benachbarten Elektroden 4 über den dazwischen liegenden Separator 5 möglich ist.The battery cells further comprise an electrolyte 6, which is arranged in liquid form within the casing 2. The separators 5 are impregnated with the electrolyte 6, so that conduction of ions between adjacent electrodes 4 via the separator 5 in between is possible.

Jede der Elektroden 4 umfasst ein flächiges, folienförmiges Substrat 7, das beispielsweise bei den als Anoden vorgesehenen ersten Elektroden 4a aus Kupfer und bei den als Kathoden vorgesehenen zweiten Elektroden 4b aus Aluminium ausgestaltet sein kann. In einem quadratischen Abschnitt davon sind die beiden in Stapelrichtung des ESV 3 gelegenen Großflächen jeder der Elektroden 4 mit einer Beschichtung aus einem Aktivmaterial 8 versehen, um eine Wirkung der verschiedenen Elektroden 4a, 4b als Anoden oder Kathoden während einer Nutzung der Batterie 1 zu ermöglichen. Im Bereich dieser quadratischen Abschnitte der Substrate 7 und damit der Elektroden 4 sind diese und die entsprechend quadratisch geformten Separatoren 5 gestapelt, woraus sich die Quaderform des ESV 3 ergibt.Each of the electrodes 4 comprises a flat, film-shaped substrate 7, which can be made, for example, of copper for the first electrodes 4a provided as anodes and of aluminum for the second electrodes 4b provided as cathodes. In a square section thereof, the two large surfaces of each of the electrodes 4 located in the stacking direction of the ESV 3 are provided with a coating made of an active material 8 in order to enable the different electrodes 4a, 4b to act as anodes or cathodes during use of the battery 1. In the area of these square sections of the substrates 7 and thus the electrodes 4, these and the corresponding square-shaped separators 5 are stacked, which results in the cuboid shape of the ESV 3.

An einer Querseite des rechteckigen Abschnitts jeder Elektrode 4 ist ein Bereich des Substrats 7 vorgesehen, in dem dieses nicht mit der Beschichtung aus dem jeweiligen Aktivmaterial 8 versehen ist. Dieser Bereich der Elektroden 4 dient jeweils als Stromableiter 9, über den die einzelnen Elektroden 4 mit einem jeweils zugeordneten Batteriepol 10 der Batterie 1 elektrisch leitend verbunden sind. Die Stromableiter 9a von allen ersten Elektroden 4a sind dabei mit einem ersten (10a) der Batteriepole 10 und die Stromableiter 9b von allen zweiten Elektroden 4b sind mit einem zweiten (10b) der Batteriepole 10 verbunden. Dabei können die Stromableiter 9b der zweiten Elektroden 4b die Umhüllung 2 für einen elektrischen Potentialausgleich kontaktieren (vgl. 3).On a transverse side of the rectangular section of each electrode 4, an area of the substrate 7 is provided in which it is not provided with the coating made of the respective active material 8. This area of the electrodes 4 serves as a current conductor 9, via which the individual electrodes 4 are electrically connected to an assigned battery pole 10 of the battery 1. The current conductors 9a of all first electrodes 4a are connected to a first (10a) of the battery poles 10 and the current conductors 9b of all second electrodes 4b are connected to a second (10b) of the battery poles 10. The current conductors 9b of the second electrodes 4b can cover the casing 2 for electrical potential equalization (cf. 3 ).

Die Batteriepole 10 sind derart in die Umhüllung 2 integriert, dass ein Anschlussabschnitt davon außenseitig zugänglich ist, um die Batterie 1 in einen Stromkreis integrieren zu können. Dabei sind die beiden Batteriepole 10 an den sich gegenüberliegenden Stirnseiten der quaderförmigen Umhüllung 2 angeordnet.The battery poles 10 are integrated into the casing 2 in such a way that a connection section thereof is accessible from the outside in order to be able to integrate the battery 1 into a circuit. The two battery poles 10 are arranged on the opposite end faces of the cuboid casing 2.

In einer seitlichen Wandung weist die Umhüllung 2 eine Entgasungsöffnung 11 aus, die mittels eines folienförmigen Berstelements 12 überdeckt und dadurch verschlossen ist. Dabei liegt das Berstelement 12 innenseitig an einem Randabschnitt der Umhüllung 2 an, wobei alternativ auch ein Anliegen an einer Außenseite der Umhüllung 2 oder innerhalb der Entgasungsöffnung 11, dann gegebenenfalls mit einem geschlossen umlaufenden stirnseitigen Kontakt mit der die Entgasungsöffnung 11 begrenzenden Fläche der Umhüllung 2 und/oder mit einem Anliegen an einem innerhalb der Entgasungsöffnung 11 vorgesehenen, vorzugsweise geschlossen umlaufenden Vorsprung, vorgesehen sein kann.In a side wall, the casing 2 has a degassing opening 11, which is covered by a film-shaped bursting element 12 and thereby closed. The bursting element 12 rests on the inside against an edge section of the casing 2, alternatively also resting on an outside of the casing 2 or within the degassing opening 11, then optionally with a closed circumferential frontal contact with the surface of the casing 2 delimiting the degassing opening 11 and / or can be provided with a contact with a projection provided within the degassing opening 11, preferably with a closed circumference.

In dem Randabschnitt, in dem das Berstelement 12 an der Umhüllung 2 anliegt, ist zwischen dem Berstelement 12 und der Umhüllung 2 ein Kontaktbereich 13 ausgebildet, innerhalb dessen zwischen dem Berstelement 12 und der Umhüllung 2 eine stoffschlüssige Verbindung vorgesehen ist. Diese stoffschlüssige Verbindung kann beispielsweise eine Schweißverbindung sein. Um eine solche Schweißverbindung vorteilhaft ausbilden zu können ist das Berstelement 12 vorzugsweise aus dem gleichen Metall, insbesondere Aluminium, wie die Umhüllung 2 ausgestaltet.In the edge section in which the bursting element 12 rests on the casing 2, a contact area 13 is formed between the bursting element 12 and the casing 2, within which a cohesive connection is provided between the bursting element 12 and the casing 2. This cohesive connection can be, for example, a welded connection. In order to be able to advantageously form such a welded connection, the bursting element 12 is preferably made of the same metal, in particular aluminum, as the casing 2.

Um zumindest die Verbindung zwischen dem Berstelement 12 der Umhüllung 2 vor einem direkten Kontakt mit dem Elektrolyten 6 und damit vor einer durch ein solchen Kontakt ausgelösten oder beschleunigten Korrosion zu schützen, ist eine ringförmige Schutzschicht 14 vorgesehen, die das Berstelement 12 umfangseitig umgibt und die dadurch den Kontaktbereich 13 zwischen dem Berstelement 12 und der Umhüllung 2 überdeckt und somit fluiddicht verschließt. Dabei kann auch vorgesehen sein, dass die ringförmige Schutzschicht 14 zusätzlich noch einen Randabschnitt des Berstelements 12 überdeckt, um die Schutzschicht 14 ausreichend fluiddicht wirkend zu gestalten.In order to protect at least the connection between the bursting element 12 of the casing 2 from direct contact with the electrolyte 6 and thus from corrosion triggered or accelerated by such contact, an annular protective layer 14 is provided which surrounds the bursting element 12 on the circumference and thereby covers the contact area 13 between the bursting element 12 and the casing 2 and thus closes it in a fluid-tight manner. It can also be provided that the annular protective layer 14 additionally covers an edge section of the bursting element 12 in order to make the protective layer 14 sufficiently fluid-tight.

Während bei der Batterie 1 gemäß den 1 bis 5 lediglich eine ringförmige und damit einen zentralen Abschnitt des Berstelements nicht bedeckende Schutzschicht 14 vorgesehen ist, bedeckt die Schutzschicht 14 bei der Batterie 1 gemäß der 6 das gesamte Berstelement 12 und, wie bei der Batterie 1 gemäß den 1 bis 5, einen umlaufenden Abschnitt der Umhüllung 2. Bei der Batterie 1 gemäß der 7 ist zusätzlich die gesamte Innenseite der die Entgasungsöffnung 11 umfassenden Wandung der Umhüllung 2 von der Schutzschicht 14 bedeckt.While with battery 1 according to the 1 until 5 only an annular protective layer 14 which does not cover a central section of the bursting element is provided, covers the protective layer 14 in the battery 1 according to FIG 6 the entire bursting element 12 and, as with the battery 1 according to 1 until 5 , a circumferential section of the casing 2. For the battery 1 according to the 7 In addition, the entire inside of the wall of the casing 2 encompassing the degassing opening 11 is covered by the protective layer 14.

Abgesehen von der unterschiedlichen Ausgestaltung der Schutzschicht 14 kann eine Batterie gemäß den 6 oder 7 derjenigen gemäß den 1 bis 5 entsprechen.Apart from the different design of the protective layer 14, a battery according to the 6 or 7 those according to the 1 until 5 are equivalent to.

BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SYMBOL LIST

11: Batteriebattery
22: Umhüllungwrapping
33: Elektroden-Separator-Verbund (ESV)Electrode separator composite (ESV)
44: Elektrodeelectrode
4a4a: erste Elektrodefirst electrode
4b4b: zweite Elektrodesecond electrode
55: Separatorseparator
66: Elektrolytelectrolyte
77: SubstratSubstrate
88th: AktivmaterialActive material
99: Stromableitercurrent arrester
9a9a: erster Stromableiterfirst current collector
9b9b: zweiter Stromableitersecond current collector
1010: BatteriepolBattery terminal
10a10a: erster Batteriepolfirst battery pole
10b10b: zweiter Batteriepolsecond battery pole
1111: EntgasungsöffnungDegassing opening
1212: Berstelementbursting element
1313: KontaktbereichContact area
1414: Schutzschichtprotective layer

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

WO 2011042092 A1 [0005]
DE 102013223361 A1 [0006]
DE 102013221760 A1 [0007]

Claims

Battery (1) with at least one battery cell and a casing (2) surrounding the at least one battery cell, the casing (2) having a degassing opening (11) which is closed by means of a bursting element (12), characterized in that the casing ( 2) is provided on the inside with a protective layer (14) which covers at least one contact area (13) between the bursting element (12) and the casing (2) and thereby closes it in a fluid-tight manner.

Battery (1) according to Claim 1 , characterized in that the casing (2) and/or the bursting element (12) is made of metal at least in a section forming the contact area (13).

Battery (1) according to Claim 1 or 2 , characterized in that the bursting element (12) is cohesively connected to the casing (2).

Battery (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the casing (2) is electrically connected to an electrode (4) of the at least one battery cell.

Battery (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the protective layer (14) is also made of at least one of the following materials: PP, PEEK, PTFE, PVDF, PVDF-HFP.

Battery (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the protective layer (14) has a layer thickness between 0.1 µm and 2 mm.

Battery (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the protective layer (14) completely covers the bursting element (12).

Battery (1) according to one of the Claims 1 until 7 , characterized in that the protective layer (14) does not cover a central portion of the bursting element (12).

Battery (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the protective layer (14) completely covers a wall of the casing (2) surrounding the degassing opening (11).

Battery (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the bursting element (12) rests on an edge section of the casing (2) which surrounds the degassing opening (11) on the inside.