EP3613095A1 - Segmentierte elektrodeneinheit, batterie und verfahren zum herstellen einer segmentierten elektrodeneinheit - Google Patents

Segmentierte elektrodeneinheit, batterie und verfahren zum herstellen einer segmentierten elektrodeneinheit

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EP3613095A1
EP3613095A1 EP18726921.2A EP18726921A EP3613095A1 EP 3613095 A1 EP3613095 A1 EP 3613095A1 EP 18726921 A EP18726921 A EP 18726921A EP 3613095 A1 EP3613095 A1 EP 3613095A1
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EP
European Patent Office
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electrode unit
electrode
current collector
unit according
carrier element
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EP18726921.2A
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English (en)
French (fr)
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Norbert Wagner
Andreas DREIZLER
Dirk Schneider
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Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
Original Assignee
Deutsches Zentrum fuer Luft und Raumfahrt eV
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Publication date
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Definitions

  • Segmented electrode unit battery and method for producing a segmented electrode unit
  • the present invention relates to an electrode unit for an electrochemical cell, in particular for a battery, comprising an electrode and a current collector element which is in area-contact with the electrode.
  • the present invention relates to a battery comprising two electrode units which are separated by a layered separator element and which each comprise an electrode and a current collector element which is in area-contact with the electrode.
  • the invention relates to a method for producing an electrode unit for an electrochemical cell, in particular for a battery, which electrode unit comprises an electrode and a current collector element which is in area-contact with the electrode.
  • a measuring device for measuring the current and temperature distribution for fuel cells is known.
  • a plurality of measuring resistors is applied to a circuit board.
  • these measuring resistors must be calibrated depending on the temperature.
  • the current collector element comprises at least two separate pantograph segments that the at least two pantograph segments each have a first pantograph. have segment contact surface and that the first pantograph segment contact surfaces are in surface contact with the electrode.
  • the solution proposed according to the invention makes it possible, in particular, to measure a current distribution and accordingly also an impedance distribution in a spatially resolved battery without measuring resistors.
  • This is achieved by a segmentation of the current collector element.
  • the currents flowing through each pantograph segment can be measured separately. This is possible without any measuring resistors.
  • the current flowing through the respective pantograph segment is measured directly.
  • a number of the required layers for forming the electrode unit can thus be minimized, since no separate lines for calibrating the measuring resistors are required.
  • Such a measuring arrangement can be provided, which enables the spatially resolved measurement of currents from or to the electrode.
  • the measurement order formed by the current collector segments simultaneously forms the current collector element, so that the measuring arrangement is part of the electrode unit and thus also part of the battery.
  • the pantograph element comprises a plurality of pantograph segments.
  • the number of pantograph segments can basically be set as desired, so that the spatial resolution of the current measurement can be predetermined in the desired manner by the number and shape of the pantograph segments.
  • the at least two current collector segments are arranged on a carrier element.
  • the carrier element enables a mechanically stable and easily handled electrode unit train.
  • the electrode is formed of an active electrode material that is not self-supporting, in particular porous, so the current collector segments can be arranged or formed on the support member and carry the electrode.
  • the pantograph segments then serve simultaneously as a support for the electrode and thus give it a sufficient mechanical stability.
  • the carrier element is formed deformable.
  • it may be bendable, foldable or rollable.
  • This configuration makes it possible, in particular, to realize different types of batteries, for example rolled-up and therefore cylindrical designs or cuboidal batteries formed by layers of electrode units.
  • the at least two current collector segments each have a second current collector segment contact surface, that the carrier element has a first carrier element surface, and that the second current collector segment contact surfaces are in surface contact with the first carrier element surface.
  • a layer structure of the electrode unit can be realized with a minimum number of layers.
  • the flat connection between the carrier element and the current collector segments allows a simple layered structure of the electrode unit.
  • a particularly simple construction of the electrode unit can be achieved, in particular, by virtue of the fact that the first current collector segment contact areas and the second current collector segment contact areas are identical or essentially identical.
  • the surfaces of the current collector segments which are in contact with the electrode on the one hand and with the carrier on the other hand, are of identical design, so that a uniform flow of current through the current collector segments can be established transversely to the collector pad contact surfaces.
  • the carrier element is self-supporting.
  • the carrier element has a maximum thickness of 1 mm.
  • the thickness can be at most 0.5 mm.
  • the thickness can amount to a maximum of 50 ⁇ . The thinner the carrier element is, the easier it is to deform the carrier element, in particular also with current collector segments arranged thereon and an electrode formed thereon.
  • the carrier element is formed from an electrically non-conductive carrier element material. In this way it can be prevented that the currents flowing through the individual pantograph segments can not be measured separately.
  • the carrier element material has a volume resistivity of at least 10 10 ohm-cm and / or a surface resistivity of at least 10 13 ohms.
  • a spatial separation of the pantograph segments and thus an insulation of the same relative to one another via the support element can be achieved in a simple and secure manner.
  • the carrier element material is liquid-tight or impermeable to liquids.
  • the carrier element material may be hydrophobic.
  • the described properties make it possible in particular to use the carrier element as a seal of the electrode unit. In particular, it is thus possible to prevent an electrolyte from escaping from a separator layer arranged or formed between two electrode units and thus from the electrochemical cell, in particular from a battery.
  • the carrier element material is oxidation-stable and stable in reduction in a voltage range from 0 V to about 10 V. par- In addition, the described stability in a voltage range of 0 V to about 5 V can be achieved by appropriate choice of the carrier element material.
  • the carrier element material is rigid or flexible.
  • Rigid carrier element materials enable a stable construction of the electrode unit. In particular, these can be used if no deformable electrode units are to be formed.
  • Flexible carrier element materials make it possible, in particular, to roll up and / or fold the electrode units in order, for example, to be able to form cylindrical batteries.
  • the electrode unit can be formed in a particularly simple and cost-effective manner if the carrier material is a plastic.
  • the plastic may be a liquid crystal polymer (FKP) and / or a polyaryletherketone.
  • the plastic may be polyetheretherketone (PEEK).
  • PEEK polyetheretherketone
  • the carrier element material is chemically stable to lithium and / or organic electrolytes and / or conductive salts and / or an electrode material from which the electrode is formed.
  • a long-term stable electrode unit can be formed.
  • the carrier element material has a modulus of elasticity of at most about 15 GPa.
  • the modulus of elasticity may be at most 5 GPa.
  • flexible deformable carrier elements can be formed.
  • the at least two current collector segments are formed liquid-tight or impermeable to liquids. In particular, they may be hydrophobic.
  • the current collector element is formed from an electrically highly conductive current collector element material.
  • the pantograph segments are correspondingly conductive and allow a good derivative of the flowing currents.
  • the electrode unit can be formed simply and inexpensively if the current collector element material is metallic.
  • the pantograph element material is or contains copper or aluminum. These materials are easy and safe to process.
  • the current collector element material has an electrical conductivity of at least about 1 MS / m.
  • the current collector element material has an electrical conductivity of at least about 1 MS / m.
  • the current collector element material is chemically stable with respect to lithium and / or organic electrolytes and / or conductive salts and / or the electrode material.
  • the current collector element material is liquid-tight or impermeable to liquids.
  • the first current collector segment contact surface is coated or sealed. In this way it can be prevented that in particular an electrolyte can penetrate from the electrode into the current collector segments.
  • a coating or sealing of the first pantograph segment contact surface contains gold or consists of gold.
  • a secure sealing of the pantograph segments to the electrode can be achieved.
  • the at least two current collector segments have a thickness in a range of approximately 0.2 ⁇ m to approximately 10 ⁇ m.
  • the thickness corresponds to a distance between the first pantograph segment contact surface and the second pantograph segment contact surface.
  • the electrode is formed from a porous electrode material. It can be so well penetrated by an electrolyte. Furthermore, it is also possible to use materials for forming the electrode that are not dimensionally stable themselves. This ultimately does not matter because the electrode is connected flat to the pantograph segments.
  • the electrode material is or contains lithium, graphite, silicon and / or sulfur.
  • the electrode material may be or contain lithium nickel manganese cobalt oxide, lithium nickel cobalt aluminum oxide, lithium iron phosphate and / or lithium titanate.
  • metal-sulfur batteries can be formed.
  • the electrode material has a porosity of at most about 0.3.
  • the porosity can be at most about 0.2.
  • the electrode has a maximum thickness of 100 ⁇ m. In particular, it may have a maximum thickness of 50 ⁇ m.
  • thin electrodes have the advantage that overall more compact and lighter batteries can be formed.
  • a particularly simple construction of the electrode unit can be achieved, in particular, in that the first current collector segment contact surfaces of the at least two current collector segments are identical or essentially identical.
  • all pantograph segments can be identical.
  • the at least two current collector segments are arranged in a grid.
  • the spatial resolution of a current distribution of the battery can be specified by the grid.
  • the pantograph segments can be arranged in a grid when the first pantograph segment contact surfaces are polygonal. In particular, they may be triangular, square or hexagonal. Depending on the shape of the electrode, it may also be advantageous if the first current collector segment contact surfaces are oval, in particular circular, or oval segment-shaped, in particular circular segment-shaped.
  • each of the at least two current collector segments is assigned a contact device.
  • the contact device makes it possible, in particular, to connect each current collector segment to a current-measuring device in an electrically conductive and individual manner. Thus, currents flowing through the individual pantograph segments can be easily and safely measured.
  • the carrier element has a second carrier element surface, that the contact devices are arranged or formed on the second carrier element surface and that each one of the at least two Current collector segments associated contact device is electrically connected to its associated pantograph segment.
  • This embodiment makes it possible in particular in a simple manner to connect the individual current collector segments with a current measuring device.
  • the contacting or connection with the contact device can take place on one side of the carrier element, which is not in direct contact with the current collector segments.
  • each current collector segment and its associated contact device are electrically conductively connected to one another via an electrically conductive connection and when the electrically conductive connection is guided through an opening of the carrier element which connects the first carrier element surface and the second carrier element surface.
  • the openings of the carrier element allow in a simple manner a connection of the current collector segments with the associated contact device.
  • each contact device is electrically conductively connected or connectable to a current measuring device.
  • a plurality of current measuring devices can be provided in order to be able to separate the currents flowing through the at least two pantograph segments, but to be able to measure them simultaneously.
  • the electrode is segmented in accordance with the at least two current collector segments and comprises at least two, in particular a plurality, of electrode segments. In this way, it can be ensured, in particular, that all currents flowing out of or flowing to the electrode flow through the at least two current collector segments.
  • the electrode unit becomes particularly simple if it comprises a single electrode. This then covers all pantograph segments. According to a further preferred embodiment of the invention it can be provided that the electrode unit has at least one temperature measuring device for the spatially resolved measurement of an electrode temperature and / or a current collector temperature. The at least one temperature measuring device is thus optionally provided in order to determine locally resolved temperatures at the electrode unit.
  • each of the pantograph segments is assigned a temperature measuring device.
  • each of the pantograph segments can be assigned a temperature measuring device. In particular, it can thus be easily determined whether a relationship exists between the current distribution and the temperature distribution or not.
  • the electrode unit can be formed in a simple manner if the at least one temperature measuring device is designed in the form of a temperature measuring resistor.
  • temperatures can be measured simply and reliably, for example by connecting to a constant current source and measuring an applied voltage, which depends on the temperature.
  • the at least one temperature measuring device is arranged or formed on or in the carrier element.
  • the temperature measuring device can be applied to the carrier element as a separate temperature measuring resistor.
  • it can also be arranged in a recess of the carrier element.
  • the temperature measuring resistor may also be applied in the form of a meandering temperature measuring line to the carrier element or in a recess thereof.
  • the at least one temperature measuring device is preferably in thermal contact with the carrier element and / or the current collector element or at least one current collector segment, so that the temperature measuring device has the same or substantially the same temperature as the current collector element or the current collector segment.
  • the at least one temperature measuring device is arranged or formed on the second carrier element surface.
  • the temperature measuring device can be easily contacted in order to connect them in particular to a current or voltage source.
  • Such a formed battery then also has the advantages described above in connection with preferred embodiments of electrode units.
  • the object stated in the introduction is further achieved in a method of the type described above in that at least two separate current collector segments are formed to form the current collector element, that the at least two current collector segments each have a first current collector contact surface and that the electrode is applied flatly to the first current collector contact surfaces is used to make a surface contact between the electrode and the at least two pantograph segments.
  • the development proposed according to the invention makes it possible in particular to use electrodes which are formed from a non-self-supporting electrode material for the production of electrode units of a battery.
  • the at least two pantograph segments then virtually form a support for the electrode. It is advantageous if the at least two current collector segments are applied to a carrier element. In particular, this can be achieved by lamination.
  • a measuring arrangement comprising the carrier element and the at least two current collector segments can be formed in a simple manner.
  • the at least two current collector segments are applied to the carrier element before the electrode is applied to the current collector element.
  • the at least two current collector segments are thus first applied to the carrier element and then themselves serve as carriers for the electrode.
  • Figure 1 is a schematic representation of the structure of a battery
  • FIG. 2 shows a schematic representation of an electrode unit with segmented current collector
  • Figure 3 is a schematic representation of a battery with two electrode units with segmented pantograph
  • FIG. 4 shows a schematic representation of an electrode unit with temperature measuring devices
  • FIG. 5 shows a schematic representation of a partial sectional view through a carrier element with segmented current collector element and temperature measuring devices
  • FIG. 6 shows a schematic representation of a partial sectional view of a further embodiment of a carrier element with segmented pantograph element and temperature measuring devices
  • FIG. 7 shows a schematic, partially sectioned illustration of a flat-type battery with a segmented electrode unit
  • Figure 8 a schematic representation of an embodiment of a
  • FIG. 9 shows a schematic illustration of a carrier element with four square current collector segments arranged in a grid
  • FIG. 10 shows a schematic arrangement of a carrier element with three
  • Pantograph segments of different sizes are possible.
  • FIG. 1 schematically shows the structure of a battery, generally designated by the reference numeral 10, in particular a rechargeable battery 10.
  • a battery case 12 two electrodes 16 and 18 separated by a separator 14 are arranged.
  • the electrode 18 may form the anode of the battery 10, the electrode 18 the cathode 22.
  • the electrode 16 is on its side facing away from the separator 14 with a first current collector 24 in contact surface. Likewise, the electrode 18 is in surface contact with a second current collector 26.
  • the current collectors 24 and 24 are also referred to as pantograph elements.
  • the first current collector 24 is connected to a current collector contact element 28, which is led out through the battery housing 12 from this.
  • a second current collector contact element 30 is connected in an electrically conductive manner to the second current collector 26. the and also led out through the battery case 12 from the battery 10.
  • the first and second current collector contact elements 28 and 30, which are formed in the form of so-called current collector lugs, allow a user to connect the pantograph contact elements 28 and 30 with an electrical load or in particular with a charging device, if the battery 10 is a rechargeable battery 10 is.
  • the separator 14 may contain an electrolyte which allows the exchange of ions between the electrodes 16 and 18 through the separator 14.
  • FIG. 2 schematically shows a further exemplary embodiment of a battery 10. Identical elements and assemblies are therefore designated in Figure 2 and all other figures with identical reference numerals.
  • the battery 10 illustrated in FIG. 2 comprises a first electrode 16, which is arranged between the separator 14 and the first current collector 24.
  • the first current collector contact element 28 is led out of the battery 10 through the battery housing 12.
  • the battery 10 from FIG. 2 differs from the battery 10 shown in FIG. 1 in particular in that the second current collector 26 comprises a plurality of current collector segments 32.
  • the pantograph segments 32 include first pantograph segment contact surfaces 34 that are in surface contact with the electrode 18.
  • the electrode 18 may be formed in the form of a continuous electrode 18 forming an electrode layer as shown in FIG. 1 and made of an active electrode material.
  • FIG. 1 an alternative embodiment is shown schematically.
  • the electrode 18 comprises a plurality of electrode segments 36, wherein each current collector segment 32 is assigned an electrode segment 36, which is in area contact with the first current collector segment contact surface 34 of a current collector segment 32.
  • the pantograph segments 32 further include second pantograph segment contact surfaces 40 that are parallel or substantially parallel to the first pantograph segment contact surfaces 34 and face away therefrom in the opposite direction.
  • the second current collector segment contact surfaces 40 of the current collector segments 32 abut against a first carrier element surface 42 of a carrier element 44, that is, they are in planar contact with the first carrier element surface 42.
  • the carrier element 44 furthermore has a second carrier element surface 46, which runs parallel or substantially parallel to the first carrier element surface 42 and points in the opposite direction to it.
  • a contact device 48 in the form of an electrically conductive printed circuit board contact 50 is arranged on the second carrier element surface 46.
  • Each contact device 48 is electrically conductively connected via an electrically conductive connection 52 to a current collector segment 32.
  • the connection 52 is guided through an opening 54, shown schematically in dashed lines in FIG. 2, of the carrier element 54.
  • the opening 54 connects the first carrier element surface 42 and the second carrier element surface 46 with each other.
  • Each contact device 48 is electrically conductively connected to a connecting line 56 which leads out of the battery housing 12 and connected to a current measuring device 58 or is connectable.
  • Second connection contacts of the parallel connected current measuring devices 58 are guided via a common return line 60 to a further current measuring device 62, whose further connection contact with the first current collector contact element 28 is electrically connected via a connecting line 64.
  • the currents I s flowing through the associated current collector segments 32 can thus be measured.
  • the total current I G flowing through all the current collector segments 32 can be measured. Due to the parallel arrangement of the current measuring devices 58, the total current I G should be able to be measured with the current measuring device 52 as the sum of all partial currents I s flowing through the current collector segments 32.
  • a spatially resolved one in the battery 10 through the second current collector 26 flowing total current I G can be measured spatially resolved by measuring all flowing through the current collector segments 32 substreams I s .
  • FIG. 3 schematically shows a further exemplary embodiment of a battery 10. It comprises an electrode unit 38 arranged on the carrier element 44 and a second electrode unit 138 which is arranged on a further carrier element 144. Between the two segmented electrodes 16 and 18, the separator 14 is arranged.
  • the second carrier element 144 corresponds in its construction to the carrier element 44. It carries a plurality of current collector segments 132, which also correspond in their structure to the pantograph segments 32.
  • the carrier element 144 comprises a plurality of apertures 154, through which electrically conductive connections 152 are guided, which electrically conductively connect the current collector segments 132 applied to the first carrier element surface 142 to the contact devices 148 arranged on the second carrier element surface 146.
  • Connecting lines 156 connect the contactors 148 to current measuring devices 158.
  • the current measuring devices 158 With the current measuring devices 158, currents flowing to or from the respective current collector segment 132 can be measured.
  • the sum of all currents I s measured with the current measuring devices 158 should correspond to the sum of all currents I s measured with the current measuring devices 158.
  • the respective currents I s flowing through the current collector segments 32 and 132 may differ, in particular as a function of a size of the respective current collector segments 32.
  • FIG. 4 schematically shows a further exemplary embodiment of a battery 10, specifically in the form of a schematic plan view of the second carrier element surface 46.
  • the support member 44 covers the electrode unit 38 and the separator 14 and the further electrode 16 together with the first current collector 24.
  • the structure of the battery 10, as shown in Figure 4 thus basically correspond to the structure of the battery in Figure 2.
  • four current collector segments 32 are shown by dashed lines as an example, which are located behind the carrier element 44.
  • the contact device 48 are each electrically conductively connected to one of the four current collector segments 32. Electrically conductive interconnects 66 connect the contact devices 48 with connection contacts 68, which are arranged or formed on the second carrier element surface 46.
  • connection contacts 68 can in particular be electrically conductively connected to the lead-out from the battery housing 12 connecting line 56 with current measuring devices 58.
  • the current measuring devices 62 are part of a signal evaluation device designated overall by the reference numeral 70.
  • three temperature measuring devices 72 are furthermore provided, which are designed in the form of temperature-dependent measuring resistors. They are arranged in thermal contact with the carrier element 44 standing on the second carrier element surface 46.
  • the measuring resistors 74 are connected via two interconnects 76 with connection contacts 78.
  • One of the connection contacts 78 is connected to a voltage measuring device 80 encompassed by the signal evaluation device 70 via a connecting line 82.
  • Another connecting line 84 connects the voltage measuring device 80 to one pole of a current source 86.
  • Another pole of the current source 86 is connected via a further connecting line 88 to the other of the two connecting contacts 78.
  • the voltage measuring device 80 can be used to measure the voltage drop across the measuring resistor 74. Since this is temperature-dependent, can indirectly via the determined resistance of the measuring resistor 74 the Temperature of the measuring resistor 74 and thus indirectly the temperature of the support member 44 and the support member 44 in thermal contact with the current collector segment 32 are determined.
  • FIG. 5 shows a schematic sectional illustration through part of the battery 10 sketched in FIG.
  • the temperature measuring devices 72 in the form of the measuring resistors 74 are arranged on the second carrier element surface 46 of the carrier element 44. They can be applied as separate components on the carrier element 44 and connected to the conductor tracks 76.
  • the measuring resistors 74 can also be applied to the second carrier element surface 46 in the form of meander-shaped conductor track sections. This allows a particularly flat construction of the battery 10.
  • the distance 90 between the centers of gravity of the measuring resistors 74 and the centers of gravity of the current collector segments 32 is much larger than a thickness 92 of the carrier element 44.
  • FIG. 5 also clearly shows that the current collector segments 32 are arranged spatially separated from one another on the carrier element 44 so that they are electrically isolated from each other.
  • FIG. 6 partially shows a schematic sectional view through an alternative exemplary embodiment of a battery 10.
  • the temperature measuring devices 72 are not disposed on the second support member surface 46, but in recesses 94 of the support member 44.
  • the recesses 94 may be formed in particular in the form of openings of the support member 44, so that the measuring resistors 74 in direct thermal Contact with the second pantograph segment contact surfaces 40 stand. Through these arrangements tion can be determined directly with the measuring resistors 74, the temperature at the pantograph segments 32 in the manner described above.
  • Figure 7 shows an example of a partially sectioned view of a battery 10 in the form of a flat-type lithium-ion battery.
  • the reference numerals used in Figure 7 correspond to the reference numerals used above in connection with Figures 1 to 6.
  • the electrical construction of the battery 10 in FIG. 7 essentially corresponds to the battery 10 shown in FIG.
  • a plurality of current collector segments 32 are arranged in a square grid.
  • the majority of the pantograph segments 32 has a square first pantograph segment contact surface 34 which is formed identically to the second pantograph segment contact surface 40 which bears against the first backing member surface 42.
  • the four current collector segments 32 arranged in the corners of the second current collector 26 are circular segment-shaped. In other words, their first and second pantograph segment contact surfaces 34 and 40 form a quarter circle.
  • the second current collector 26 is covered with the electrode 18, which in turn is separated from the electrode 16 by the separator 14.
  • On the electrode 16 lies flat on the first pantograph 24 which is electrically connected to the first current collector contact element 28. This is led out of the battery case 12.
  • connecting lines 56 which, as described above in connection with FIG. 2, are connected to contact devices 48 (not illustrated in FIG. 7) on the second carrier element surface 46.
  • FIG. 7 shows four such connecting lines 56.
  • each of the current collector segments 32 could be assigned its own connecting line 56.
  • one or more temperature measuring devices 72 could furthermore be arranged on the second carrier element surface 46 or in recesses 94 of the carrier element 44 in the manner described. For fede temperature measuring device 72 then two connecting lines 82, 88 would lead out of the battery case 12.
  • FIGS. 8 to 10 show, by way of example, different geometries of the current collector segments 32.
  • the current collector segments 132 could also be arranged on the carrier element 144.
  • a circular disk-shaped carrier 44 is selected, on which four identical current collector segments 32 are arranged. These have the shape of a quarter-circle segment.
  • a square support member 44 is exemplified. On this four arranged in a square grid square pantograph segments 32 are arranged.
  • the current collector segments 32 do not necessarily have to be identically formed.
  • two square collector segments 32 are arranged on the first carrier element surface 42 of the square carrier element 44, as well as a rectangular current collector segment approximately twice as large.
  • the support elements 44 and 144 may be formed in particular deformable, for example, bendable, foldable or rollable.
  • the support elements 44 and 144 may be formed in particular self-supporting. They then form, as it were, a kind of circuit board for the current collectors 24 and 26 arranged thereon in a layered manner and the electrodes 16 and 18 applied thereto.
  • the thickness 92 of the carrier element is at most about 1 mm, in particular less than 0.5 mm. With deformable carrier elements 44, 144, the thickness 92 is at most about 50 ⁇ .
  • the carrier elements 44, 144 are preferably formed from an electrically non-conductive carrier material.
  • an electrically non-conductive carrier material may be a liquid crystal polymer (FKP), polyetheretherketone (PEEK) and the material mixtures liquid crystal polymer polyimide or liquid crystal polymer FR-4.
  • FKP liquid crystal polymer
  • PEEK polyetheretherketone
  • Polyimide and FR-4 are common circuit board materials whose properties can be optimized as composites with liquid crystal polymers. The materials mentioned are available under different trade names.
  • Liquid crystal polymers are thermoplastic polymers whose side chains have a liquid-crystalline arrangement. Examples of these trade names Vectra ® may be mentioned Ticona, XYDAR® ® Amoco / Solvay companies and Zenite ® DuPont.
  • Polyetheretherketone is a high-temperature resistant thermoplastic polymer which belongs to the group of polyaryletherketones.
  • FR-4 is a composite of epoxy resin and fiberglass fabric. Only rigid or substantially non-deformable carrier elements 44, 144 can be formed with this carrier element material.
  • the mentioned carrier element materials can, as described, be made very thin, namely with a thickness 92 of less than 50 ⁇ m. This allows a high flexibility of the support member 44, 144 and thus also a use in a battery round cell with wound electrodes 16, 18th
  • the carrier element materials described may be laminated or applied to a thin carrier foil made of copper, aluminum, nickel or stainless steel in order to form the carrier elements 44, 144.
  • the carrier element materials are also gas-tight and electrolyte-repellent due to their hydrophobic properties.
  • liquid crystal polymer Vectra ® AI 15 with 15% glass fiber reinforcement results in a thermal resistance of more than 250 ° C.
  • This material is suitable for high-frequency circuits up to 110 GHz, so that impedance measurements with a frequency of up to 1 MHz and more can be carried out.
  • the density is less than 2.0 g / cm 3 .
  • a water absorption at saturation in water is less than 0.05%.
  • An elongation at break is greater than 4%, a flexural modulus at 23 ° C is about 12400 MPa.
  • a bending strength at 23 ° C is about 250 MPa.
  • the surface resistivity of this material is greater than 10 15 ⁇ .
  • a specific volume resistivity is greater than 10 15 ⁇ -cm.
  • the electrical breakdown strength is greater than 30 kV / mm.
  • the material is assigned to flame retardant class V-0.
  • the polyether ether available under the trade name VICTREX ® has a thermal resistance of more than 250 ° C at a density of less than 1.5 g / cm 3. A water absorption at saturation in water) is less than 0.5%.
  • the modulus of elasticity is 4300 MPa, the
  • An elongation at break is about 20%, the flexural modulus 4100 MPa, the flexural strength 172 MPa.
  • the specific surface resistance is about 10 13 ⁇ , the volume resistivity 10 14 ⁇ -cm.
  • the dielectric strength of this material is 24 kV / mm.
  • the two mentioned carrier element materials have a high chemical resistance to metallic lithium, organic and inorganic see solvents, especially battery electrolytes and conductive salts.
  • these materials are ethylene carbonate (EC), propylene carbonate (PC), ⁇ -butyrolactone ( ⁇ -BL), dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethylmethyl carbonate (EMC), dimethoxymethane (DMM), dimetho - xyethane (DME), tetrahydrofuran (THF), dimethyl sulfoxide (DMSO), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4 ), lithium tetrachloroaluminate (LiAICI 4 ), lithium perchlorate (LiCI0 4 ), lithium bis (oxalato) borate
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • PVDF-HFP polyvinylidene fluoride-hexafluoropropene
  • the electrodes 16 and 18 can in particular be formed from lithium-containing electrode materials such as, in particular, lithium nickel manganese cobalt oxide (NCM), lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA), lithium iron phosphate (LFP), Lithium titanate (LTO), graphite, silicon and / or sulfur.
  • lithium-containing electrode materials such as, in particular, lithium nickel manganese cobalt oxide (NCM), lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA), lithium iron phosphate (LFP), Lithium titanate (LTO), graphite, silicon and / or sulfur.
  • a thickness of the electrodes 16, 18 is a maximum of 50 pm.
  • a surface of the electrodes 16, 18 is basically freely selectable depending on the application.
  • a standard size is about 5 x 5 cm 2 .
  • the current collectors 24 and 26 have a surface corresponding to the electrode surface. They are first applied to the carrier elements 44, 144. Preferably, the electrode material forming the electrodes 16, 18, also referred to as active electrode material, is applied to the current collectors 24, 26 after these have been applied to the carrier elements 44, 46.
  • a temperature measurement in the battery 10 can be optionally provided.
  • selected or all current collector segments 32 of the carrier elements 44, 144 current measuring devices 58, 158 can be assigned.
  • the fact that preferably the carrier elements 44, 144 are made very thin results in a thermal equilibrium between the highly conductive current collector segments 32 formed from a metal and the second carrier element surface of the carrier elements 44, 144.
  • a device mounted on the second carrier element surface 46, 146 Measuring resistor 74 then ultimately measures the temperature of the associated pantograph segment 32, 132.
  • connections 52, 152 are not in electrically conductive connection with the measuring resistors 74.
  • the measuring resistors 74 may in particular have a defined temperature-dependent change in resistance, for example 4 ⁇ per Kelvin.
  • the measuring resistors 74 can be implemented with 1 k ⁇ or via a defined strip conductor resistance from a copper meandering system.
  • the measuring resistors 74 can be surface-mounted as described or formed in the form of conductor resistances.
  • a defined current can thus be conducted from the current source 86 for temperature measurement by the temperature-dependent measuring resistors 74.
  • the measuring resistor has a characteristic which describes its temperature-dependent resistance characteristic.
  • the temperature of the measuring resistor 74 can be determined in this way. It is important that the current provided by the current source 86 is chosen small enough so that the measuring resistor 74 does not heat up due to the flowing current. For example, if the applied current is 1 mA, the tapped voltage of a sense resistor 74 may change by 4 mV per Kelvin if the temperature-dependent sense resistor changes by 4 ⁇ per Kelvin. Such voltage changes can be detected easily and reliably with commercially available multimeters.
  • the use of measuring resistors 74 with known temperature characteristics has the advantage that a time-consuming calibration, as described in DE 103 16 117 B3, can be omitted.
  • the batteries described can be used in particular in the manufacture of rechargeable batteries, in research, in quality control, for mobile devices and power tools. They can also be used in the automotive industry and in the aerospace industry.

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Abstract

Um eine Elektrodeneinheit für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Batterie, umfassend eine Elektrode undein mit der Elektrode flächig in Kontakt stehendes Stromabnehmerelement,so zu verbessern, dass bei einer Batterie eine Stromverteilung ortsaufgelöst messbar ist, wird vorgeschlagen, dass das Stromabnehmerelement mindestens zwei voneinander getrennte Stromabnehmersegmente umfasst, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente jeweils eine erste Stromabnehmersegmentkontaktfläche aufweisen und dass die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen mit der Elektrode flächig in Kontakt stehen. Ferner werden eine verbesserte Batterie umfassend zwei durch ein schichtförmiges Separatorelement getrennte Elektrodeneinheiten sowie ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Elektrodeneinheit vorgeschlagen.

Description

Segmentierte Elektrodeneinheit, Batterie und Verfahren zum Herstellen einer segmentierten Elektrodeneinheit
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrodeneinheit für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Batterie, umfassend eine Elektrode und ein mit der Elektrode flächig in Kontakt stehendes Stromabnehmerelement.
Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Batterie umfassend zwei durch ein schichtförmiges Separatorelement getrennte Elektrodeneinheiten, welche jeweils eine Elektrode und ein mit der Elektrode flächig in Kontakt stehendes Stromabnehmerelement umfassen.
Außerdem betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrodeneinheit für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Batterie, welche Elektrodeneinheit eine Elektrode und ein mit der Elektrode flächig in Kontakt stehendes Stromabnehmerelement umfasst.
Aus der DE 103 16 117 B3 ist eine Messvorrichtung zum Messen der Strom- und Temperaturverteilung für Brennstoffzellen bekannt. Für die ortsaufgelöste Messung insbesondere der Stromverteilung wird dabei eine Mehrzahl von Messwiderständen auf einer Platine aufgebracht. Diese Messwiderstände müssen jedoch temperaturabhängig kalibriert werden.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektrodeneinheit, eine Batterie und ein Verfahren der eingangs beschriebenen Art so zu verbessern, dass bei einer Batterie eine Stromverteilung ortsaufgelöst messbar ist.
Diese Aufgabe wird bei einer Elektrodeneinheit der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Stromabnehmerelement mindestens zwei voneinander getrennte Stromabnehmersegmente umfasst, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente jeweils eine erste Stromabnehmer- segmentkontaktfläche aufweisen und dass die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen mit der Elektrode flächig in Kontakt stehen .
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ermöglicht es insbesondere, ohne Messwiderstände eine Stromverteilung und entsprechend auch eine Impedanzverteilung in einer Batterie ortsaufgelöst zu messen. Dies wird erreicht durch eine Segmentierung des Stromabnehmerelements. Dadurch können die durch jedes Stromabnehmersegment fließenden Ströme getrennt gemessen werden. Dies ist ohne jegliche Messwiderstände möglich. Es wird direkt der über das jeweilige Stromabnehmersegment fließende Strom gemessen. Dadurch vereinfacht sich der Aufbau der Elektrodeneinheit gegenüber dem Stand der Technik. Insbesondere kann so eine Anzahl der erforderlichen Schichten zur Ausbildung der Elektrodeneinheit minimiert werden, da keine separaten Leitungen zum Kalibrieren der Messwiderstände erforderlich sind. Insgesamt kann so eine Messanordnung bereitgestellt werden, die das ortsaufgelöste Messen von Strömen von oder zu der Elektrode ermöglicht. Die durch die Stromabnehmersegmente gebildete Messordnung bildet gleichzeitig das Stromabnehmerelement, sodass die Messanordnung Teil der Elektrodeneinheit und damit auch Teil der Batterie ist.
Vorzugsweise umfasst das Stromabnehmerelement eine Mehrzahl von Stromabnehmersegmenten. Je größer die Anzahl der Stromabnehmersegmente ist, umso besser ortsaufgelöst kann ein Stromfluss in der elektrochemischen Zelle gemessen werden. Beispielsweise können 5, 10, 15, 20 oder noch mehr Stromabnehmersegmente bei der Elektrodeneinheit vorgesehen werden. Die Anzahl der Stromabnehmersegmente kann grundsätzlich beliebig vorgegeben werden, sodass durch die Anzahl und Form der Stromabnehmersegmente die Ortsauflösung der Strommessung in gewünschter Weise vorgegeben werden kann.
Günstig ist es, wenn die mindestens zwei Stromabnehmersegmente auf einem Trägerelement angeordnet sind. Insbesondere ermöglicht es das Trägerelement, eine mechanisch stabile und einfach handhabbare Elektrodeneinheit auszubilden. Insbesondere dann, wenn die Elektrode aus einem aktiven Elektrodenmaterial ausgebildet wird, das nicht selbsttragend ist, insbesondere porös, können so die Stromabnehmersegmente auf dem Trägerelement angeordnet oder ausgebildet werden und die Elektrode tragen. Die Stromabnehmersegmente dienen dann gleichzeitig als Träger für die Elektrode und verleihen dieser damit eine hinreichende mechanische Stabilität.
Vorteilhaft ist es, wenn das Trägerelement verformbar ausgebildet ist. Insbesondere kann es biegbar, faltbar oder rollbar ausgebildet sein. Diese Ausgestaltung ermöglicht es insbesondere, unterschiedliche Bauformen von Batterien zu realisieren, beispielsweise gerollte und damit zylindrische Bauformen oder durch Schichten von Elektrodeneinheiten ausgebildete quaderförmige Batterien.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente jeweils eine zweite Stromabnehmersegmentkontaktfläche aufweisen, dass das Trägerelement eine erste Trägerelementfläche aufweist und dass die zweiten Stromabnehmersegmentkontaktflächen mit der ersten Trägerelementfläche flächig in Kontakt stehen. So kann ein Schichtaufbau der Elektrodeneinheit realisiert werden mit einer minimalen Anzahl an Schichten. Zudem ermöglicht die flächige Verbindung zwischen dem Trägerelement und den Stromabnehmersegmenten einen einfachen schichtförmigen Aufbau der Elektrodeneinheit.
Eine besonders einfacher Aufbau der Elektrodeneinheit kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen und die zweiten Stromabnehmersegmentkontaktflächen identisch oder im Wesentlichen identisch ausgebildet sind. Mit anderen Worten sind die Oberflächen der Stromabnehmersegmente, die einerseits mit der Elektrode und andererseits mit dem Träger in Kontakt stehen, identisch ausgebildet, sodass sich ein gleichmäßiger Stromfluss durch die Stromabnehmersegmente quer zu den Stromabnehmersegmentkontaktflächen einstellen kann. Um eine möglichst stabile Elektrodeneinheit ausbilden zu können, ist es vorteilhaft, wenn das Trägerelement selbsttragend ausgebildet ist.
Günstig ist es, wenn das Trägerelement eine Dicke von maximal 1 mm aufweist. Insbesondere kann die Dicke maximal 0,5 mm betragen. Weiter insbesondere kann die Dicke maximal 50 μηι betragen. Je dünner das Trägerelement ist, desto einfacher lässt sich das Trägerelement verformen, insbesondere auch mit darauf angeordneten Stromabnehmersegmenten und einer darauf ausgebildeten Elektrode.
Vorzugsweise ist das Trägerelement aus einem elektrisch nichtleitenden Trägerelementmaterial ausgebildet. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass die durch die einzelnen Stromabnehmersegmente fließenden Ströme nicht getrennt gemessen werden können.
Vorteilhaft ist es, wenn das Trägerelementmaterial einen spezifischen Durchgangswiderstand von mindestens 1010 Ohm-cm und/oder einen spezifischen Oberflächenwiderstand von mindestesn 1013 Ohm aufweist. So kann insbesondere eine räumliche Trennung der Stromabnehmersegmente und damit eine Isolierung derselben relativ zueinander über das Trägerelement auf einfache und sichere Weise erreicht werden.
Günstig ist es, wenn das Trägerelementmaterial flüssigkeitsdicht oder impermeabel für Flüssigkeiten ist. Insbesondere kann das Trägerelementmaterial hydrophob sein. Die beschriebenen Eigenschaften ermöglichen es insbesondere, das Trägerelement als Abdichtung der Elektrodeneinheit zu nutzen. Insbesondere kann so verhindert, dass ein Elektrolyt aus einer zwischen zwei Elektrodeneinheiten angeordneten oder ausgebildeten Separatorschicht und damit aus der elektrochemischen Zelle, insbesondere aus einer Batterie, austreten kann.
Günstig ist es, wenn das das Trägerelementmaterial oxidationsstabil und reduktionsstabil in einem Spannungsbereich von 0 V bis etwa 10 V ist. Insbeson- dere kann die beschriebene Stabilität in einem Spannungsbereich von 0 V bis etwa 5 V durch entsprechende Wahl des Trägerelementmaterials erreicht werden.
Vorzugsweise ist das Trägerelementmaterial starr oder flexibel . Starre Trägerelementmaterialien ermöglichen einen stabilen Aufbau der Elektrodeneinheit. Insbesondere können diese eingesetzt werden, wenn keine verformbaren Elektrodeneinheiten ausgebildet werden sollen. Flexible Trägerelementmaterialien ermöglichen insbesondere das Aufrollen und/oder das Falten der Elektrodeneinheiten, um beispielsweise zylindrische Batterien ausbilden zu können.
Besonders einfach und kostengünstig lässt sich die Elektrodeneinheit ausbilden, wenn das Trägermaterial ein Kunststoff ist. Insbesondere kann der Kunststoff ein Flüssigkristallpolymer (FKP) und/oder ein Polyaryletherketon sein. Beispielsweise kann der Kunststoff Polyetheretherketon (PEEK) sein. Derartige Kunststoffe sind insbesondere chemisch stabil gegenüber Lithium und organischen Elektrolyten. Sie ermöglichen sowohl starre als auch flexible Ausführungen der Elektrodeneinheit.
Vorteilhaft ist es, wenn das Trägerelementmaterial chemisch stabil gegenüber Lithium und/oder organischen Elektrolyten und/oder Leitsalzen und/oder einem Elektrodenmaterial, aus dem die Elektrode ausgebildet ist, ist. So kann insbesondere eine langzeitstabile Elektrodeneinheit ausgebildet werden .
Vorzugsweise weist das Trägerelementmaterial einen Elastizitätsmodul von höchstens etwa 15 GPa auf. Insbesondere kann der Elastizitätsmodul höchstens 5 GPa betragen. So lassen sich insbesondere flexible verformbare Trägerelemente ausbilden.
Um die Stabilität der Elektrodeneinheit weiter zu verbessern, ist es vorteilhaft, wenn die mindestens zwei Stromabnehmersegmente flüssigkeitsdicht oder impermeabel für Flüssigkeiten ausgebildet sind . Insbesondere können sie hydrophob ausgebildet sein. Um Stromverluste in der Elektrodeneinheit zu minimieren, ist es vorteilhaft, wenn das Stromabnehmerelement aus einem elektrisch hochleitfähigen Stromabnehmerelementmaterial ausgebildet ist. Damit werden auch die Stromabnehmersegmente entsprechend leitfähig und ermöglichen eine gute Ableitung der fließenden Ströme.
Einfach und kostengünstig ausbilden lässt sich die Elektrodeneinheit, wenn das Stromabnehmerelementmaterial metallisch ist.
Vorzugsweise ist oder enthält das Stromabnehmerelementmaterial Kupfer oder Aluminium. Diese Materialien lassen sich einfach und sicher verarbeiten.
Günstigerweise weist das Stromabnehmerelementmaterial eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens etwa 1 MS/m auf. Insbesondere kann die
Leitfähigkeit mindestens etwa 30 MS/m betragen.
Um eine Zerstörung der Elektrodeneinheit möglichst zu vermeiden, ist es vorteilhaft, wenn das Stromabnehmerelementmaterial chemisch stabil gegenüber Lithium und/oder organischen Elektrolyten und/oder Leitsalzen und/oder dem Elektrodenmaterial ist.
Um zu verhindern, dass Flüssigkeiten, insbesondere Elektrolyte, in das Stromabnehmerelement eindringen können, ist es vorteilhaft, wenn das Stromabnehmerelementmaterial flüssigkeitsdicht oder impermeabel für Flüssigkeiten ist.
Vorzugsweise ist die erste Stromabnehmersegmentkontaktfläche beschichtet oder versiegelt. Auf diese Weise kann verhindert werden, dass insbesondere eine Elektrolyt aus der Elektrode in die Stromabnehmersegmente eindringen kann. Um einen guten Kontakt zwischen den Stromabnehmersegmenten und der Elektrode herstellen zu können, ist es günstig, wenn eine Beschichtung oder Versiegelung der ersten Stromabnehmersegmentkontaktfläche Gold enthält oder aus Gold besteht. Zudem kann so eine sichere Abdichtung der Stromabnehmersegmente zur Elektrode hin erreicht werden.
Um einen möglichst kompakten Aufbau der Elektrodeneinheit erreichen zu können, ist es günstig, wenn die mindestens zwei Stromabnehmersegmente eine Dicke in einem Bereich von etwa 0,2 pm bis etwa 10 pm aufweisen.
Günstigerweise entspricht die Dicke einem Abstand zwischen der ersten Stromabnehmersegmentkontaktfläche und der zweiten Stromabnehmersegmentkontaktfläche. So kann ein definierter Aufbau der Elektrodeneinheit erreicht werden.
Vorteilhaft ist es, wenn die Elektrode aus einem porösen Elektrodenmaterial ausgebildet ist. Sie kann so gut von einem Elektrolyten durchdrungen werden. Ferner können so auch Materialien zur Ausbildung der Elektrode genutzt werden, die selbst nicht formstabil sind . Dies spielt letztlich keine Rolle, da die Elektrode flächig mit den Stromabnehmersegmenten verbunden ist.
Insbesondere ist es vorteilhaft, wenn das Elektrodenmaterial Lithium, Graphit, Silizium und/oder Schwefel ist oder enthält. Insbesondere kann das Elektrodenmaterial Lithium- Nickel- Mangan- Kobalt-Oxid, Lithium- Nickel- Kobalt- Aluminium-Oxid, Lithium-Eisen-Phosphat und/oder Lithium-Titanat sein oder enthalten. Wenn das Elektrodenmaterial Schwefel enthält, können insbesondere Metall-Schwefel-Batterien ausgebildet werden.
Günstig ist es, wenn das Elektrodenmaterial eine Porosität von höchstens etwa 0,3 aufweist. Insbesondere kann die Porosität höchstens etwa 0,2 betragen.
Günstig ist es, wenn die Elektrode eine Dicke von maximal 100 pm aufweist. Insbesondere kann sie eine Dicke von maximal 50 pm aufweisen. Je dünner die Elektrode ist, umso kostengünstiger lässt sich die Elektrodeneinheit ausbilden. Ferner haben dünne Elektroden den Vorteil, dass insgesamt kompaktere und leichtere Batterien ausgebildet werden können.
Ein besonders einfacher Aufbau der Elektrodeneinheit kann insbesondere dadurch erreicht werden, dass die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen der mindestens zwei Stromabnehmersegmente identisch oder im Wesentlichen identisch ausgebildet sind. Insbesondere können alle Stromabnehmersegmente identisch ausgebildet sein.
Vorzugsweise sind die mindestens zwei Stromabnehmersegmente in einem Raster angeordnet. So kann die Ortsauflösung einer Stromverteilung der Batterie durch das Raster vorgegeben werden.
Auf einfache Weise lassen sich die Stromabnehmersegmente in einem Raster anordnen, wenn die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen vieleckig ausgebildet sind. Insbesondere können sie dreieckig, viereckig oder sechseckig ausgebildet sein. Abhängig von der Form der Elektrode kann es zudem günstig sein, wenn die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen oval, insbesondere kreisförmig, oder ovalsegmentförmig, insbesondere kreissegmentförmig, ausgebildet sind .
Vorteilhaft ist es, wenn jedem der mindestens zwei Stromabnehmersegmente eine Kontakteinrichtung zugeordnet ist. Die Kontakteinrichtung ermöglicht es insbesondere, jedes Stromabnehmersegment mit einer Strommesseinrichtung elektrisch leitfähig und individuell zu verbinden. So können durch die einzelnen Stromabnehmersegmente fließende Ströme einfach und sicher gemessen werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass das Trägerelement eine zweite Trägerelementfläche aufweist, dass die Kontakteinrichtungen auf der zweiten Trägerelementfläche angeordnet oder ausgebildet sind und dass jede einem der mindestens zwei Stromabnehmersegmente zugeordnete Kontakteinrichtung mit dem ihr zugeordneten Stromabnehmersegment elektrisch leitend verbunden ist. Diese Ausgestaltung ermöglicht es insbesondere auf einfache Weise, die einzelnen Stromabnehmersegmente mit einer Strommesseinrichtung zu verbinden. Insbesondere kann die Kontaktierung beziehungsweise Verbindung mit der Kontakteinrichtung auf einer Seite des Trägerelements erfolgen, die nicht direkt mit den Stromabnehmersegmenten in Kontakt steht.
Ferner ist es vorteilhaft, wenn jedes Stromabnehmersegment und die ihm zugeordnete Kontakteinrichtung über eine elektrisch leitende Verbindung elektrisch leitend miteinander verbunden sind und wenn die elektrisch leitende Verbindung durch eine die erste Trägerelementfläche und die zweite Trägerelementfläche verbindende Durchbrechung des Trägerelements geführt ist. Die Durchbrechungen des Trägerelements ermöglichen auf einfache Weise eine Verbindung der Stromabnehmersegmente mit der zugeordneten Kontakteinrichtung.
Zum Messen der durch die Stromabnehmersegmente fließenden Ströme ist es günstig, wenn jede Kontakteinrichtung mit einer Strommesseinrichtung elektrisch leitend verbunden oder verbindbar ist. Insbesondere kann eine Mehrzahl von Strommesseinrichtungen vorgesehen sein, um die durch die mindestens zwei Stromabnehmersegmente fließenden Ströme getrennt, aber gleichzeitig messen zu können.
Vorteilhaft ist es, wenn die Elektrode entsprechend der mindestens zwei Stromabnehmersegmente segmentiert ausgebildet ist und mindestens zwei, insbesondere eine Mehrzahl, von Elektrodensegmenten umfasst. Auf diese Weise kann insbesondere sichergestellt werden, dass alle von der Elektrode abfließenden oder zu dieser fließenden Ströme durch die mindestens zwei Stromabnehmersegmente fließen.
Besonders einfach wird die Herstellung der Elektrodeneinheit, wenn diese eine einzige Elektrode umfasst. Diese bedeckt dann alle Stromabnehmersegmente. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Elektrodeneinheit mindestens eine Temperaturmesseinrichtung zum ortsaufgelösten Messen einer Elektrodentemperatur und/oder einer Stromabnehmertemperatur aufweist. Die mindestens eine Temperaturmesseinrichtung ist somit optional vorgesehen, um ortsaufgelöst Temperaturen an der Elektrodeneinheit zu bestimmen.
Günstig ist es, wenn mindestens einem der mindestens zwei Stromabnehmersegmente eine Temperaturmesseinrichtung zugeordnet ist. Insbesondere kann jedem der Stromabnehmersegmente eine Temperaturmesseinrichtung zugeordnet sein. So kann insbesondere auf einfache Weise ermittelt werden, ob eine Beziehung zwischen der Stromverteilung und der Temperaturverteilung besteht oder nicht.
Auf einfache Weise ausbilden lässt sich die Elektrodeneinheit, wenn die mindestens eine Temperaturmesseinrichtung in Form eines Temperaturmesswiderstands ausgebildet ist. Mittels derartiger Temperaturmesswiderstände lassen sich Temperaturen einfach und sicher messen, beispielsweise durch Verbinden mit einer Konstantstromquelle und Messen einer anliegenden Spannung, die von der Temperatur abhängt.
Günstig ist es, wenn die mindestens eine Temperaturmesseinrichtung auf oder in dem Trägerelement angeordnet oder ausgebildet ist. Beispielsweise kann die Temperaturmesseinrichtung als separater Temperaturmesswiderstand auf das Trägerelement aufgebracht werden. Beispielsweise kann es auch in einer Ausnehmung des Trägerelements angeordnet werden. Zum Beispiel kann der Temperaturmesswiderstand auch in Form einer mäanderförmigen Temperaturmessleitung auf das Trägerelement oder in einer Ausnehmung desselben aufgebracht sein . Die mindestens eine Temperaturmesseinrichtung steht vorzugsweise in thermischem Kontakt mit dem Trägerelement und/oder dem Stromabnehmerelement oder mindestens einem Stromabnehmersegment, so dass die Temperaturmesseinrichtung dieselbe oder im Wesentlichen dieselbe Temperatur aufweist wie das Stromabnehmerelement oder das Stromabnehmersegment.
Günstig ist es, wenn die mindestens eine Temperaturmesseinrichtung auf der zweiten Trägerelementfläche angeordnet oder ausgebildet ist. So lässt sich die Temperaturmesseinrichtung auf einfache Weise kontaktieren, um sie insbesondere mit einer Strom- oder Spannungsquelle zu verbinden.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner bei einer Batterie der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens eine der zwei Elektroden in Form einer der oben beschriebenen Elektrodeneinheiten ausgebildet ist.
Eine derart ausgebildete Batterie weist dann auch die oben in Verbindung mit bevorzugten Ausführungsformen von Elektrodeneinheiten beschriebenen Vorteile auf.
Die eingangs gestellte Aufgabe wird ferner bei einem Verfahren der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass mindestens zwei voneinander getrennte Stromabnehmersegmente zur Ausbildung des Stromabnehmerelements ausgebildet werden, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente jeweils eine erste Stromabnehmersegmentkontaktfläche aufweisen und dass die Elektrode auf die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen flächig aufgebracht wird zum Herstellen eines flächigen Kontakts zwischen der Elektrode und den mindestens zwei Stromabnehmersegmenten.
Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Weiterbildung ermöglicht es insbesondere, Elektroden, die aus einem nicht selbsttragenden Elektrodenmaterial ausbildet sind, zur Herstellung von Elektrodeneinheiten einer Batterie einzusetzen. Die mindestens zwei Stromabnehmersegmente bilden dann quasi einen Träger für die Elektrode. Günstig ist es, wenn die mindestens zwei Stromabnehmersegmente auf ein Trägerelement aufgebracht werden. Insbesondere kann dies durch Laminieren erreicht werden . So lässt sich auf einfache Weise eine Messanordnung umfassend das Trägerelement und die mindestens zwei Stromabnehmersegmente ausbilden.
Vorteilhaft ist es, wenn die mindestens zwei Stromabnehmersegmente auf das Trägerelement aufgebracht werden, bevor die Elektrode auf das Stromabnehmerelement aufgebracht wird . Die mindestens zwei Stromabnehmersegmente werden also zunächst auf das Trägerelement aufgebracht und dienen dann selbst wiederum als Träger für die Elektrode.
Die nachfolgende Beschreibung dient im Zusammenhang mit den Zeichnungen der näheren Erläuterung . Es zeigen :
Figur 1 : eine schematische Darstellung des Aufbaus einer Batterie;
Figur 2 : eine schematische Darstellung einer Elektrodeneinheit mit segmentiertem Stromabnehmer;
Figur 3 : eine schematische Darstellung einer Batterie mit zwei Elektrodeneinheiten mit segmentiertem Stromabnehmer;
Figur 4: eine schematische Darstellung einer Elektrodeneinheit mit Temperaturmesseinrichtungen;
Figur 5 : eine schematische Darstellung einer teilweisen Schnittansicht durch eine Trägerelement mit segmentiertem Stromabnehmerelement und Temperaturmesseinrichtungen;
Figur 6: eine schematische Darstellung einer teilweisen Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels eines Trägerelements mit segmentiertem Stromabnehmerelement und Temperaturmesseinrichtungen;
Figur 7 : eine schematische, teilweise geschnittene Darstellung einer Batterie in Flachbauweise mit einer segmentierten Elektrodeneinheit;
Figur 8: eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels eines
Trägerelements mit vier kreissegmentförmigen Stromabnehmersegmenten;
Figur 9 : eine schematische Darstellung eines Trägerelements mit vier quadratischen, in einem Raster angeordneten Stromabnehmersegmenten;
Figur 10 : eine schematische Anordnung eines Trägerelements mit drei
Stromabnehmersegmenten unterschiedlicher Größe.
In Figur 1 ist schematisch der Aufbau einer insgesamt mit dem Bezugszeichen 10 bezeichneten Batterie, insbesondere einer wiederaufladbaren Batterie 10, dargestellt. In einem Batteriegehäuse 12 sind zwei durch einen Separator 14 getrennte Elektroden 16 und 18 angeordnet. Beispielsweise kann die Elektrode 18 die Anode der Batterie 10 bilden, die Elektrode 18 die Kathode 22.
Die Elektrode 16 ist auf ihrer dem Separator 14 abgewandten Seite mit einem ersten Stromabnehmer 24 flächig in Kontakt stehend. Ebenso steht die Elektrode 18 mit einem zweiten Stromabnehmer 26 flächig in Kontakt. Die Stromabnehmer 24 und 24 werden auch als Stromabnehmerelemente bezeichnet.
Für den Einsatz der Batterie 10 ist der erste Stromabnehmer 24 mit einem Stromabnehmerkontaktelement 28 verbunden, welches durch das Batteriegehäuse 12 aus diesem herausgeführt ist. Ein zweites Stromabnehmerkontaktelement 30 ist elektrisch leitend mit dem zweiten Stromabnehmer 26 verbun- den und ebenfalls durch das Batteriegehäuse 12 aus der Batterie 10 herausgeführt.
Die ersten und zweiten Stromabnehmerkontaktelemente 28 und 30, die in Form von sogenannten Stromabnehmerfahnen ausgebildet sind, ermöglichen es einem Anwender, die Stromabnehmerkontaktelemente 28 und 30 mit einem elektrischen Verbraucher oder insbesondere auch mit einer Ladevorrichtung zu verbinden, falls es sich bei der Batterie 10 um einen wieder aufladbare Batterie 10 handelt.
Der Separator 14 kann insbesondere einen Elektrolyten enthalten, welcher den Austausch von Ionen zwischen den Elektroden 16 und 18 durch den Separator 14 hindurch ermöglicht.
In Figur 2 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Batterie 10 dargestellt. Identische Elemente und Baugruppen sind daher in Figur 2 sowie allen weiteren Figuren mit identischen Bezugszeichen bezeichnet.
Die in Figur 2 dargestellte Batterie 10 umfasst eine erste Elektrode 16, die zwischen dem Separator 14 und dem ersten Stromabnehmer 24 angeordnet ist. Das erste Stromabnehmerkontaktelement 28 ist durch das Batteriegehäuse 12 aus der Batterie 10 herausgeführt.
Die Batterie 10 aus Figur 2 unterscheidet sich von der in Figur 1 dargestellten Batterie 10 insbesondere dadurch, dass der zweite Stromabnehmer 26 eine Mehrzahl von Stromabnehmersegmenten 32 umfasst. Die Stromabnehmersegmente 32 umfassen erste Stromabnehmersegmentkontaktflächen 34, die mit der Elektrode 18 flächig in Kontakt stehen.
Die Elektrode 18 kann in Form einer durchgehenden Elektrode 18 ausgebildet sein, die eine wie in Figur 1 dargestellte Elektrodenschicht bildet und aus einem aktiven Elektrodenmaterial hergestellt ist. In Figur 2 ist schematisch eine alternative Ausgestaltung dargestellt. Die Elektrode 18 umfasst mehrere Elektrodensegmente 36, wobei jedem Stromabnehmersegment 32 ein Elektrodensegment 36 zugeordnet ist, welches flächig mit der ersten Stromabnehmersegmentkontaktfläche 34 eines Stromabnehmersegments 32 in Kontakt steht.
Der zweite Stromabnehmer 26, auch als zweites Stromabnehmerelement bezeichnet, bildet zusammen mit der Elektrode 18 eine Elektrodeneinheit 38.
Die Stromabnehmersegmente 32 weisen ferner zweite Stromabnehmersegmentkontaktflächen 40 auf, die parallel oder im Wesentlichen parallel zu den ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen 34 verlaufen und in entgegengesetzter Richtung von diesen weg weisen.
Die zweiten Stromabnehmersegmentkontaktflächen 40 der Stromabnehmersegmente 32 liegen an einer ersten Trägerelementfläche 42 eines Trägerelements 44 an, stehen mithin also mit der ersten Trägerelementfläche 42 flächig in Kontakt.
Das Trägerelement 44 weist ferner eine zweite Trägerelementfläche 46 auf, die parallel oder im Wesentlichen parallel zur ersten Trägerelementfläche 42 verläuft und in entgegengesetzter Richtung wie diese weist.
Zu jedem Stromabnehmersegment 32 ist auf der zweiten Trägerelementfläche 46 eine Kontakteinrichtung 48 in Form eines elektrisch leitfähigen Leiterplattenkontakts 50 angeordnet.
Jede Kontakteinrichtung 48 ist über eine elektrisch leitende Verbindung 52 mit einem Stromabnehmersegment 32 elektrisch leitend verbunden. Die Verbindung 52 ist durch eine in Figur 2 schematisch gestrichelt eingezeichnete Durchbrechung 54 des Trägerelements 54 geführt. Die Durchbrechung 54 verbindet die erste Trägerelementfläche 42 und die zweite Trägerelementfläche 46 miteinander. Jede Kontakteinrichtung 48 ist elektrisch leitend mit einer Verbindungsleitung 56 verbunden, die aus dem Batteriegehäuse 12 herausgeführt und mit einer Strommesseinrichtung 58 verbunden beziehungsweise verbindbar ist. Zweite Anschlusskontakte der parallel zueinander geschalteten Strommesseinrichtungen 58 sind über eine gemeinsame Rückleitung 60 zu einer weiteren Strommesseinrichtung 62 geführt, deren weiterer Anschlusskontakt mit dem ersten Stromabnehmerkontaktelement 28 elektrisch leitend über eine Verbindungsleitung 64 verbunden ist.
Mit den Strommesseinrichtungen 58 können so die durch die zugeordneten Stromabnehmersegmente 32 fließenden Ströme Is gemessen werden.
Mit der Strommesseinrichtung 62 kann der durch alle Stromabnehmersegmente 32 fließende Gesamtstrom IG gemessen werden. Aufgrund der Parallelanordnung der Strommesseinrichtungen 58 sollte mit der Strommesseinrichtung 52 der Gesamtstrom IG als Summe aller durch die Stromabnehmersegmente 32 fließenden Teilströme Is gemessen werden können.
In der beschriebenen Weise kann so ortsaufgelöst ein in der Batterie 10 durch den zweiten Stromabnehmer 26 fließender Gesamtstrom IG ortsaufgelöst durch Messen aller durch die Stromabnehmersegmente 32 fließender Teilströme Is gemessen werden.
In Figur 3 ist schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Batterie 10 dargestellt. Es umfasst eine auf dem Trägerelement 44 angeordnete Elektrodeneinheit 38 sowie eine zweite Elektrodeneinheit 138, die auf einem weiteren Trägerelement 144 angeordnet ist. Zwischen den beiden segmentierten Elektroden 16 und 18 ist der Separator 14 angeordnet.
Das zweite Trägerelement 144 entspricht in seinem Aufbau dem Trägerelement 44. Es trägt eine Mehrzahl an Stromabnehmersegmenten 132, die in ihrem Aufbau ebenfalls den Stromabnehmersegmenten 32 entsprechen. Das Trägerelement 144 umfasst eine Mehrzahl von Durchbrechungen 154, durch die elektrisch leitende Verbindungen 152 geführt sind, welche die auf der ersten Trägerelementfläche 142 aufgebrachten Stromabnehmersegmente 132 mit den auf der zweiten Trägerelementfläche 146 angeordneten Kontakteinrichtungen 148 elektrisch leitend verbinden.
Verbindungsleitungen 156 verbinden die Kontakteinrichtungen 148 mit Strommesseinrichtungen 158.
Mit den Strommesseinrichtungen 158 können zu beziehungsweise vom jeweiligen Stromabnehmersegment 132 fließende Ströme gemessen werden. Die Summe aller mit den Strommesseinrichtungen 158 gemessenen Ströme Is sollte der Summe aller mit den Strommesseinrichtungen 158 gemessenen Ströme Is entsprechen. Die jeweiligen durch die Stromabnehmersegmente 32 beziehungsweise 132 fließenden Ströme Is können sich unterscheiden, und zwar insbesondere in Abhängigkeit einer Größe der jeweiligen Stromabnehmersegmente 32.
Insgesamt ist die in Figur 3 dargestellte Anordnung spiegelsymmetrisch bezogen auf den Separator 14 ausgebildet.
Figur 4 zeigt schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Batterie 10, und zwar in Form einer schematischen Draufsicht auf die zweite Trägerelementfläche 46.
Das Trägerelement 44 verdeckt die Elektrodeneinheit 38 sowie den Separator 14 und die weitere Elektrode 16 samt erstem Stromabnehmer 24. Der Aufbau der Batterie 10, wie sie in Figur 4 dargestellt ist, kann somit grundsätzlich dem Aufbau der Batterie in Figur 2 entsprechen. Selbstverständlich ist es auch denkbar, eine entsprechende Anordnung vorzusehen, bei der zusätzlich zur Elektrodeneinheit 38 auch eine zweite Elektrodeneinheit 138 wie bei dem in Figur 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Batterie 10 vorgesehen ist. In Figur 4 sind beispielhaft vier Stromabnehmersegmente 32 gestrichelt eingezeichnet, die sich hinter dem Trägerelement 44 befinden.
Durch die nicht dargestellte Durchbrechung 54 sind die Kontakteinrichtung 48 jeweils mit einem der vier Stromabnehmersegmente 32 elektrisch leitend verbunden. Elektrisch leitende Leiterbahnen 66 verbinden die Kontakteinrichtungen 48 mit Anschlusskontakten 68, die auf der zweiten Trägerelementfläche 46 angeordnet oder ausgebildet sind .
Die Anschlusskontakte 68 können insbesondere mit der aus dem Batteriegehäuse 12 herausgeführten Verbindungsleitung 56 mit Strommesseinrichtungen 58 elektrisch leitend verbunden werden. Die Strommesseinrichtungen 62 sind Teil einer insgesamt mit dem Bezugszeichen 70 bezeichneten Signalauswerteeinrichtung .
Bei der in Figur 4 dargestellten Batterie 10 sind ferner drei Temperaturmesseinrichtungen 72 vorgesehen, die in Form von temperaturabhängigen Messwiderständen ausgebildet sind . Sie sind in thermischem Kontakt mit dem Trägerelement 44 stehend auf der zweiten Trägerelementfläche 46 angeordnet.
Die Messwiderstände 74 sind über zwei Leiterbahnen 76 mit Anschlusskontakten 78 verbunden. Einer der Anschlusskontakte 78 ist mit einer von der Signalauswerteeinrichtung 70 umfassten Spannungsmesseinrichtung 80 über eine Verbindungsleitung 82 verbunden . Eine weitere Verbindungsleitung 84 verbindet die Spannungsmesseinrichtung 80 mit einem Pol einer Stromquelle 86. Ein anderer Pol der Stromquelle 86 ist über eine weitere Verbindungsleitung 88 mit dem anderen der beiden Anschlusskontakte 78 verbunden.
Durch Bereitstellen eines konstant fließenden Stroms durch die Stromquelle 86 kann mit der Spannungsmesseinrichtung 80 die am Messwiderstand 74 abfallende Spannung gemessen werden. Da dieser temperaturabhängig ist, kann so indirekt über den ermittelten Widerstandswert des Messwiderstands 74 die Temperatur des Messwiderstands 74 und damit indirekt auch die Temperatur des Trägerelements 44 und des mit dem Trägerelement 44 in thermischem Kontakt stehenden Stromabnehmersegments 32 bestimmt werden.
Figur 5 zeigt eine schematische Schnittdarstellung durch einen Teil der in Figur 4 skizzierten Batterie 10.
Die Temperaturmesseinrichtungen 72 in Form der Messwiderstände 74 sind auf der zweiten Trägerelementfläche 46 des Trägerelements 44 angeordnet. Sie können als separate Bauteile auf das Trägerelement 44 aufgebracht und mit den Leiterbahnen 76 verbunden werden.
Alternativ können die Messwiderstände 74 auch in Form mäanderförmiger Leiterbahnenabschnitte auf die zweite Trägerelementfläche 46 aufgebracht werden. Dies ermöglicht einen besonders flachen Aufbau der Batterie 10.
Der Abstand 90 zwischen den Schwerpunkten der Messwiderstände 74 und der Schwerpunkte der Stromabnehmersegmente 32 ist dabei sehr viel größer als eine Dicke 92 des Trägerelements 44. In Figur 5 ist ebenfalls gut zu erkennen, dass die Stromabnehmersegmente 32 räumlich voneinander getrennt auf dem Trägerelement 44 angeordnet und damit auch elektrisch gegeneinander isoliert sind .
In Figur 6 ist eine schematische Schnittansicht durch ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Batterie 10 teilweise dargestellt.
Anders als in Figur 5 dargestellt, sind die Temperaturmesseinrichtungen 72 nicht auf der zweiten Trägerelementfläche 46 angeordnet, sondern in Ausnehmungen 94 des Trägerelements 44. Die Ausnehmungen 94 können insbesondere in Form von Durchbrechungen des Trägerelements 44 ausgebildet sein, so dass die Messwiderstände 74 in direktem thermischen Kontakt mit den zweiten Stromabnehmersegmentkontaktflächen 40 stehen. Durch diese Anord- nung kann mit den Messwiderständen 74 direkt die Temperatur an den Stromabnehmersegmenten 32 in der oben beschriebenen Weise bestimmt werden.
Figur 7 zeigt beispielhaft eine teilweise geschnittene Ansicht einer Batterie 10 in Form eines Lithium-Ionen-Akkumulators in Flachbauweise. Die in Figur 7 verwendeten Bezugszeichen entsprechen den oben im Zusammenhang mit den Figuren 1 bis 6 verwendeten Bezugszeichen.
Der elektrische Aufbau der Batterie 10 in Figur 7 entspricht im Wesentlichen der in Figur 2 dargestellten Batterie 10.
Auf dem Trägerelement 44 ist eine Mehrzahl von Stromabnehmersegmenten 32 in einem quadratischen Raster angeordnet. Die überwiegende Zahl der Stromabnehmersegmente 32 weist eine quadratische erste Stromabnehmersegmentkontaktfläche 34 auf, die identisch mit der zweiten Stromabnehmersegmentkontaktfläche 40 ausgebildet ist, welche auf der ersten Trägerelementfläche 42 anliegt. Die vier in den Ecken des zweiten Stromabnehmers 26 angeordneten Stromabnehmersegmente 32 sind kreissegmentförmig ausgebildet. Mit anderen Worten bilden deren erste und zweite Stromabnehmersegmentkontaktflächen 34 und 40 einen Viertelkreis.
Der zweite Stromabnehmer 26 ist mit der Elektrode 18 bedeckt, welche wiederum durch den Separator 14 von der Elektrode 16 getrennt ist. Auf der Elektrode 16 liegt flächig der erste Stromabnehmer 24 auf, der elektrisch leitend mit dem ersten Stromabnehmerkontaktelement 28 verbunden ist. Dieses ist aus dem Batteriegehäuse 12 herausgeführt.
Aus dem Batteriegehäuse 12 ferner herausgeführt sind Verbindungsleitungen 56, die wie oben in Verbindung mit Figur 2 beschrieben mit in Figur 7 nicht dargestellten Kontakteinrichtungen 48 auf der zweiten Trägerelementfläche 46 verbunden sind . Figur 7 zeigt beispielhaft vier derartige Verbindungsleitungen 56. Grundsätzlich könnte jedem der Stromabnehmersegmente 32 eine eigene Verbindungsleitung 56 zugeordnet sein. Wie in Verbindung mit den Figuren 4 bis 6 erläutert, könnten bei der in Figur 7 dargestellten Batterie 10 ferner auch eine oder mehrere Temperaturmesseinrichtungen 72 in der beschriebenen Weise auf der zweiten Trägerelementfläche 46 oder in Ausnehmungen 94 des Trägerelements 44 angeordnet sein. Für fede Temperaturmesseinrichtung 72 wären dann zwei Verbindungsleitungen 82, 88 aus dem Batteriegehäuse 12 herauszuführen.
Die Figuren 8 bis 10 zeigen beispielhaft unterschiedliche Geometrien der Stromabnehmersegmente 32. Entsprechend könnten auch die Stromabnehmersegmente 132 auf dem Trägerelement 144 angeordnet sein.
In Figur 8 ist ein kreisscheibenförmiger Träger 44 gewählt, auf dem vier identische Stromabnehmersegmente 32 angeordnet sind . Diese weisen die Form eines Viertelkreissegments auf.
In Figur 10 ist ein quadratisches Trägerelement 44 beispielhaft dargestellt. Auf diesem sind vier in einem quadratischen Raster angeordnete quadratische Stromabnehmersegmente 32 angeordnet.
Wie in Figur 10 beispielhaft dargestellt, müssen die Stromabnehmersegmente 32 nicht zwingend identisch ausgebildet sein. Hier sind auf der ersten Trägerelementfläche 42 des quadratischen Trägerelements 44 zwei quadratische Stromabnehmersegmente 32 angeordnet sowie ein etwa doppelt so großes rechteckiges Stromabnehmersegement.
Abhängig von Größe und Form der Stromabnehmersegemente 32 beziehungsweise 132 können ortsaufgelöst Stromwerte der Batterie 10 bestimmt werden.
Die Trägerelemente 44 und 144 können insbesondere verformbar ausgebildet sein, beispielsweise biegbar, faltbar oder rollbar. Die Trägerelemente 44 und 144 können insbesondere selbsttragend ausgebildet sein. Sie bilden dann quasi eine Art Platine für die schichtförmig darauf angeordneten Stromabnehmer 24 beziehungsweise 26 und die auf diesen aufgebrachten Elektroden 16 und 18.
Die Dicke 92 des Trägerelements beträgt maximal etwa 1 mm, insbesondere weniger als 0,5 mm. Bei verformbaren Trägerelementen 44, 144 beträgt die Dicke 92 maximal etwa 50 μηι.
Die Trägerelemente 44, 144 sind vorzugsweise aus einem elektrisch nichtleitenden Trägermaterial ausgebildet. Beispielsweise kann es sich dabei um ein Flüssigkristallpolymer (FKP), Polyetheretherketon (PEEK) sowie die Materialmischungen Flüssigkristallpolymer-Polyimid oder Flüssigkristallpolymer-FR-4 handeln. Polyimid und FR-4 sind gängige Leiterplatten-Materialien, deren Ei- genschaftten als Komposite mit Flüssigkristallpolymeren optimiert werden können. Die genannten Materialien sind unter verschiedenen Handelsnamen erhältlich.
Bei Flüssigkristallpolymeren handelt es sich um thermoplastische Polymere, deren Seitenketten eine flüssigkristalline Anordnung aufweisen. Beispielhaft seien hier die Handelsnamen Vectra® der Firma Ticona, XYDAR® der Firmen Amoco/Solvay sowie Zenite® der Firma DuPont genannt.
Polyetheretherketon ist ein hochtemperaturbeständiger thermoplastisches Polymer, welches zur Stoffgruppe der Polyaryletherketone gehört.
FR-4 ist ein Verbundwerkstoff aus Epoxidharz und Glasfasergewebe. Mit diesem Trägerelementmaterial können nur starre oder im Wesentlichen unver- formbare Trägerelemente 44, 144 ausgebildet werden.
Die genannten Trägerelementmaterialien können wie beschrieben sehr dünn, nämlich mit einer Dicke 92 von weniger als 50 pm ausgebildet werden. Dies ermöglicht eine hohe Flexibilität des Trägerelements 44, 144 und damit auch einen Einsatz in einer Batterie-Rundzelle mit gewickelten Elektroden 16, 18.
Die beschriebenen Trägerelementmaterialien können zur Ausbildung der Trägerelemente 44, 144 auf eine dünne Trägerfolie aus Kupfer, Aluminium, Nickel oder Edelstahl laminiert beziehungsweise aufgebracht sein. Die Trägerelementmaterialien sind zudem gasdicht und elektrolytabweisend aufgrund ihrer hydrophoben Eigenschaften.
Für das Flüssigkristallpolymer Vectra® AI 15 mit 15 % Glasfaserverstärkung ergibt sich eine thermische Beständigkeit von mehr als 250 °C. Dieses Material ist geeignet für Hochfrequenz-Schaltungen bis 110 GHz, sodass Impedanzmessungen mit einer Frequenz bis zu 1 MHz und mehr durchführbar sind. Die Dichte beträgt weniger als 2,0 g/cm3. Eine Wasseraufnahme bei Sättigung im Wasser beträgt weniger als 0,05 %. Eine Bruchdehnung ist größer als 4 %, ein Biegemodul bei 23 °C beträgt etwa 12400 MPa. Eine Biegefestigkeit bei 23 °C beträgt etwa 250 MPa. Der spezifische Oberflächenwiderstand dieses Materials ist größer als 1015 Ω. Ein spezifischer Durchgangswiderstand ist größer als 1015 Ω-cm. Die elektrische Durchschlagsfestigkeit ist größer als 30 kV/mm. Das Material ist der Flammschutzklasse V-0 zugeordnet.
Das unter dem Handelsnamen VICTREX® verfügbare Polyetheretherketon weist eine thermische Beständigkeit von mehr als 250 °C bei einer Dichte von weniger als 1,5 g/cm3 auf. Eine Wasseraufnahme bei Sättigung im Wasser) beträgt weniger als 0,5 %. Der Elastizitätsmodul beträgt 4300 MPa, die
Streckspannung 115 MPa. Eine Bruchdehnung beträgt etwa 20 %, das Biegemodul 4100 MPa, die Biegefestigkeit 172 MPa. Der spezifische Oberflächenwiderstand beträgt etwa 1013 Ω, der spezifischer Durchgangswiderstand 1014 Ω-cm. Die elektrische Durchschlagsfestigkeit dieses Materials beträgt 24 kV/mm.
Die beiden genannten Trägerelementmaterialien weisen eine hohe chemische Beständigkeit gegenüber metallischem Lithium, organischen und anorgani- sehen Lösungsmitteln, insbesondere Batterieelektrolyten und Leitsalzen auf. Beispielhaft für diese Materialien seien genannt Ethylencarbonat (EC), Propy- lencarbonat (PC), y-Butyrolacton (γ-BL), Dimethylcarbonat (DMC), Diethylcar- bonat (DEC), Ethylmethylcarbonat (EMC), Dimethoxymethan (DMM), Dimetho- xyethan (DME), Tetrahydrofuran (THF), Dimethylsulfoxid (DMSO), Lithiumhe- xafluorophosphat (LiPF6), Lithiumtetrafluorborat (LiBF4), Lithiumtetrachloro- aluminat (LiAICI4), Lithiumperchlorat (LiCI04), Lithiumbis(oxalato)borat
(LiBOB), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyvinylidenfluorid-Hexafluoropropen (PVDF-HFP).
Die Elektroden 16 und 18 können insbesondere aus Lithium enthaltenden Elektrodenmaterialien gebildet werden wie insbesondere Lithium-Nickel- Mangan-Kobalt-Oxid (NCM), Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid (NCA), Lithium-Eisen-Phosphat (LFP), Lithium-Titanat (LTO), Graphit, Silizium und/oder Schwefel.
Eine Dicke der Elektroden 16, 18 beträgt maximal 50 pm. Eine Fläche der Elektroden 16, 18 ist je nach Einsatzbereich grundsätzlich frei wählbar. Eine Standardgröße beträgt etwa 5 x 5 cm2.
Die Stromabnehmer 24 und 26 weisen eine Fläche auf, die zur Elektrodenfläche korrespondiert. Sie werden zunächst auf die Trägerelemente 44, 144 aufgebracht. Vorzugsweise wird das die Elektroden 16, 18 bildende Elektrodenmaterial, auch als aktives Elektrodenmaterial bezeichnet, auf die Stromabnehmer 24, 26 aufgebracht, nachdem diese auf die Trägerelemente 44, 46 aufgebracht wurden.
Wie bereits dargelegt, kann eine Temperaturmessung in der Batterie 10 optional vorgesehen werden. Hierfür können ausgewählten oder allen Stromabnehmersegmenten 32 der Trägerelemente 44, 144 Strommesseinrichtungen 58, 158 zugeordnet werden. Dadurch, dass vorzugsweise die Trägerelemente 44, 144 sehr dünn ausgebildet werden, ergibt sich ein thermisches Gleichgewicht zwischen den hochleit- fähigen, aus einem Metall ausgebildeten Stromabnehmersegmenten 32 und der zweiten Trägerelementfläche der Trägerelemente 44, 144. Ein auf der zweiten Trägerelementfläche 46, 146 angebrachter Messwiderstand 74 misst dann letztlich die Temperatur des zugeordneten Stromabnehmersegments 32, 132.
Die Verbindungen 52, 152 stehen nicht mit den Messwiderständen 74 in elektrisch leitender Verbindung .
Die Messwiderstände 74 können insbesondere eine definierte temperaturabhängige Widerstandsänderung, beispielsweise 4 Ω pro Kelvin, aufweisen. Insbesondere können die Messwiderstände 74 mit 1 kQ oder über einen definierten Leiterbahnwiderstand aus einem Mäandersystem aus Kupfer ausgeführt werden. Die Messwiderstände 74 können wie beschrieben oberflächenmontiert oder in Form von Leiterbahnwiderständen ausgebildet werden.
Wie beschrieben kann so zur Temperaturmessung durch die temperaturabhängigen Messwiderstände 74 ein definierter Strom von der Stromquelle 86 geleitet werden. Der Messwiderstand weist eine Kennlinie auf, die dessen temperaturabhängige Widerstandscharakteristik beschreibt. Über den Spannungsabfall, der mit der Spannungsmesseinrichtung 80 gemessen werden kann, kann so die Temperatur des Messwiderstands 74 ermittelt werden. Wichtig ist, dass der durch die Stromquelle 86 bereitgestellte Strom klein genug gewählt wird, damit sich der Messwiderstand 74 durch den fließenden Strom nicht erwärmt. Wenn der angelegte Strom beispielsweise 1 mA beträgt, so kann sich bei einem Messwiderstand 74 die abgegriffene Spannung um 4 mV pro Kelvin ändern, wenn sich der temperaturabhängige Messwiderstand um 4 Ω pro Kelvin ändert. Derartige Spannungsänderungen können mit kommerziell erhältlichen Multimetern einfach und sicher detektiert werden. Der Einsatz von Messwiderständen 74 mit bekannter Temperaturcharakteristik hat den Vorteil, dass eine zeitaufwendige Kalibrierung, wie sie in der DE 103 16 117 B3 beschrieben ist, entfallen kann.
Die beschriebenen Batterien können insbesondere bei der Herstellung von wie- deraufladbaren Batterien, in der Forschung, bei der Qualitätskontrolle, für Mobilgeräte und Elektrowerkzeuge eingesetzt werden. Sie können zudem in der Automobilindustrie sowie in der Luft- und Raumfahrt zum Einsatz kommen.
Die Segmentierung der Stromabnehmer 24 und 26 ist zudem grundsätzlich unabhängig von der Bauform der Batterien 10. Wie beschrieben können sowohl Rundzellen als auch Zellen in Flachbauweise mit Stromabnehmersegmenten 32 ausgebildet werden.
Bezugszeichenliste Batterie
Batteriegehäuse
Separator
Elektrode
Elektrode
Anode
Kathode
erster Stromabnehmer
zweiter Stromabnehmer
erstes Stromabnehmerkontaktelement zweites Stromabnehmerkontaktelement Stromabnehmersegment
erste Stromabnehmersegmentkontaktfläche Elektrodensegment
Elektrodeneinheit
zweite Stromabnehmersegmentkontaktfläche erste Trägerelementfläche
Trägerelement
zweite Trägerelementfläche
Kontakteinrichtung
Leiterplattenkontakt
Verbindung
Durchbrechung
Verbindungsleitung
Strommesseinrichtung
Rückleitung
Strommesseinrichtung
Verbindungsleitung
Leiterbahn
Anschlusskontakt
Signalauswerteeinrichtung 72 Temperaturmesseinrichtung
74 Temperaturmesswiderstand
76 Leiterbahn
78 Anschlusskontakt
80 Spannungsmesseinrichtung
82 Verbindungsleitung
84 Verbindungsleitung
86 Stromquelle
88 Verbindungsleitung
90 Abstand
92 Dicke
94 Ausnehmung
96 Dicke
98 Dicke
132 Stromabnehmersegment
134 erste Stromabnehmersegmentkontaktfläche
136 Elektrodensegment
138 Elektrodeneinheit
140 zweite Stromabnehmersegmentkontaktfläche
142 erste Trägerelementfläche
144 Trägerelement
146 zweite Trägerelementfläche
148 Kontakteinrichtung
150 Leiterplattenkontakt
152 Verbindung
154 Durchbrechung
156 Verbindungsleitung
158 Strommesseinrichtung
160 Rückleitung

Claims

Patentansprüche
1. Elektrodeneinheit für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Batterie (10), umfassend eine Elektrode (16, 18) und ein mit der Elektrode flächig in Kontakt stehendes Stromabnehmerelement (24, 26), dadurch gekennzeichnet, dass das Stromabnehmerelement (24, 26) mindestens zwei voneinander getrennte Stromabnehmersegmente (32, 132) umfasst, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) jeweils eine erste Stromabnehmersegmentkontaktfläche (34, 134) aufweisen und dass die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (34, 134) mit der Elektrode (16, 18) flächig in Kontakt stehen.
2. Elektrodeneinheit nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromabnehmerelement (24, 26) eine Mehrzahl von Stromabnehmersegmenten (32, 132) umfasst.
3. Elektrodeneinheit nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) auf einem
Trägerelement (44, 144) angeordnet sind.
4. Elektrodeneinheit nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (44, 144) verformbar ausgebildet ist, insbesondere biegbar, faltbar oder rollbar.
5. Elektrodeneinheit nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) jeweils eine zweite Stromabnehmersegmentkontaktfläche (40, 140) aufweisen, dass das Trägerelement (44, 144) eine erste Trägerelementfläche (42, 142) aufweist und dass die zweiten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (40, 140) mit der ersten Trägerelementfläche (42, 142) flächig in
Kontakt stehen.
6. Elektrodeneinheit nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (34, 134) und die zweiten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (40, 140) identisch oder im Wesentlichen identisch ausgebildet sind .
7. Elektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch
gekennzeichnet, dass das Trägerelement (44, 144) selbsttragend ausgebildet ist.
8. Elektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch
gekennzeichnet, dass das Trägerelement (44, 144) eine Dicke (92) von maximal 1 mm, insbesondere von maximal 0,5 mm, weiter insbesondere von maximal 50 pm, aufweist.
9. Elektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch
gekennzeichnet, dass das Trägerelement (44, 144) aus einem elektrisch nichtleitenden Trägerelementmaterial ausgebildet ist.
10. Elektrodeneinheit nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelementmaterial einen spezifischen Durchgangswiderstand von mindestens 1010 Ohm-cm und/oder einen spezifischen Oberflächenwiderstand von mindestens 1013 Ohm aufweist.
11. Elektrodeneinheit nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelementmaterial flüssigkeitsdicht oder impermeabel für Flüssigkeiten ist, insbesondere hydrophob.
12. Elektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch
gekennzeichnet, dass das Trägerelementmaterial oxidationsstabil und reduktionsstabil in einem Spannungsbereich von 0 V bis etwa 10 V, insbesondere in einem Spannungsbereich von 0 V bis etwa 5 V ist.
13. Elektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch
gekennzeichnet, dass das Trägerelementmaterial starr oder flexibel ist.
14. Elektrodeneinheit nach Anspruch 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelementmaterial ein Kunststoff ist, insbesondere ein
Flüssigkristallpolymer (FKP) und/oder ein Polyaryletherketon, weiter insbesondere Polyetheretherketon (PEEK).
15. Elektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 9 bis 14, dadurch
gekennzeichnet, dass das Trägerelementmaterial chemisch stabil gegenüber Lithium und/oder organischen Elektrolyten und/oder
Leitsalzen und/oder einem Elektrodenmaterial, aus dem die Elektrode (16, 18) ausgebildet ist, ist.
16. Elektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 9 bis 15, dadurch
gekennzeichnet, dass das Trägerelementmaterial einen Elastizitätsmodul von höchstens etwa 15 GPa aufweist, insbesondere von höchstens 5 GPa.
17. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) flüssigkeitsdicht oder impermeabel für Flüssigkeiten
ausgebildet sind, insbesondere hydrophob.
18. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromabnehmerelement (24, 26) aus einem elektrisch hoch leitfähigen Stromabnehmerelementmaterial ausgebildet ist.
19. Elektrodeneinheit nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromabnehmerelementmaterial metallisch ist.
20. Elektrodeneinheit nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass das Stromabnehmerelementmaterial Kupfer oder Aluminium ist oder enthält.
21. Elektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch
gekennzeichnet, dass das Stromabnehmerelementmaterial eine elektrische Leitfähigkeit von mindestens etwa 1 MS/m, insbesondere von mindestens etwa 30 MS/m, aufweist.
22. Elektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch
gekennzeichnet, dass das Stromabnehmerelementmaterial chemisch stabil gegenüber Lithium und/oder organischen Elektrolyten und/oder Leitsalzen und/oder dem Elektrodenmaterial ist.
23. Elektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 18 bis 22, dadurch
gekennzeichnet, dass das Stromabnehmerelementmaterial
flüssigkeitsdicht oder impermeabel für Flüssigkeiten ist.
24. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Stromabnehmersegmentkontaktfläche (34, 134) beschichtet oder versiegelt ist.
25. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine Beschichtung oder Versiegelung der ersten Stromabnehmersegmentkontaktfläche (34, 134) Gold enthält oder aus Gold besteht.
26. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) eine Dicke (96) in einem Bereich von etwa 10 pm bis etwa 100 pm aufweisen, insbesondere etwa 35 pm.
Elektrodeneinheit nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (96) einem Abstand zwischen der ersten Stromabnehmersegment- kontaktfläche (34, 134) und der zweiten Stromabnehmersegmentkontaktfläche (40, 140) entspricht.
28. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (16, 18) aus einem porösen Elektrodenmaterial ausgebildet ist.
29. Elektrodeneinheit nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenmaterial Lithium, Graphit, Silizium und/oder Schwefel ist oder enthält, insbesondere Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid, Lithium- Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid, Lithium-Eisen-Phosphat und/oder Lithium-Titanat.
30. Elektrodeneinheit nach Anspruch 28 oder 29, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenmaterial eine Porosität von höchstens etwa 0,3 aufweist, insbesondere von höchstens etwa 0,2.
31. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (16, 18) eine Dicke (98) von maximal 100 pm aufweist, insbesondere von maximal 50 pm.
32. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (34, 134) der mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) identisch oder im Wesentlichen identisch ausgebildet sind.
33. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) in einem Raster angeordnet sind.
34. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (34, 134) vieleckig ausgebildet sind, insbesondere dreieckig, viereckig oder sechseckig .
35. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (34, 134) oval, insbesondere kreisförmig, oder ovalsegmentförmig, insbesondere kreissegmentförmig, ausgebildet sind.
36. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) eine Kontakteinrichtung (48, 148) zugeordnet ist.
37. Elektrodeneinheit nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass das Trägerelement (44, 144) eine zweite Trägerelementfläche (46, 146) aufweist, dass die Kontakteinrichtungen (48, 148) auf der zweiten Trägerelementfläche (46, 146) angeordnet oder ausgebildet sind und dass jede einem der mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) zugeordnete Kontakteinrichtung (48, 148) mit dem ihr zugeordneten Stromabnehmersegment (32, 132) elektrisch leitend verbunden ist.
38. Elektrodeneinheit nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Stromabnehmersegment (32, 132) und die ihm zugeordnete Kontakteinrichtung (48, 148) über eine elektrisch leitende Verbindung (52, 152) elektrisch leitend miteinander verbunden sind und dass die elektrisch leitende Verbindung durch eine die erste Trägerelementfläche (42, 142) und die zweite Trägerelementfläche (46, 146) verbindende Durchbrechung (54, 154) des Trägerelements geführt ist.
39. Elektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 37 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass jede Kontakteinrichtung (48, 148) mit einer Strommesseinrichtung (58, 158) elektrisch leitend verbunden oder verbindbar ist.
40. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrode (16, 18) entsprechend der
mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) segmentiert ausgebildet ist und mindestens zwei, insbesondere eine Mehrzahl, von Elektrodensegmenten (36) umfasst.
41. Elektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 1 bis 39, gekennzeichnet durch eine einzige Elektrode (16, 18).
42. Elektrodeneinheit nach einem der voranstehenden Ansprüche,
gekennzeichnet durch mindestens eine Temperaturmesseinrichtung (72) zum ortsaufgelösten Messen einer Elektrodentemperatur und/oder einer Stromabnehmertemperatur.
43. Elektrodeneinheit nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, dass
mindestens einem, insbesondere jedem, der mindestens zwei
Stromabnehmersegmente (32, 132) eine Temperaturmesseinrichtung (72) zugeordnet ist.
44. Elektrodeneinheit nach Anspruch 42 oder 43, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Temperaturmesseinrichtung (72) in Form eines Temperaturmesswiderstands (74) ausgebildet ist.
45. Elektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 42 bis 44, dadurch
gekennzeichnet, dass die mindestens eine Temperaturmesseinrichtung (72) auf oder in dem Trägerelement (44, 144) angeordnet oder ausgebildet ist.
46. Elektrodeneinheit nach einem der Ansprüche 42 bis 45, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Temperaturmesseinrichtung auf der zweiten Trägerelementfläche (46, 146) angeordnet oder ausgebildet ist.
47. Batterie (10) umfassend zwei durch ein schichtförmiges Separatorelement (14) getrennte Elektrodeneinheiten (38, 138), welche jeweils eine Elektrode (16, 18) und ein mit der Elektrode (16, 18) flächig in Kontakt stehendes Stromabnehmerelement (24, 26) umfassen, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine der zwei Elektrodeneinheiten (38, 138) in Form einer Elektrodeneinheit (38, 138) nach einem der voranstehenden Ansprüche ausgebildet ist.
48. Verfahren zum Herstellen einer Elektrodeneinheit (38, 138) für eine elektrochemische Zelle, insbesondere für eine Batterie (10), welche Elektrodeneinheit (38, 138) eine Elektrode (16, 18) und ein mit der Elektrode (16, 18) flächig in Kontakt stehendes Stromabnehmerelement (24, 26) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei voneinander getrennte Stromabnehmersegmente (32, 132) zur Ausbildung des Stromabnehmerelements (24, 26) ausgebildet werden, dass die mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) jeweils eine erste Stromabnehmersegmentkontaktfläche (34, 134) aufweisen und dass die Elektrode (16, 18) auf die die ersten Stromabnehmersegmentkontaktflächen (34, 134) flächig aufgebracht wird zum Herstellen eines flächigen Kontakts zwischen der Elektrode (16, 18) und den mindestens zwei Stromabnehmersegmenten (24, 26).
49. Verfahren nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass die
mindestens zwei Stromabnehmersegmente (24, 26) auf ein
Trägerelement (44, 144) aufgebracht werden, insbesondere durch Laminieren.
50. Verfahren nach Anspruch 49, dadurch gekennzeichnet, dass die
mindestens zwei Stromabnehmersegmente (32, 132) auf das
Trägerelement (44, 144) aufgebracht werden, bevor die Elektrode auf das Stromabnehmerelement (32, 132) aufgebracht wird.
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