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Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle für einen elektrischen Batteriespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem Batteriezellengehäuse, wobei in dem Batteriezellengehäuse zumindest ein Innenraum ausgebildet ist, wobei in dem Innenraum ein Elektrodenstapel ausgebildet ist, und wobei zwischen einer Anode des Elektrodenstapels und einer Kathode des Elektrodenstapels ein Isolator ausgebildet ist. Ferner betrifft die Erfindung einen elektrischen Energiespeicher.
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Aus dem Stand der Technik ist bereits bekannt, dass beispielsweise bei Rundzellen als Batteriezellen eine entsprechende ungleichmäßige Verteilung der Stromdichte zu verzeichnen ist. Insbesondere, um beispielsweise entsprechende Batteriezellen zu vergrößern erhöht sich dieses Problem, da sich die Dichte entsprechend einer Länge beziehungsweise eines Durchmessers der Batteriezelle verändert.
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Insbesondere lokalisiert sich somit die Stromverteilung, was wiederum zu einer Lebensverkürzung und Sicherheitsaspekten innerhalb der Batteriezelle führen kann.
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Die
DE 11 2014 004 219 B4 offenbart ein Verfahren zur Herstellung eines Batteriemoduls, wobei das Verfahren umfasst: Einen Einsetzschritt des Einsetzens einer Batteriezelle in einen Batterierückhalteabschnitt eines Halters, der den öffnungsförmigen Batterierückhalteabschnitt umfasst, und bei dem ein Haftmittel zwischen einer Innenumfangsfläche des Batterierückhalteabschnitts des Halters und einer Außenumfangsfläche der Batteriezelle bereitgestellt wird, und ein Zellfixierschritt des Fixierens der Innenraumumfangsfläche des Batterierückhalteabschnitts und der Außenumfangsfläche der Batteriezelle durch das Haftmittel, wobei in dem Einsatzschritt eine Haftmittelschicht gebildet wird, die aus dem Haftmittel ausgebildet ist und zwischen der Innenumfangsfläche des Batterierückhalteabschnitts und der Außenumfangsfläche der Batteriezelle auf dem gesamten Umfang der Batteriezelle in einer Umfangsrichtung mindestens in einem Teil eines Bereichs der Batteriezelle in einer axialen Richtung bereitgestellt ist, wobei die Haftmittelschicht eine Schichtstruktur aufweist, die eine halterseitige Haftmittelschicht, die mit der Innenumfangsfläche des Batterierückhalteabschnitts in Kontakt ist, und eine zellenseitige Haftmittelschicht umfasst, die mit der Außenumfangsfläche der Batteriezelle in Kontakt ist, und wobei als Haftmittel, das die halterseitige Haftmittelschicht bildet, und als Haftmittel, das die zellenseitige Haftmittelschicht bildet, verschiedene Typen von Haftmitteln verwendet werden.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Batteriezelle sowie eine elektronische Recheneinrichtung zu schaffen, mittels welchen eine verbesserte Stromdichte innerhalb der Batteriezelle realisiert werden kann.
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Diese Aufgabe wird durch eine Batteriezelle sowie durch einen elektrischen Energiespeicher gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen sind in den Unteransprüchen angegeben.
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Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Batteriezelle für einen elektrischen Energiespeicher eines zumindest teilweise elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugs, mit zumindest einem Batteriezellengehäuse, wobei in dem Batteriezellengehäuse zumindest ein Innenraum ausgebildet ist, wobei in dem Innenraum ein Elektrodenstapel ausgebildet ist, und wobei zwischen einer Anode des Elektrodenstapels und einer Kathode des Elektrodenstapels ein Isolator ausgebildet ist.
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Es ist dabei vorgesehen, dass zusätzlich zwischen der Kathode und der Anode eine Primerfolie angeordnet ist.
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Dadurch ist es ermöglicht, dass auf Basis der Primerfolie eine verbesserte Stromdichteverteilung innerhalb der Batteriezelle realisiert werden kann. Insbesondere, bei vergrößerten Batteriezellen, kann somit über die gesamte Batteriezelle hinweg eine verbesserte Stromdichteverteilung realisiert werden. Insbesondere während eines Aufladeprozesses der Batteriezelle werden die Lithium-Ionen und Elektronen an der Anode konzentriert. Die Anode, welche sich insbesondere in der Nähe der Kathode befindet, mit anderen Worten der Kathode zugewandt ist, kann somit eine geringere Stromdichte aufweisen. Insbesondere handelt es sich bei dem Elektrodenstapel um einen geschichteten Elektrodenstapel, insbesondere aufweisend zumindest eine Anodenschicht, ein Isolatorschicht und eine Kathodenschicht. Für den Entladeprozess kann wiederum festgestellt werden, dass sich die Lithium-Ionen und Elektronen an dem Kathodenterminal befinden. Die Kathode in der Nähe des Anodenterminals kann somit beim Entladeprozess ebenfalls eine geringere Stromdichte aufweisen. Insbesondere bei einem sogenannten Multi-Tab-Design kann ebenfalls verzeichnet werden, dass die Stromdichteverteilung im Innenraum der Batteriezelle geringer ist. Die lokale Dichteverteilung kann sich wiederum auf die Degradation der Batteriezelle auswirken, wobei ebenfalls auch ein sogenanntes Plating innerhalb der Batteriezelle verzeichnet werden kann, was wiederum zu Sicherheitsproblemen führen kann. Um die Stromdichteverteilung zu verbessern, wird nun die Primerfolie verwendet, um beispielsweise sowohl an der Kathode als auch an der Anode eine Dichteverteilung zu verbessern.
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Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform ist die Primerfolie an der Kathode ausgebildet. Alternativ kann die Primerfolie auch an der Anode ausgebildet sein. Insbesondere ist die Primerfolie, sollte sie beispielsweise an einer Kathode ausgebildet sein, der Anode zugewandt und sollte sich die Primerfolie an der Anode befinden, ist die Primerfolie der Kathode zugewandt. Dadurch kann realisiert werden, dass die Stromdichteverteilung innerhalb des Elektrodenstapels verbessert ist.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform sieht vor, dass die Batteriezelle als Rundzelle ausgebildet ist. Insbesondere kann der Elektrodenstapel dann beispielsweise als Elektrondenwickel (sogenannte Jelly Roll) ausgebildet sein. Die Primerfolie kann dabei ferner vorteilhaft ganzheitlich in einer Hochrichtung der Batteriezelle betrachtet zwischen der Anode und der Kathode ausgebildet sein. Sollte beispielsweise es sich um eine „kleine“ Batteriezelle handeln, so ist vorteilhaft, wenn die Primerfolie ganzheitlich in der Hochrichtung verteilt ist, um verbessert eine Stromdichteverteilung zu realisieren.
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Alternativ kann die Primerfolie auch an einem jeweiligen Endbereich der Batteriezelle zwischen der Anode und der Kathode ausgebildet sein. Sollte sich beispielsweise die Batteriezelle in einer Höhenrichtung betrachtet als „lang“ erstrecken, so ist es vorteilhaft, wenn die Anode und die Kathode entsprechend jeweils nur in den Endbereichen ausgebildet sind.
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Weiterhin kann vorgesehen sein, dass die Primerfolie aus Carbon ausgebildet ist. Eine alternative Form sieht vor, dass die Primerfolie mit Kohlenstoffnanoröhren (CNT) ausgebildet ist. Hierbei handelt es sich insbesondere um Material, welches entsprechend hoch leitend ausgebildet ist und somit vorteilhaft zur besseren Verteilung der Stromdichte beitragen kann.
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Ferner sieht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltungsform vor, dass die Primärfolie eine Dicke von weniger als 1 µm aufweist. Insbesondere kann somit Gewicht gespart werden und es kann der Innenraum innerhalb der Batteriezelle im Wesentlichen mit dem Elektrodenstapel ausgebildet werden, wodurch eine höhere Leistungsdichte der Batteriezelle realisiert werden kann.
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Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft einen elektrischen Energiespeicher für ein zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug mit zumindest einer Batteriezelle nach dem vorhergehenden Aspekt. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Kraftfahrzeug mit einem elektrischen Energiespeicher nach dem vorhergehenden Aspekt. Das Kraftfahrzeug kann dabei beispielsweise als zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug oder auch als vollelektrisch betriebenes Kraftfahrzeug ausgebildet sein. Der elektrische Energiespeicher kann dann insbesondere als sogenannte Traktionsbatterie bereitgestellt werden.
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Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar.
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Die Erfindung wird nun anhand eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs mit einer Ausführungsform eines elektrischen Energiespeichers;
- 2 eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform einer Batteriezelle; und
- 3 eine weitere schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform einer Batteriezelle.
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In den Figuren sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform eines Kraftfahrzeugs 10. Das Kraftfahrzeug 10 ist dabei insbesondere als zumindest teilweise elektrisch betriebenes Kraftfahrzeug 10 beziehungsweise als vollelektrisch betriebenes Kraftfahrzeug 10 ausgebildet. Das Kraftfahrzeug 10 weist einen elektrischen Energiespeicher 12 auf, wobei der elektrische Energiespeicher 12 eine Vielzahl von Batteriezellen 14 aufweist. Der elektrische Energiespeicher 12 kann auch als Traktionsbatterie bezeichnet werden.
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2 zeigt eine schematische Perspektivansicht einer Ausführungsform einer Batteriezelle 14. Die Batteriezelle 14 weist zumindest ein Batteriezellengehäuse 16 auf. In einem Innenraum 18 des Batteriezellengehäuses 16 ist insbesondere ein rein schematisch dargestellter Elektrodenstapel 20 ausgebildet. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist die Batteriezelle 14 insbesondere als Rundzelle ausgebildet. Die Rundzelle weist insbesondere einen als Elektrodenwickel (Jelly-Roll) ausgebildeten Elektrodenstapel 20 auf.
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Zwischen einer Anode des Elektrodenstapels und einer Kathode des Elektrodenstapels 20 ist ein Isolator ausgebildet, wobei zusätzlich zwischen der Kathode und der Anode eine Primerfolie 22 ausgebildet ist. Dabei kann die Primerfolie 22 an der Kathode ausgebildet sein oder alternativ oder ergänzend an der Anode ausgebildet sein. Die 2 zeigt ferner schematisch, dass die Primerfolie 22 ganzheitlich in einer Hochrichtung 24 der Batteriezelle 14 betrachtet zwischen der Anode und der Kathode ausgebildet ist.
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Die Primerfolie 22 kann dabei aus Carbon oder alternativ auch aus Kohlenstoffnanoröhren (CNT) ausgebildet sein. Ferner ist die Primerfolie 22 insbesondere mit einer Dicke von weniger als 1 µm ausgebildet.
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Die 2 zeigt ferner, dass entsprechende Kontaktfähnchen 26 vorgesehen sein können.
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3 zeigt eine weitere schematische Perspektivansicht gemäß einer Ausführungsform einer Batteriezelle 14. Insbesondere ist im vorliegenden Ausführungsbeispiel gezeigt, dass die Batteriezelle 14 in einer Hochrichtung 24 betrachtet größer ausgebildet ist, als die Batteriezelle gemäß der 2. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel kann somit insbesondere vorgesehen sein, dass die Primerfolie 22 an jeweiligen Endbereichen 28 der Batteriezelle 14 zwischen der Anode und der Kathode ausgebildet sind.
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Die Erfindung beschäftigt sich insbesondere mit dem Problem, die Energiedichte für zylindrische Zellen zu erhöhen, deren Zelldurchmesser vergrößert wurde. Das Volumen des Stromabnehmers könnte mit einer begrenzten Anzahl von Stromabnehmern verringert werden. Aufgrund des größeren Zelldurchmessers und der größeren Länge sowie der begrenzten Anzahl von Stromabnehmern kann es zu einer lokalen Stromverteilung kommen. Die Stromabnehmer sind dabei hierbei insbesondere Kontaktlaschen beziehungsweise die Kontaktfähnchen 26. Der örtlich begrenzte Strom verursacht eine örtlich begrenzte Lithium-Konzentration, die zu einer Verschlechterung der Lebensdauer und zu Sicherheitsproblemen führen würde. Insbesondere während des Ladevorgangs der Batteriezelle 14 konzentrieren sich das Lithium und die Elektronen auf den Anodenanschlussbereich. Eine Anode in der Nähe des Kathodenanschlusses kann eine geringere Stromdichte aufweisen. Bei der Konstruktion der Batteriezelle 14 mit mehreren sogenannten Tabs kann die Stromdichte auf der Kernseite der Batteriezelle 14 gering sein. Um die Stromdichte zu erhöhen, kann die elektrische Leitfähigkeit des Stromabnehmers durch die Verwendung einer mit der Primerfolie 22 genutzten Folie sowohl für die Kathode als auch für die Anode verbessert werden. Zum Beispiel kann eine primerbeschichtete Folie für die Anode verwendet werden, die sich in der Nähe des Kathodenanschlusses befindet. Für die Primerbeschichtung kann ein elektrisch hochleitfähiges Material, wie beispielsweise Kohlenstoff und CNT verwendet werden. Die Schichtdicke beträgt dabei weniger als ein Mikrometer. Durch die Verwendung der mit dem Primer beschichteten Folie kann die elektrische Leitfähigkeit lokal erhöht werden, was das Problem der lokalen Stromdichte löst.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Kraftfahrzeug
- 12
- elektrischer Energiespeicher
- 14
- Batteriezelle
- 16
- Batteriezellengehäuse
- 18
- Innenraum
- 20
- Elektrodenstapel
- 22
- Primerfolie
- 24
- Höhenrichtung
- 26
- Kontaktfähnchen
- 28
- Endbereich
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 112014004219 B4 [0004]
