EP4381558A1 - Energiespeicherzelle - Google Patents

Energiespeicherzelle

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EP4381558A1
EP4381558A1 EP22761994.7A EP22761994A EP4381558A1 EP 4381558 A1 EP4381558 A1 EP 4381558A1 EP 22761994 A EP22761994 A EP 22761994A EP 4381558 A1 EP4381558 A1 EP 4381558A1
Authority
EP
European Patent Office
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energy storage
storage cell
contact element
cover
housing
Prior art date
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Pending
Application number
EP22761994.7A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Markus Clemens
Loubna BARGHOUT
Dr. Carsten FORMER
Günter Ziegler
Jürgen Mall
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Carl Freudenberg KG
Original Assignee
Carl Freudenberg KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Carl Freudenberg KG filed Critical Carl Freudenberg KG
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    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to an energy storage cell, comprising an electrolyte arrangement which is accommodated in a housing, the housing being closed by a cover, the cover being provided with an outer contact element for electrically contacting the energy storage cell with an energy consumer, the outer contact element electrically conductive intermediate element is connected, the intermediate element being electrically conductively connected to an inner contact element, the intermediate element and the inner contact element being electrically conductively connected to one another via a contact zone provided with a predetermined breaking point.
  • Energy storage cells of this type are often of circular design when viewed from above, have a cylindrical housing and a circular cover. Accordingly, energy storage cells of this type are often referred to as round cells and are standardized with a length of 70 mm and a diameter of 21 mm. Round cells of this type are commercially available under the designation 2170 or 21700.
  • the cover element contains three disk-shaped elements which are electrically conductively connected to one another, the intermediate element and the inner contact element being connected to one another, for example by means of a welded connection.
  • a predetermined breaking point can be realized through the welded connection.
  • the predetermined breaking point can also be implemented by a targeted notch. In the event of an undesired increase in pressure inside the energy storage cell, the predetermined breaking point should Separate the intermediate element and the inner contact element from one another, so that the poles of the energy storage cell are de-energized.
  • the invention is based on the object of providing an energy storage cell which can be produced simply and inexpensively.
  • the energy storage cell comprises an electrolyte arrangement which is accommodated in a housing, the housing being closed by a cover, the cover being provided with an outer contact element for electrically contacting the energy storage cell with an energy consumer, the outer contact element is electrically conductively connected to an intermediate element, the intermediate element being electrically conductively connected to an inner contact element, the intermediate element and the inner contact element being electrically conductively connected to one another via a contact zone provided with a predetermined breaking point, a sealing element being provided which seals the intermediate element and electrically insulates the inner contact element outside of the contact zone and which seals and electrically insulates the cover from the housing.
  • the cover of the energy storage cell according to the invention has only a single sealing element, which both seals and electrically insulates the cover from the housing and electrically insulates the intermediate element from the inner contact element outside the electrically conductive contact zone.
  • the fact that the sealing element connects the elements of the cover to one another also results in a composite cover that is easy to assemble.
  • the intermediate element is omitted and that the sealing element connects the outer contact element and the inner contact element to one another. In this configuration, the functions of the intermediate element can be taken over by a sensor system, which causes electrical isolation in the event of a fault.
  • the energy storage cell can be designed as a round cell and have a cylindrical housing which is closed at one end by a cover.
  • the housing is preferably made of a metallic material, with the housing preferably being produced by means of deep-drawing, so that the housing has a cylindrical outer wall and a base made of the same material and in one piece.
  • the bottom of the housing can be designed for electrical contacting of the energy storage cell with an energy consumer.
  • the sealing element is preferably made of injection-moldable elastomeric material. This again simplifies the manufacturability of the cover.
  • the electrically conductive elements are arranged in an injection mold, and then the sealing element is molded on with the injection-moldable elastomeric material.
  • EPDM ethylene-propylene-diene monomer
  • the elastomeric material is preferably a crosslinked elastomeric material which cokes at high temperatures but does not melt.
  • the sealing element is able to function even at high temperatures, which can occur, for example, in the event of damage to an energy storage cell.
  • Such a material is, for example, EPDM.
  • the use of inexpensive thermoplastic materials such as polybutylene terephthalate (PBT), perfluoroalkoxy polymers (PFA) or polyphenylene sulfide (PPS) is also conceivable.
  • the sealing element material is preferably formed in a unitary and one-piece manner.
  • the cover can be produced in a particularly simple and cost-effective manner.
  • the sealing element can surround the outer contact element and the intermediate element on the peripheral side. As a result, the cover can be sealed off from the housing in a particularly simple manner.
  • the sealing element can cover the outer contact element and the intermediate element in an outer peripheral edge zone on both end faces.
  • the cover can be connected to the housing by means of crimping, for example, with the housing covering the cover in sections on both end faces after the crimping process has been completed.
  • the outer contact element, the intermediate element and the inner contact element are preferably formed from a metallic material and can therefore be produced inexpensively and easily and have good electrical conductivity.
  • the intermediate element and the inner contact element can be cohesively connected to form the predetermined breaking point.
  • the intermediate element and the inner contact element are preferably connected to one another with a material fit by means of a welded connection, for example by means of spot welding. This ensures that the two elements are connected to one another in an electrically conductive manner.
  • the spot welding process can be carried out in such a way that a predetermined breaking point with a defined breakaway force is created.
  • the predetermined breaking point is preferably formed centrally on the intermediate element and the inner contact element.
  • the predetermined breaking point can be produced by a first notch made in the inner contact element.
  • the first notch is preferably formed in such a way that it delimits the contact zone in the form of a ring. If the pressure inside the energy storage cell exceeds a predetermined level, the inner contact element breaks along the predetermined breaking point, the contact zone detaching from the inner contact element so that the electrical connection to the electrical pole of the cover is interrupted.
  • the intermediate element can be provided with a further predetermined breaking point. This is preferably in the form of a second notch.
  • the second notch is preferably made in the intermediate element on the side facing the inner contact element.
  • the further predetermined breaking point is triggered when the pressure prevailing inside the energy storage cell continues to rise and exceeds a second predetermined level.
  • pressure can be equalized in the direction of the environment. Openings are made in the inner contact element and in the outer contact element so that the pressure equalization is possible. This can prevent the housing from breaking open at an unplanned point.
  • the intermediate element can be disc-shaped at least in the edge zone. As a result, the intermediate element can be produced in a particularly simple and cost-effective manner.
  • Fig. 2 in detail the cover in section.
  • the energy storage cell 1 shows an electrochemical energy storage cell 1 in the form of a round cell which has a diameter of 21 mm and a length of 70 mm.
  • the energy storage cell 1 comprises an electrolyte arrangement 2 in the form of a cell coil which is accommodated in a housing 3 .
  • the energy storage cell 1 is in the form of a lithium-ion battery, with the electrolyte arrangement 2 having two current conductors and two separators, with the current conductors being separated from one another by the separators.
  • An active material is applied to the current conductors and the two current conductors separated by the separators are wound up to form a round structure, the cell coil.
  • the housing 3 consists of metallic material and is cylindrical. On one end face, the housing 3 has a base made of the same material and in one piece with the cylindrical wall of the housing 3 .
  • the housing 3 is closed by a cover 4 on the end face opposite the bottom. To attach the cover 4, the housing 3 is deformed in sections by crimping, so that the cover 4 is firmly connected to the housing 3.
  • the two electrical contacts of the energy storage cell 1 are realized through the base of the housing 2 and the outer contact element 5 of the cover 4 .
  • the housing 2 and the outer contact element 5 are electrically insulated by a sealing element 9 .
  • Energy storage cells 1 of the type shown in FIG. 1 are used in many different ways in technology, for example in electromobility, in electric vehicles, but also in hand tools driven by electric motors.
  • FIG. 2 shows the cover 4 of the energy storage cell 1 shown in FIG. 1 in detail.
  • the cover 4 is provided with an outer contact element 5 for electrically contacting the energy storage cell 1 with an energy consumer.
  • the second contact is made via the bottom of the housing 3 .
  • the outer contact element 5 is electrically conductively connected to an intermediate element 6 , the intermediate element 6 in turn being electrically conductively connected to an inner contact element 7 .
  • the inner contact element 7 points into the interior of the housing 3.
  • the intermediate element 6 and the inner contact element 7 are electrically conductively connected to one another via a contact zone 8.
  • the contact zone 8 is assigned a predetermined breaking point 10 which is realized by a ring-shaped first notch, the first notch being introduced into the inner contact element 7 on the side facing the housing 3 .
  • the inner contact element 7 breaks along the predetermined breaking point 10, the contact zone 8 detaching from the inner contact element 7 so that the electrical connection of the electrolyte arrangement 2 to the electrical pole of the cover 4 is interrupted.
  • a further predetermined breaking point 11 is introduced into the intermediate element 6, which is also realized by a further annular notch. The further notch of the further predetermined breaking point 11 is made in the intermediate element 6 on the side facing the inner contact element 7 .
  • the further predetermined breaking point 11 is triggered when the pressure prevailing inside the energy storage cell 1 continues to rise and exceeds a second predetermined level. By opening the additional predetermined breaking point 11, pressure can be equalized in the direction of the environment. In order for the pressure equalization to be possible without hindrance, openings 12 are made in the inner contact element 7 and in the outer contact element 5 .
  • the cover 4 also has a sealing element 9 which electrically insulates the intermediate element 6 and the inner contact element 7 outside the contact zone 8 and which seals and electrically insulates the cover 4 from the housing 3 .
  • the sealing element 9 is made of injection-mouldable, elastomeric material and consists of ethylene propylene diene monomer (EPDM) in the present embodiment.
  • EPDM ethylene propylene diene monomer
  • the sealing element 9, which causes the sealing of the cover 4 relative to the housing 3 and the electrical insulation of the intermediate element 6 and the inner contact element 7 outside the contact zone 8, is made of the same material and is made in one piece.
  • the sealing element 9 also surrounds the outer contact element 5 and the intermediate element 6 on the outer peripheral side, and the sealing element 9 also covers the outer contact element 5 and the intermediate element 6 in an outer peripheral edge zone on both end faces.
  • the outer contact element 5, the intermediate element 6 and the inner contact element 7 are made of metallic material.
  • the intermediate element 6 and the inner contact element 7 are integrally connected to one another by means of a spot weld to form the predetermined breaking point in the area of the contact zone 8 .
  • the predetermined breaking point is formed centrally on the intermediate element 6 and the inner contact element 7 .
  • the intermediate element 6 is disk-shaped at least in the edge zone.

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Abstract

Energiespeicherzelle (1), umfassend eine Elektrolyt-Anordnung (2), welche in einem Gehäuse (3) aufgenommen ist, wobei das Gehäuse (3) durch einen Deckel (4) verschlossen ist, wobei der Deckel (4) mit einem äußeren Kontaktelement (5) zur elektrischen Kontaktierung der Energiespeicherzelle (1) mit einem Energieverbraucher versehen ist, wobei das äußere Kontaktelement (5) elektrisch leitend mit einem Zwischenelement (6) verbunden ist, wobei das Zwischenelement (6) elektrisch leitend mit einem inneren Kontaktelement (7) verbunden ist, wobei das Zwischenelement (6) und das innere Kontaktelement (7) über eine mit einer Sollbruchstelle (10) versehene Kontaktzone (8) elektrisch leitend miteinander verbunden sind, wobei ein Dichtelement (9) vorgesehen ist, welches das Zwischenelement (6) und das innere Kontaktelement (7) außerhalb der Kontaktzone (8) elektrisch isoliert und welches eine Abdichtung und elektrische Isolierung des Deckels (4) gegenüber dem Gehäuse bewirkt.

Description

Energiespeicherzelle
Die Erfindung betrifft eine Energiespeicherzelle, umfassend eine Elektrolyt- Anordnung, welche in einem Gehäuse aufgenommen ist, wobei der Gehäuse durch einen Deckel verschlossen ist, wobei der Deckel mit einem äußeren Kontaktelement zur elektrischen Kontaktierung der Energiespeicherzelle mit einem Energieverbraucher versehen ist, wobei das äußere Kontaktelement elektrisch leitenden Zwischenelement verbunden ist, wobei das Zwischenelement elektrisch leitend mit einem inneren Kontaktelement verbunden ist, wobei das Zwischenelement und das innere Kontaktelement über eine mit einer Sollbruchstelle versehene Kontaktzone elektrisch leitend miteinander verbunden sind.
Eine vergleichbare Ausgestaltung ist beispielsweise aus der US 2006/0263649 A1 bekannt. Häufig sind Energiespeicherzellen dieses Typs in der Draufsicht betrachtet kreisförmig ausgebildet, weisen ein zylindrisches Gehäuse und einen kreisförmigen Deckel auf. Dementsprechend werden derartige Energiespeicherzellen häufig als Rundzelle bezeichnet und in einer Länge von 70 mm und mit einem Durchmesser von 21 mm standardisiert. Derartige Rundzellen sind unter der Bezeichnung 2170, beziehungsweise 21700 kommerziell erhältlich.
Das Deckelelement beinhaltet drei elektrisch leitend miteinander verbundene scheibenförmige Elemente, wobei das Zwischenelement und das innere Kontaktelement beispielsweise mittels einer Schweißverbindung miteinander verbunden sind. Durch die Schweißverbindung kann dabei gleichzeitig eine Sollbruchstelle realisiert werden. Alternativ kann die Sollbruchstelle auch durch eine gezielte Einkerbung realisiert werden. Bei einem unerwünschten Druckanstieg im Inneren der Energiespeicherzelle sollen sich über die Sollbruchstelle das Zwischenelement und das innere Kontaktelement voneinander trennen, so dass die Pole der Energiespeicherzelle stromlos sind. Um dies zu realisieren, war es bislang erforderlich, mehrere elektrisch isolierende Elemente zwischen den Elementen des Deckels vorzusehen, insbesondere zwischen den beiden Kontaktelementen, im Bereich des Zwischenelementes außerhalb der Kontaktzone sowie zwischen Deckel und Gehäuse anzuordnen. Daraus resultiert ein verhältnismäßig großer Fertigungsaufwand, da es erforderlich ist, die isolierenden Elemente passgenau zwischen den elektrisch leitenden Elementen zu positionieren.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Energiespeicherzelle bereitzustellen, welche einfach und kostengünstig herstellbar ist.
Zur Lösung der Aufgabe umfasst die Energiespeicherzelle eine Elektrolyt- Anordnung, welche in einem Gehäuse aufgenommen ist, wobei das Gehäuse durch einen Deckel verschlossen ist, wobei der Deckel mit einem äußeren Kontaktelement zur elektrischen Kontaktierung der Energiespeicherzelle mit einem Energieverbraucher versehen ist, wobei das äußere Kontaktelement elektrisch leitend mit einem Zwischenelement verbunden ist, wobei das Zwischenelement elektrisch leitend mit einem inneren Kontaktelement verbunden ist, wobei das Zwischenelement und das innere Kontaktelement über eine mit einer Sollbruchstelle versehene Kontaktzone elektrisch leitend miteinander verbunden sind, wobei ein Dichtelement vorgesehen ist, welches das Zwischenelement und das innere Kontaktelement außerhalb der Kontaktzone elektrisch isoliert und welches eine Abdichtung und elektrische Isolierung des Deckels gegenüber dem Gehäuse bewirkt.
Dementsprechend weist der Deckel der erfindungsgemäßen Energiespeicherzelle lediglich ein einziges Dichtelement auf, welches sowohl die Abdichtung und elektrische Isolierung des Deckels gegenüber dem Gehäuse bewirkt als auch eine elektrische Isolierung des Zwischenelementes gegenüber dem inneren Kontaktelement außerhalb der elektrisch leitenden Kontaktzone. Dadurch reduziert sich die Teileanzahl des Deckels, so dass der Deckel einfacher und kostengünstiger herstellbar ist. Dadurch, dass das Dichtelement die Elemente des Deckels miteinander verbindet, entsteht auch ein einfach montierbarer Verbunddeckel. Für eine einfachere Ausgestaltung des Deckels ist prinzipiell denkbar, dass das Zwischenelement entfällt und dass das Dichtelement das äußere Kontaktelement und das innere Kontaktelement miteinander verbindet. Die Funktionen des Zwischenelements können bei dieser Ausgestaltung durch eine Sensorik übernommen werden, welche im Störfall eine elektrische Trennung bewirkt.
Die Energiespeicherzelle kann als Rundzelle ausgebildet sein und ein zylindrisches Gehäuse aufweisen, welches an einer Stirnseite durch einen Deckel verschlossen ist. Vorzugsweise ist das Gehäuse aus metallischem Werkstoff ausgebildet, wobei das Gehäuse vorzugsweise mittels Tiefziehen hergestellt ist, so dass das Gehäuse matenaleinheitlich und einstückig eine zylindrische Außenwand und einen Boden aufweist. Dabei kann der Boden des Gehäuses zur elektrischen Kontaktierung der Energiespeicherzelle mit einem Energieverbraucher ausgebildet sein.
Das Dichtelement ist vorzugsweise aus spritzgießfähigem elastomerem Werkstoff ausgebildet. Dadurch vereinfacht sich nochmals die Herstellbarkeit des Deckels. Zur Herstellung werden die elektrisch leitenden Elemente in einer Spritzgießform angeordnet, anschließend wird mit dem spritzgießfähigen elastomeren Werkstoff das Dichtelement angeformt. In diesem Zusammenhang ist es insbesondere vorteilhaft, wenn als Werkstoff für das Dichtelement Ethylen-Propylen-Dien-Monomer (EPDM) zum Einsatz gelangt. Grundsätzlich ist der elastomere Werkstoff vorzugsweise ein vernetzter elastomerer Werkstoff, welcher bei hohen Temperaturen zwar verkokt, aber nicht schmilzt. Dadurch ist eine Funktionsfähigkeit des Dichtungselements auch bei hohen Temperaturen gegeben, welche beispielsweise im Schadfall einer Energiespeicherzelle auftreten können. Ein derartiger Werkstoff ist beispielsweise EPDM. Grundsätzlich ist aber auch die Verwendung kostengünstiger thermoplastischer Werkstoffe wie Polybutylenterephthalat (PBT), Perfluoralkoxy- Polymere (PFA) oder Polyphenylensulfid (PPS) denkbar.
Vorzugsweise ist das Dichtelementmatenal einheitlich und einstückig ausgebildet.
Dadurch ist der Deckel besonders einfach und kostengünstig herstellbar. Das Dichtelement kann das äußere Kontaktelement und das Zwischenelement umfangsseitig umgeben. Dadurch kann besonders einfach eine Abdichtung des Deckels gegenüber dem Gehäuse realisiert werden.
Das Dichtelement kann das äußere Kontaktelement und das Zwischenelement in einer außenumfangsseitigen Randzone an beiden Stirnseiten bedecken. Bei dieser Ausgestaltung kann der Deckel beispielsweise mittels Crimpen mit dem Gehäuse verbunden werden, wobei das Gehäuse den Deckel nach Abschluss des Crimpvorgangs an beiden Stirnseiten abschnittsweise bedeckt.
Das äußere Kontaktelement, das Zwischenelement und das innere Kontaktelement sind vorzugsweise aus metallischem Werkstoff ausgebildet und so kostengünstig und einfach herstellbar und weisen eine gute elektrische Leitfähigkeit auf.
Das Zwischenelement und das innere Kontaktelement können zur Ausbildung der Sollbruchstelle stoffschlüssig miteinander verbunden sein. Hierzu sind das Zwischenelement und das innere Kontaktelement vorzugsweise mittels einer Schweißverbindung, beispielsweise mittels Punktschweißen, stoffschlüssig miteinander verbunden. Dadurch ist gewährleistet, dass die beiden Elemente elektrisch leitend miteinander verbunden sind. Das Punktschweißverfahren kann dabei so geführt werden, dass eine Sollbruchstelle mit einer definierten Losbrechkraft entsteht.
Die Sollbruchstelle ist vorzugsweise mittig an dem Zwischenelement und dem inneren Kontaktelement ausgebildet.
Alternativ ist denkbar, die Sollbruchstelle durch eine in das innere Kontaktelement eingebrachte erste Einkerbung zu erzeugen. Dabei ist die erste Einkerbung vorzugsweise so ausgebildet, dass diese die Kontaktzone ringförmig begrenzt. Übersteigt der im Inneren der Energiespeicherzelle herrschende Druck ein vorgegebenes Maß, bricht das innere Kontaktelement entlang der Sollbruchstelle auf, wobei sich die Kontaktzone von dem inneren Kontaktelement löst, so dass die elektrische Verbindung zu dem elektrischen Pol des Deckels unterbrochen ist. Das Zwischenelement kann mit einer weiteren Sollbruchstelle versehen sein. Diese ist vorzugsweise in Form einer zweiten Einkerbung ausgebildet. Die zweite Einkerbung ist vorzugsweise auf der dem inneren Kontaktelement zugewandten Seite in das Zwischenelement eingebracht. Die weitere Sollbruchstelle löst aus, wenn der im Inneren der Energiespeicherzelle herrschende Druck weiter ansteigt und ein zweites vorgegebenes Maß übersteigt. Durch das Öffnen der weiteren Sollbruchstelle kann ein Druckausgleich in Richtung der Umgebung erfolgen. Damit der Druckausgleich möglich ist, sind in das innere Kontaktelement und in das äußere Kontaktelement Öffnungen eingebracht. Dadurch kann verhindert werden, dass das Gehäuse an einer ungeplanten Stelle aufbricht.
Das Zwischenelement kann zumindest in der Randzone scheibenförmig ausgebildet sein. Dadurch ist das Zwischenelement besonders einfach und kostengünstig herstellbar.
Einige Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Energiespeicherzelle werden nachfolgend anhand der Figuren näher erläutert. Diese zeigen, jeweils schematisch:
Fig. 1 eine Energiespeicherzelle im Schnitt;
Fig. 2 im Detail den Deckel im Schnitt.
Fig. 1 zeigt eine elektrochemische Energiespeicherzelle 1 in Form einer Rundzelle, welche einen Durchmesser von 21 mm und eine Länge von 70 mm aufweist. Die Energiespeicherzelle 1 umfasst eine Elektrolyt-Anordnung 2 in Form eines Zellwickels, welcher in einem Gehäuse 3 aufgenommen ist.
In der vorliegenden Ausgestaltung ist die Energiespeicherzelle 1 als Lithium-Ionen- Akkumulator ausgebildet, wobei die Elektrolyt-Anordnung 2 zwei Stromleiter und zwei Separatoren aufweist, wobei die Stromleiter durch die Separatoren voneinander getrennt sind. Auf die Stromleiter ist ein Aktivmaterial aufgetragen und die beiden durch die Separatoren getrennten Stromleiter sind zu einem runden Gebilde, dem Zellwickel, aufgewickelt. Das Gehäuse 3 besteht aus metallischem Werkstoff und ist zylindrisch ausgebildet. Auf einer Stirnseite weist das Gehäuse 3 einen matenaleinheitlich und einstückig mit der zylindrischen Wand des Gehäuses 3 ausgebildeten Boden auf. Auf der dem Boden gegenüberliegenden Stirnseite ist das Gehäuse 3 durch einen Deckel 4 verschlossen. Zur Befestigung des Deckels 4 ist das Gehäuse 3 abschnittsweise durch Crimpen verformt, so dass der Deckel 4 fest mit dem Gehäuse 3 verbunden ist. Die beiden elektrischen Kontakte der Energiespeicherzelle 1 sind durch den Boden des Gehäuses 2 und dem äußeren Kontaktelement 5 des Deckels 4 realisiert. Hierzu sind das Gehäuse 2 und das äußere Kontaktelement 5 durch ein Dichtelement 9 elektrisch isoliert.
Energiespeicherzellen 1 der in Fig. 1 gezeigten Art finden in der Technik vielfältig Einsatz, beispielsweise in der Elektromobilität, in Elektrofahrzeugen, aber auch in elektromotorisch angetriebenen Handwerkzeugen.
Fig. 2 zeigt im Detail den Deckel 4 der in Fig. 1 gezeigten Energiespeicherzelle 1 . Der Deckel 4 ist mit einem äußeren Kontaktelement 5 zur elektrischen Kontaktierung der Energiespeicherzelle 1 mit einem Energieverbraucher versehen. Der zweite Kontakt wird über den Boden des Gehäuses 3 realisiert. Das äußere Kontaktelement 5 ist elektrisch leitend mit einem Zwischenelement 6 verbunden, wobei das Zwischenelement 6 wiederum elektrisch leitend mit einem inneren Kontaktelement 7 verbunden ist. Das innere Kontaktelement 7 weist in das Innere des Gehäuses 3. Das Zwischenelement 6 und das innere Kontaktelement 7 sind über eine Kontaktzone 8 elektrisch leitend miteinander verbunden. Dabei ist der Kontaktzone 8 eine Sollbruchstelle 10 zugeordnet, welche durch eine ringfömig ausgebildete erste Einkerbung realisiert ist, wobei die erste Einkerbung auf der dem Gehäuse 3 zugewandten Seite in das innere Kontaktelement 7 eingebracht ist. Übersteigt der im Inneren der Energiespeicherzelle 1 herrschende Druck ein vorgegebenes Maß, bricht das innere Kontaktelement 7 entlang der Sollbruchstelle 10 auf, wobei sich die Kontaktzone 8 von dem inneren Kontaktelement 7 löst, so dass die elektrische Verbindung der Elektrolyt- Anordnung 2 zu dem elektrischen Pol des Deckels 4 unterbrochen ist. In das Zwischenelement 6 ist eine weitere Sollbruchstelle 11 eingebracht, welche ebenfalls durch eine weitere ringförmige Einkerbung realisiert ist. Die weitere Einkerbung der weiteren Sollbruchstelle 11 ist auf der dem inneren Kontaktelement 7 zugewandten Seite in das Zwischenelement 6 eingebracht. Die weitere Sollbruchstelle 11 löst aus, wenn der im Inneren der Energiespeicherzelle 1 herrschende Druck weiter ansteigt und ein zweites vorgegebenes Maß übersteigt. Durch das Öffnen der weiteren Sollbruchstelle 11 kann ein Druckausgleich in Richtung der Umgebung erfolgen. Damit der Druckausgleich ungehindert möglich ist, sind in das innere Kontaktelement 7 und in das äußere Kontaktelement 5 Öffnungen 12 eingebracht.
Der Deckel 4 weist ferner ein Dichtelement 9 auf, welches das Zwischenelement 6 und das innere Kontaktelement 7 außerhalb der Kontaktzone 8 elektrisch isoliert und welches eine Abdichtung und elektrische Isolierung des Deckels 4 gegenüber dem Gehäuse 3 bewirkt. Das Dichtelement 9 ist aus spritzgießfähigem, elastomerem Werkstoff ausgebildet und besteht in der vorliegenden Ausgestaltung aus Ethylen- Propylen-Dien-Monomer (EPDM). Das Dichtelement 9, welches die Abdichtung des Deckels 4 gegenüber dem Gehäuse 3 und die elektrische Isolierung von Zwischenelement 6 und innerem Kontaktelement 7 außerhalb der Kontaktzone 8 bewirkt, ist materialeinheitlich und einstückig ausgebildet.
Das Dichtelement 9 umgibt ferner das äußere Kontaktelement 5 und das Zwischenelement 6 außenumfangsseitig, darüber hinaus bedeckt das Dichtelement 9 das äußere Kontaktelement 5 und das Zwischenelement 6 in einer außenumfangsseitigen Randzone an beiden Stirnseiten.
Das äußere Kontaktelement 5, das Zwischenelement 6 und das innere Kontaktelement 7 sind aus metallischem Werkstoff ausgebildet. Das Zwischenelement 6 und das innere Kontaktelement 7 sind zur Ausbildung der Sollbruchstelle im Bereich der Kontaktzone 8 stoffschlüssig mittels einer Punktschweißverbindung miteinander verbunden. Dabei ist die Sollbruchstelle mittig an dem Zwischenelement 6 und dem inneren Kontaktelement 7 ausgebildet. Das Zwischenelement 6 ist zumindest in der Randzone scheibenförmig ausgebildet.

Claims

8 Patentansprüche
1. Energiespeicherzelle (1 ), umfassend eine Elektrolyt-Anordnung (2), welche in einem Gehäuse (3) aufgenommen ist, wobei das Gehäuse (3) durch einen Deckel (4) verschlossen ist, wobei der Deckel (4) mit einem äußeren Kontaktelement (5) zur elektrischen Kontaktierung der Energiespeicherzelle (1 ) mit einem Energieverbraucher versehen ist, wobei das äußere Kontaktelement (5) elektrisch leitend mit einem Zwischenelement (6) verbunden ist, wobei das Zwischenelement (6) elektrisch leitend mit einem inneren Kontaktelement (7) verbunden ist, wobei das Zwischenelement (6) und das innere Kontaktelement (7) über eine mit einer Sollbruchstelle (10) versehene Kontaktzone (8) elektrisch leitend miteinander verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass ein Dichtelement (9) vorgesehen ist, welches das Zwischenelement (6) und das innere Kontaktelement (7) außerhalb der Kontaktzone (8) elektrisch isoliert und welches eine Abdichtung und elektrische Isolierung des Deckels (4) gegenüber dem Gehäuse (3) bewirkt.
2. Energiespeicherzelle nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicherzelle (1 ) als Rundzelle ausgebildet ist und ein zylindrisches Gehäuse (3) aufweist, welches an einer Stirnseite durch den Deckel (4) verschlossen ist.
3. Energiespeicherzelle nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (9) aus spritzgießfähigem, elastomerem Werkstoff ausgebildet ist.
4. Energiespeicherzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (9) aus EPDM ausgebildet ist.
5. Energiespeicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (9) matenaleinheitlich und einstückig ausgebildet ist. 9
6. Energiespeicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (9) das äußere Kontaktelement (5) und das Zwischenelement (6) umfangsseitig umgibt.
7. Energiespeicherzelle nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Dichtelement (9) das äußere Kontaktelement (5) und das Zwischenelement (6) in einer außenumfangsseitigen Randzone an beiden Stirnseiten bedeckt.
8. Energiespeicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass das äußere Kontaktelement (5), das Zwischenelement (6) und das innere Kontaktelement (7) aus metallischem Werkstoff ausgebildet sind.
9. Energiespeicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Zwischenelement (6) und das innere Kontaktelement (7) zur Ausbildung der Sollbruchstelle (10) stoffschlüssig miteinander verbunden sind.
10. Energiespeicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ausbildung der Sollbruchstelle (10) in das innere Kontaktelement (7) eine erste Einkerbung eingebracht ist.
11. Energiespeicherzelle nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Einkerbung der Sollbruchstelle (10) ringförmig ausgebildet ist und die Kontaktzone (8) begrenzt.
12. Energiespeicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sollbruchstelle (10) mittig an dem Zwischenelement (6) und dem inneren Kontaktelement (7) ausgebildet ist.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6524739B1 (en) * 1998-08-25 2003-02-25 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Secondary battery
KR100686804B1 (ko) 2005-04-25 2007-02-26 삼성에스디아이 주식회사 초고용량 캐패시터을 구비하는 전극 조립체 및 이를포함하는 리튬 이차 전지
JP4596289B2 (ja) * 2008-11-06 2010-12-08 トヨタ自動車株式会社 密閉型電池
JP5767407B2 (ja) * 2011-07-13 2015-08-19 エルジー・ケム・リミテッド 円筒型二次電池
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