WO2008058757A1 - Elektrodenanordnung für eine batterie oder sekundärbatterie - Google Patents

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Ulrich Maiworm
Dieter Teckhaus
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Li-Tec Vermögensverwaltungs GmbH
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Definitions

  • the present invention relates to an electrode assembly for a battery or secondary battery. It further relates to a cell of a battery or secondary battery having such an electrode assembly, a battery or a secondary battery having such an electrode assembly, a lithium-ion battery or lithium-ion secondary battery having such an electrode assembly, and a method of manufacturing an electrode assembly, particularly one An electrode arrangement according to the invention for a battery or secondary battery.
  • batteries or secondary batteries in particular of high-performance batteries such as traction, hybrid or starter batteries for electric vehicles and hybrid vehicles, batteries for the uninterruptible power supply (UPS) and solar batteries, and in particular in the case of lithium-based secondary batteries, is that for a certain battery life safe battery operation must be guaranteed. Therefore, it is necessary for a battery cell to have reliable operating parameters and structural characteristics within specification.
  • high-performance batteries such as traction, hybrid or starter batteries for electric vehicles and hybrid vehicles, batteries for the uninterruptible power supply (UPS) and solar batteries, and in particular in the case of lithium-based secondary batteries
  • Known battery cells have e.g. Structures with electrode assemblies in which substantially flat electrodes and separators are enriched prior to stacking and assembly with a solvent containing a plasticizer.
  • the plasticizer By means of the plasticizer, the electrodes and separators are then connected in a lamination process.
  • Such an electrode arrangement is z. Example, from US 5,456,000, in which in particular in the copolymer matrix of a separator, such a plasticizer is integrated, which is intended to promote inter alia the connection of the layers of the electrode assembly during a lamination process.
  • the plasticizer is at least partially removed. By this removal can not be ruled out that the connection of the layers of the electrode assembly is at least partially solved again, whereby a secure electrode assembly and thus the safe operation of the battery cell are permanently in question.
  • the object of the present invention is to provide an improved electrode arrangement for a battery or secondary battery, a cell of a battery or secondary battery having such an electrode arrangement, a battery or a secondary battery having such an electrode arrangement, a lithium-ion battery or lithium battery.
  • the electrode arrangement according to the invention for a battery or secondary battery comprises at least one substantially flat first electrode element, at least one substantially flat second electrode element and at least one substantially flat separating element, wherein the at least one first electrode element and the at least one second electrode element are provided by at least one separating element spatially separated and arranged substantially one above the other, further comprises at least one connecting means which is at least partially disposed outside of the overlap region, in which an electrode element overlaps with an adjacent separating element, wherein said at least one connecting means cohesively with the at least one electrode element and materially with the at least one separating element is connected, whereby the at least one electrode element and the at least one separating element are connected.
  • the first electrode element is preferably a part of a battery electrode which has a first electrical polarity during operation of the battery.
  • the second electrode element is preferably a part of a battery electrode which then has a (second) electrical polarity opposite the first electrode element.
  • a first electrode member may be part of the anode of the secondary battery cell and a second electrode member may be part of the cathode of the secondary battery cell.
  • this first electrode element will be part of the cathode and this second electrode element will be part of the anode.
  • a substantially flat electrode element is preferably formed from a plurality of components.
  • a substantially flat electrode element comprises at least one electrode reaction layer in which the current-carrying chemical reactions take place, and at least one current collector layer of a conductive material, e.g. a metal foil or a metal grid over which the generated electrical current is dissipated.
  • these layers are preferably electrically connected to one another.
  • an electrode element essentially consists of only one component.
  • the first and second electrode members have substantially the same area and the same shape. In particular, they preferably have the same side lengths.
  • the second electrode element has a smaller area, in particular shorter side lengths, than the first electrode element.
  • the cathodic electrode element has a smaller area, in particular shorter side lengths, when the battery cell is discharged than the anodic electrode element.
  • the anodic electrode member separate from the cathodic electrode member by at least one partition member projects a dimension beyond the outer edge of the cathodic electrode member in the direction perpendicular to the outer edges, preferably 0.5 to 2.5 mm, preferably 0 , 1 to 0.9 mm, preferably 0.9 to 1, 1 mm, preferably 1, 1 to 1, 5 mm, preferably 1, 5 to 2.5 mm and preferably 2.5 to 5.0 mm.
  • An electrode element is preferably mechanically and electrically connected to at least one primary contact element which serves as an electrical contact for the dissipation / supply of the current generated in the electrode elements electric current serves.
  • At least one essentially flat first primary contact element is preferably provided on the at least one first electrode element and at least one essentially flat second primary contact element is provided on the at least one second electrode element, wherein a primary contact element is preferably connected in an edge region with preferably the edge region of an electrode element ,
  • the at least one primary contact element is formed integrally with at least one part of the electrode element, in particular a metallic layer of the electrode element.
  • precisely one primary contact element is provided on a rectangular electrode element, which is substantially elongated and rectangular in shape and is connected lengthwise to a longitudinal side of the electrode element.
  • the length of this primary contact element preferably corresponds to the length of this longitudinal side. Also preferably, the length of this primary contact element does not correspond to the length of this longitudinal side and is in particular shorter than the length of this longitudinal side.
  • the first primary contact elements assigned to these electrode elements are preferably conducted away from one another, and the second primary contact elements are likewise disposed one above the other.
  • the first primary contact elements are at least partially not arranged one above the other and the second primary contact elements are at least partially not arranged one above the other and led outwards.
  • the first primary contact elements associated with the first electrode elements are preferably led out on at least one first side of the electrode stack, and the second primary contact elements assigned to the second electrode elements are preferably led out on at least one second side of the electrode stack, the first and second primary contacts being spaced apart from one another that shorts are excluded.
  • first and second primary contact elements are discharged to the outside on the same side of an electrode stack, wherein also in this case, the first and second primary contacts are spaced apart, so that short circuits are excluded.
  • the first primary contact elements projecting out of the electrode stack on the first longer longitudinal side over the surface of the separating elements and out of the electrode stack and the second primary contact elements on the second longer Longitudinal side over the surface of the separating elements protruding and overlying each other led out of the elec- stapelstapel.
  • the electrode element has at least on one side one or a plurality of local depressions in which the electrode element has a smaller thickness than in the regions without depressions.
  • the electrode element has at least a breakthrough, preferably a plurality of openings and preferably a plurality of recesses, which may be arranged in particular in the edge region of the electrode element.
  • a substantially flat separating element which spatially separates two electrode elements, consists in a preferred embodiment of a ceramic separator.
  • a substantially flat separating element comprises in particular a layer or at least one layer of a material, which preferably consists at least partially of plastic.
  • this separating element in a first state in which no electrolyte is added, this separating element preferably consists essentially of
  • the separator preferably has a good conductivity for ions in a second state in which the electrolyte is added.
  • the conductivity for ions is preferably achieved via a porosity of the separating element.
  • the cavities which the material has due to the porosity are preferably at least partially in communication with each other and with the environment.
  • the material of the separating element is at least partially microporous, ie it has a pore size of more than two nanometers to a few nanometers. In a preferred design of the separating element, this at least partially consists of a gel-like material. Due to the porosity, the separating element be enriched with electrolyte.
  • the material of the separator at a suitable operating temperature of the battery cell on a good wettability by the electrolyte used.
  • the size of the pores is further preferably at least partially in the range of several to several tens of nanometers, preferably in the range of several tens to several hundreds of nanometers, also preferably in the range of several hundreds to several thousands of nanometers, and preferably in the range of several micrometers .
  • An advantage of this porosity is that, depending on the electrolyte used, in particular as a function of its viscosity, the conductivity of the separating element can be influenced via the pore size. In particular, at relatively low operating temperatures, the conductivity of the separating element can be improved by using larger pores, given a given viscosity of the electrolyte.
  • the separating element has at least on one side one or a plurality of local recesses in which the separating element has a smaller thickness than in the areas without recesses. It is further provided in a preferred design of the partition member that it has channels which communicate with each other, so that these channels form at least one channel system, which preferably has a plurality of openings in the direction of the one side surface of the partition member and preferably a plurality of openings has in the direction of the other side surface of the separating element. Preferably, a plurality of channels are provided in the partition member which are opened to both side surfaces of the partition member.
  • the separating element has at least one opening, preferably a multiplicity of openings, and preferably a plurality of recesses, which are arranged in particular in the edge region of the separating element could be.
  • additional material in particular an electrolyte, can be integrated into the base frame of the separating element.
  • the at least one connection means is at least partially disposed within at least one recess, at least one channel, at least one opening, at least one opening and / or at least one recess.
  • said recesses, channels, openings, openings and recesses at least partially have a roughness, in particular frayed.
  • the lateral outer edges of the at least one electrode element and / or the at least one separating element may preferably have a roughness and may in particular be frayed. Due to these technical features, the available for an interaction, in particular adhesion, d. H. effective, surface can be advantageously increased, whereby the reliability of a connection can be increased.
  • the substantially flat at least one first and at least one second electrode elements and the at least one separating elements have substantially a shape that is taken from a group of shapes that are triangular, rectangular, square, polygonal, circular, ellipsoidal, concave or convex rounded, rectilinear, annular and other recesses forming forms, as well as combinations of these forms.
  • Advantage of such a form may be that a battery cell or a battery can be constructed whose outer shape can be adjusted according to specifications, for example, to optimally utilize a limited space available.
  • the substantially flat superimposed at least one first and at least one second electrode elements and the at least one separating elements are wound or folded, in particular folded in V or Z-shape.
  • the at least one separating element is folded in V or Z shape. In this way, a simple structure can be achieved.
  • a connecting means is preferably a substantially flat auxiliary element, by means of which at least one electrode element and at least one separating element are connected to one another.
  • the connecting means can be connected in a material-locking manner to at least one electrode element and to at least one separating element.
  • the bonding agent has an adhesion capability so that it can adhere to at least one release element and at least one electrode element.
  • this consists of an adhesive which can adhere to at least one separating element and at least one electrode element.
  • the material of the connecting means has different states in which it has, in particular, different strengths, adhesion capabilities and / or bending stiffnesses.
  • the material of the connecting means in a first state preferably has a first strength and / or a first adhesion capability and / or a first bending stiffness.
  • a second state exists in which this material of the connection means has a second strength, a second adhesion capability and / or a second flexural rigidity.
  • the first and second bending stiffnesses and / or these first and second adhesivities differ, and Preferably, in particular the first bending stiffness is less than the second bending stiffness.
  • connecting means In a further preferred embodiment of the connecting means, a part of the material of the connecting means, in particular after preparation of the material connection between the connecting means and the at least one electrode element and the at least one separating element, removable, in particular triggered by a solvent.
  • the connecting means is preferably not solvable in the electrolyte and preferably does not change its composition even during prolonged operation of the battery cell in the electrolyte.
  • the connecting means is at least partially substantially flat and in particular at least partially has the shape of a membrane. It is also possible and preferably provided that the connecting means has a different shape, in particular at least partially an elongated shape, which may be straight or twisted at least in sections.
  • the connecting means is provided with an adhesive promoting aid. Preferably, this aid is an adhesive.
  • this adhesive may have at least two states, in particular it may be reactive in a first state and be passive in a second state, in particular hardened state. It is also possible and preferably provided that the material the bonding agent has substantially constant adhesion capabilities and / or constant flexural stiffnesses.
  • this adhesiveness is based on a capability of the material of the bonding agent to chemically bond to the contacting material of the first and / or the second electrode member and the separator.
  • an adhesion is at least partially effected by positive engagement, in particular a hooking, the material of the connecting means or the auxiliary means in the material of the first and / or the second electrode member and / or the separating element.
  • engagement of the connecting means and / or the auxiliary means is preferably provided in cavities of the at least one first and the at least one second electrode element and of the separating element.
  • cavities may be the pores of a porous material, but may also preferably be the depressions, channels, openings, apertures and recesses optionally provided on the first and / or second electrode element and / or separating element.
  • the interlocking engagement can be realized by hooking the connection means or the auxiliary means with a roughened or frayed region of an electrode element and / or a separating element.
  • the at least one separating element delimits a larger area than the at least one adjacent electrode element.
  • the outer edge of each separating element projects over the surface of the at least one adjacent electrode element forth. This protruding surface is the separator overhang area.
  • each separating element at the outer edges of an adjacent electrode element preferably 0.5 to 2.5 mm, preferably 0.1 to 0.9 mm, preferably 0.9 to 1, 1 mm, preferably 1, 1 to 1, 5 mm, preferably 1, 5 to 2.5 mm and preferably 2.5 to 5.0 mm protrudes beyond the surface of an adjacent electrode element in the direction perpendicular to these outer edges.
  • a connecting means is arranged at least partially outside the overlapping region, in which an electrode element overlaps with an adjacent separating element.
  • the overlapping region or overlapping region is understood to be that near region of a substantially planar (flat) first and a substantially planar second element, which are arranged one above the other and in contact, wherein in this near region an imaginary normal both the first element and also pierces the second element.
  • the region in which a normal pierces the first element and in which this normal lies laterally close to the second element, but this normal does not penetrate the second element is not designated as an overlap region.
  • the second element has e.g. an opening, an imaginary normal pierces through this opening only the first element and not the second element.
  • the proximity of this aperture is not referred to herein as an overlap region.
  • the near zone of a plane only the near zone in the vertical direction to the plane is referred to here.
  • the connecting means is preferably arranged in an edge region of at least one separating element and at least partially in an edge region of at least one electrode element.
  • edge area here is the Area understood that lies near an edge of such a substantially flat element. This edge may be the outer border of this element and may also be the edge of an opening, recess or aperture of that element.
  • At least one substantially flat connecting means is provided which is arranged so that it overlaps both with at least one electrode element and with at least one separating element.
  • a plurality of substantially flat connecting means are provided, which are arranged such that they overlap both with at least one electrode element and with at least one separating element.
  • a connecting means is arranged, for the most part outside the overlapping area, in which an electrode element overlaps with an adjacent separating element, in contact with the separating element projection area.
  • the larger the area of an electrode element the larger the number of connecting elements used to connect the electrode element to at least one adjacent separating element. That is, this number substantially scales with the area of an electrode element.
  • the at least one connecting means is arranged substantially outside the overlapping area of an electrode element and a separating element in contact with at least one separating element projection area.
  • the connecting means touches the electrode element in its edge region at least at a lateral edge.
  • at least one connecting means is arranged in a depression, a channel, an opening, an opening and / or a recess of a separating element, thus contacting the separating element at least at a lateral edge and contacting the at least one adjacent electrode element at its upper and / or lower outer surface ,
  • At least one connecting means is arranged substantially outside the overlapping area of an electrode element and a separating element in contact with at least one separating element projection surface and preferably has the shape of a point, in particular a gluing point, with at least one of the electrode element in its lateral edge area Separating element sur- face connects.
  • At least one connecting means outside the overlapping region of an electrode element and a separating element is arranged in contact with at least one Tren ⁇ elementüberstands preparation and preferably has the shape of a seam, in particular an adhesive seam, the at least one of the lateral edge of the Elektrodenele- ment Trennelementüberstands measurements connects.
  • At least one connecting means is provided, which is at least partially disposed outside of the overlapping region, in which a primary contact element overlaps with an adjacent separating element, wherein said at least one connecting means is materially connected to at least one primary contact element and cohesively connected to at least one separating element, whereby the at least one primary contact element and the at least one separating element are connected.
  • the first connecting means are not located in the vertical direction with respect to the plane of the electrode stack over the second connecting means, but are preferably arranged spaced apart in the horizontal direction.
  • the first connection means of the electrode stack, which fix the anodes to the separation elements are in each case above one another and, correspondingly, the second connection means of an electrode stack, which fix the cathodes to the separation elements, one above the other.
  • all connecting means along the outer edges of the electrode elements are not arranged substantially one above the other.
  • connection means has the advantage that the electrode stack can be kept flatter at the positions of the connection means, while regularly superimposed first and second connection means would increase the thickness of the electrode stack at the positions of the connection means.
  • the connecting means of an electrode stack are in a further preferred embodiment at least partially connected to each other, and preferably at least partially integrally connected to each other.
  • An advantage of the electrode arrangement according to the invention is that the electrode elements and separating elements can be securely connected to each other even in the case where no conventional or similar plasticizer is used. Otherwise, by the inventive Electrode arrangement, the reliability of this connection are at least improved.
  • An electrode arrangement according to the invention is preferably used in batteries or secondary batteries of the high-power range, e.g. in starter, hybrid or traction batteries of electric vehicles or hybrid vehicles, in UPS batteries (secondary batteries) or solar batteries (secondary batteries), in particular batteries or lithium-based secondary batteries.
  • UPS batteries secondary batteries
  • solar batteries secondary batteries
  • Batteries or secondary batteries include the steps:
  • additional separating elements and electrode elements are arranged one above the other in additional steps of the method, and optionally pressed against each other, whereby the preferably deformable connecting means are preferably pressed flat.
  • FIG. 1 shows a plan view of a first embodiment of the electrode arrangement according to the invention in a preferred embodiment.
  • FIG. 2 a shows the section of the region A marked in FIG. 1.
  • FIG. 2b shows the section of the region A marked in FIG. 1 according to a second exemplary embodiment.
  • FIG. 3a shows a plan view of a subassembly of the electrode arrangement according to the invention in accordance with a third exemplary embodiment.
  • 3b shows a plan view of a subassembly of the electrode arrangement according to the invention according to the third embodiment.
  • FIGS. 3a and 3b shows a schematic plan view of a superimposition of the partial arrangements of the electrode arrangement according to the invention according to the third embodiment shown in FIGS. 3a and 3b.
  • FIG. 1 shows a plan view of a first embodiment of the electrode arrangement according to the invention in a preferred embodiment. Shown is a stacked electrode arrangement for the battery cell of a lithium ion secondary battery having a first electrode element 1a, which is the anode when discharging the battery, and a primary contact element 1b which is inseparable from the first electrode element via a mechanical and electrically conductive connection connected is.
  • An exemplary embodiment of an electrode arrangement comprises a number (eg 5) of first electrode elements 1a with first primary contact elements 1b and a further number (eg 4) of second electrode elements with second primary contact elements 2b stacked one above the other in alternation, wherein the outer sides of the stack are formed by first electrode elements.
  • the first primary contact element 1 b protrudes beyond the edge of the stacked electrode arrangement. In particular, it protrudes beyond the edge of the visible separating element 3.
  • the number (e.g., 5) of the stacked first electrode members there are a corresponding number of first primary contact members (e.g., 5) protruding from the same longitudinal side of the stacked electrode assembly and stacked substantially one over the other.
  • the second primary contact element 2b which is connected to a second electrode element, which is not visible in the plan, is on the other longitudinal side of the stacked electrode assembly on the
  • Edge of the stacked electrode assembly forth. In particular, it protrudes beyond the edge of the visible separating element 3.
  • the number (for example, 4) of the stacked second electrode elements there are a corresponding number of second primary contact elements (for example, 4) protruding from the same longitudinal side of the stacked electrode array and stacked substantially one over the other.
  • the first primary contact elements by means of at least one first secondary contact element with each other and the second primary contact elements by means of at least mechanically and electrically connect to a second secondary contact element.
  • the primary contact elements may have modifications or connecting elements may be provided by means of which the primary and secondary contact elements can be contacted from outside the battery cell.
  • the surface of the separator 3 visible in Figure 1 is a majority of that area referred to as the separator overhang area.
  • connecting means 4 and 5 are provided which are flat adhesive dots in the embodiment. These are arranged such that a smaller area 4b of the connecting means 4, as shown in detail in FIG. 2a, lies in the overlapping area, which here is e.g. define the first electrode element 1a and the separating element 3, and that a larger area 4a of the connecting means 4 lies in the separating element projection surface of the separating element 3.
  • the area 4b of the glue dot can be compressed by compressing the electrode assembly, thereby minimizing the material thickness of the glue dot 4 in the region 4b, while the material thickness of the glue dot in the region 4a is substantially equal to the thickness of the glue dot first electrode element 1a is reduced. This has the advantage that in the stacked electrode arrangement in the region of the adhesive dots 4 only minimal elevations are effected.
  • the second embodiment of the electrode arrangement according to the invention corresponds to the electrode arrangement of the first embodiment, with the exception that the connection elements 4 are arranged differently.
  • FIG. 2 b shows a detail of the electrode arrangement according to the invention of the second exemplary embodiment, which corresponds to the detail shown in FIG. 2 a and relates to the arrangement of the connection means 4.
  • the Ver- Binding means 4 are arranged in the second embodiment, that they are not arranged substantially in the overlap region, for example, the first electrode element 1a and the separator 3 define, but which are arranged substantially completely in the Trennelementüberstands Solution 5 of the separator 3 and, for example, the first electrode element 1a only touch on its lateral side and are connected therewith, whereby the first electrode element 1a is connected to the separating element 3.
  • the adhesive dot 4 can be compressed by compressing the electrode assembly, thereby reducing the material thickness of the adhesive dot 4 substantially to the thickness of the first electrode member 1a.
  • This has the advantage that substantially no elevations are effected in the stacked electrode arrangement in the region of the adhesive dots 4, so that no stresses are caused in the material of the electrode elements or separating elements 5.
  • FIG. 3a shows a plan view of a subassembly of the electrode arrangement according to the invention in accordance with a third exemplary embodiment.
  • the electrode assembly of this third embodiment is designed so that the primary contact elements 1b and 2b protrude from the same side of the electrode stack, the primary contact elements 1b being spaced from the primary contact elements 2b, as shown in Fig. 3c.
  • a first electrode element 1a here in the case of discharge of the battery or secondary battery anodic electrode element, on a Trennele-5 element 3 is arranged and fixed with connecting means 6 on the separating element.
  • the connecting means 6 and 4 in these embodiments are adhesive dots that have been pressed flat after application.
  • FIG. 3b shows a plan view of a further subassembly of the inventive electrode arrangement according to the third exemplary embodiment, in which a second electrode element 2a, here in the case of the discharge of the Battery or secondary battery cathodic electrode element, disposed on a separator 3 and fixed with connecting means 4 on the separator.
  • a second electrode element 2a here in the case of the discharge of the Battery or secondary battery cathodic electrode element, disposed on a separator 3 and fixed with connecting means 4 on the separator.
  • FIGS. 3a and 3b shows a schematic plan view of a superimposition of the partial arrangements of the electrode arrangement according to the invention according to the third embodiment shown in FIGS. 3a and 3b.
  • Such an overlay is preferably provided in an electrode stack of the electrode and separator elements shown in FIGS. 3a and 3b.
  • the second primary contact element 2b is led out on the same side of the electrode stack as the first primary contact element 1b.
  • the area of the cathodic electrode member 2a in this third embodiment is smaller than the area of the anode anodic member 1a.
  • the surface of the electrode element 1a protrudes by approximately 1 mm in the direction of the row perpendicular to the outer edge of the electrode element 2a beyond this outer edge, the electrode elements 1a and 2a being separated from a separating element 3.
  • the connecting means 4 are not above the connecting means 6.
  • the connecting means 6 of the electrode stack which fix the anodes to the separating elements, lie above each other and correspondingly the connecting means 4 of an electrode stack, which fix the cathodes to the separating elements, respectively one above the other.
  • the connecting means along the outer edges of the electrode elements are not arranged substantially one above the other. This staggered arrangement of the connecting means has the advantage that the electrode stack at the positions of the connecting means can be kept flatter, while regularly superimposed connecting means 4 and 6 would increase the thickness of the electrode stack at the positions of the connecting means.
  • the electrode arrangements according to the invention shown in the exemplary embodiments offer the advantage that the electrode elements and separating elements can also be replaced by the connecting means without the use of further fixing aids, e.g. of a plasticizer, to be securely fixed.
  • an electrode arrangement according to the invention in particular an electrode arrangement according to the first or the second embodiment, in a battery cell of a battery or secondary battery, in particular a lithium-based secondary battery, e.g. Lithium-ion or lithium polymer, therefore, a simpler structure can be achieved and the manufacturing cost by the possibility of waiving further fixing aids and the associated with their use manufacturing steps can be reduced.
  • a lithium-based secondary battery e.g. Lithium-ion or lithium polymer

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung für eine Batterie oder Sekundärbatterie, umfassend wenigstens ein im Wesentlichen flaches erstes Elektrodenelement, wenigstens ein im Wesentlichen flaches zweites Elektrodenelement und wenigstens ein im Wesentlichen flaches Trennelement, wobei das wenigstens eine erste Elektrodenelement und das wenigstens eine zweite Elektrodenelement durch wenigstens ein Trennelement räumlich getrennt und im Wesentlichen übereinander liegend angeordnet sind, umfassend zudem wenigstens ein Verbindungsmittel, das zumindest teilweise außerhalb des Überlappungsbereiches angeordnet ist, in dem ein Elektrodenelement mit einem benachbarten Trennelement überlappt, wobei dieses wenigstens eine Verbindungsmittel stoffschlüssig mit dem mindestens einen Elektrodenelement und stoffschlüssig mit dem mindestens einen Trennelement verbunden ist, wodurch das mindestens eine Elektrodenelement und das mindestens eine Trennelement verbunden werden.

Description

Dieter Teckhaus St. Georg Straße 12, 58809 Neuenrade
Elektrodenanordnung für eine Batterie oder Sekundärbatterie
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung für eine Batterie oder Sekundärbatterie. Sie betrifft ferner eine Zelle einer Batterie oder Sekundärbatterie mit einer solchen Elektrodenanordnung, eine Batterie oder eine Sekundärbatterie mit einer solchen Elektrodenanordnung, eine Lithium- Ionen-Batterie oder Lithium-Ionen-Sekundärbatterie mit einer solchen Elektrodenanordnung und ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenanordnung, insbesondere einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung für eine Batterie oder Sekundärbatterie.
Ein wichtiger Aspekt beim Betrieb von Batterien oder Sekundärbatterien, insbesondere von Hochleistungsbatterien wie Traktions-, Hybrid- oder Starterbatterien für Elektrofahrzeuge und Hybridfahrzeuge, Batterien für die unterbrechungsfreie Stromversorgung (USV) und Solarbatterien, und insbe- sondere im Fall von Sekundärbatterien auf Lithium-Basis, besteht darin, dass für eine bestimmte Batterielebensdauer ein sicherer Batteriebetrieb gewährleistet werden muss. Deshalb ist es erforderlich, dass eine Batteriezelle zuverlässig im Rahmen der Spezifikation liegende Betriebsparameter und Struktureigenschaften aufweist.
Bekannte Batteriezellen weisen z.B. Strukturen mit Elektrodenanordnungen auf, bei denen im Wesentlichen flache Elektroden und Separatoren vor dem Stapeln und Zusammenfügen mit einem Lösungsmittel angereichert werden, das einen Plastizierer enthält. Mittels des Plastizierers werden die Elektroden und Separatoren dann in einem Laminiervorgang verbunden. Eine solche Elektrodenanordnung ist z. B. aus der US 5,456,000 bekannt, bei der insbesondere in die Copolymermatrix eines Separators ein solcher Plastizierer integriert wird, der unter anderem die Verbindung der Schichten der Elektrodenanordnung während eins Laminiervorgangs fördern soll. Zur Aktivierung der Batterie nach dem Laminiervorgang ist es dann vorgesehen, dass der Plastizierer zumindest teilweise entfernt wird. Durch dieses Entfernen kann aber nicht ausgeschlossen werden, dass die Verbindung der Schichten der Elektrodenanordnung zumindest teilweise wieder gelöst wird, wodurch eine sichere Elektrodenanordnung und somit der sichere Betrieb der Batteriezelle auf Dauer in Frage gestellt sind.
Die vorliegende Erfindung macht es sich zur Aufgabe, eine verbesserte E- lektrodenanordnung für eine Batterie oder Sekundärbatterie, eine Zelle einer Batterie oder Sekundärbatterie mit einer solchen Elektrodenanordnung, eine Batterie oder eine Sekundärbatterie mit einer solchen Elektrodenanordnung, eine Lithium-Ionen-Batterie oder Lithium-Ionen-Sekundärbatterie mit einer solchen Elektrodenanordnung und ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenanordnung, insbesondere einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung für eine Batterie oder Sekundärbatterie, bereitzustellen.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des Anspruchs
1 , den Gegenstand des Anspruchs 19, den Gegenstand des Anspruchs 20, den Gegenstand des Anspruchs 21 und den Gegenstand des Anspruchs 22 gelöst. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung für eine Batterie oder Sekundärbatterie umfasst wenigstens ein im Wesentlichen flaches erstes Elektrodenelement, wenigstens ein im Wesentlichen flaches zweites Elektrodenelement und wenigstens ein im Wesentlichen flaches Trennelement, wobei das wenigstens eine erste Elektrodenelement und das wenigstens eine zwei- te Elektrodenelement durch wenigstens ein Trennelement räumlich getrennt und im Wesentlichen übereinander liegend angeordnet sind, umfasst zudem wenigstens ein Verbindungsmittel, das zumindest teilweise außerhalb des Überlappungsbereiches angeordnet ist, in dem ein Elektrodenelement mit einem benachbarten Trennelement überlappt, wobei dieses wenigstens eine Verbindungsmittel stoffschlüssig mit dem mindestens einen Elektrodenelement und stoffschlüssig mit dem mindestens einen Trennelement verbunden ist, wodurch das mindestens eine Elektrodenelement und das mindestens eine Trennelement verbunden werden.
Als erstes Elektrodenelement wird vorzugsweise ein solcher Teil einer Batterieelektrode bezeichnet, der im Betrieb der Batterie eine erste elektrische Polarität aufweist. Als zweites Elektrodenelement wird vorzugsweise ein solcher Teil einer Batterieelektrode bezeichnet, der dann eine dem ersten Elektrodenelement entgegengesetzte (zweite) elektrische Polarität aufweist. Ins- besondere kann beim Entladen einer Sekundärbatterie ein erstes Elektro- denelement Teil der Anode der Sekundärbatteriezelle sein und ein zweites Elektrodenelement Teil der Kathode der Sekundärbatteriezelle sein. In diesem Fall wird beim Aufladen der Sekundärbatterie, wenn durch Umpolen der Elektroden die elektrochemischen Vorgänge an den Elektroden vertauscht werden, dieses erste Elektrodenelement Teil der Kathode und dieses zweite Elektrodenelement Teil der Anode sein. - A -
Ein im Wesentlichen flaches Elektrodenelement wird vorzugsweise aus mehreren Bestandteilen gebildet. Vorzugsweise umfasst ein im Wesentlichen flaches Elektrodenelement mindestens eine Elektrodenreaktionsschicht, in der die strombewirkenden chemischen Reaktionen ablaufen, und mindes- tens eine Stromkollektorschicht aus einem leitenden Material, z.B. eine Metallfolie oder ein Metallgitter, über die der erzeugte elektrische Strom abgeleitet wird. Im Betrieb der Batteriezelle sind diese Schichten vorzugsweise e- lektrisch miteinander verbunden. Es ist aber auch vorzugsweise vorgesehen, dass ein Elektrodenelement im Wesentlichen nur aus einer Komponente besteht.
Vorzugsweise weisen das erste und das zweite Elektrodenelement im Wesentlichen dieselbe Fläche und dieselbe Form auf. Insbesondere weisen sie vorzugsweise dieselben Seitenlängen auf.
Es ist aber auch möglich und bevorzugt vorgesehen, dass das zweite Elektrodenelement eine kleinere Fläche, insbesondere kürzere Seitenlängen aufweist als das erste Elektrodenelement. Vorzugsweise weist das - bei Entladung der Batteriezelle - kathodische Elektrodenelement eine kleinere Fläche, insbesondere kürzere Seitenlängen auf als das anodische Elektrodenelement. In diesem Fall steht vorzugsweise das anodische Elektrodenelement, getrennt vom kathodischen Elektrodenelement durch mindestens ein Trennelement, um ein Maß über den Außenrand des kathodischen Elektrodenelements in lotsenkrechter Richtung zu den Außenrändern hervor, das be- vorzugt 0,5 bis 2,5 mm, bevorzugt 0,1 bis 0,9 mm, bevorzugt 0,9 bis 1 ,1 mm, bevorzugt 1 ,1 bis 1 ,5 mm, bevorzugt 1 ,5 bis 2,5 mm und bevorzugt 2,5 bis 5,0 mm beträgt.
Ein Elektrodenelement ist vorzugsweise mit wenigstens einem Primärkon- taktelement mechanisch und elektrisch verbunden, welches als elektrischer Kontakt zum Ableiten/Zuführen des in den Elektrodenelementen erzeugten elektrischen Stroms dient. Vorzugsweise ist an dem mindestens einen ersten Elektrodenelement mindestens ein im wesentlichen flaches erstes Primärkontaktelement vorgesehen und an dem mindestens einen zweiten Elektrodenelement mindestens ein im wesentlichen flaches zweites Primärkontakt- element vorgesehen, wobei ein Primärkontaktelement jeweils vorzugsweise in einem Randbereich mit vorzugsweise dem Randbereich eines Elektrodenelementes verbunden ist. In einer bevorzugten Gestaltung eines Elektrodenelements ist das mindestens eine Primärkontaktelement einstückig mit zumindest einem Teil des Elektrodenelements, insbesondere einer metalli- sehen Schicht des Elektrodenelements, ausgebildet.
In einer bevorzugten Gestaltung der Elektrodenanordnung ist an einem rechteckförmigen Elektrodenelement genau ein Primärkontaktelement vorgesehen, das im Wesentlichen länglich und rechteckförmig ausgebildet ist und der Länge nach mit einer Längsseite des Elektrodenelements verbunden ist. Die Länge dieses Primärkontaktelements entspricht vorzugsweise der Länge dieser Längsseite. Ebenso bevorzugt entspricht die Länge dieses Primärkontaktelements nicht der Länge dieser Längsseite und ist insbesondere kürzer als die Länge dieser Längsseite.
Vorzugsweise werden bei übereinander angeordneten, von Trennelementen getrennten Elektrodenelementen, die einen Elektrodenstapel bilden, die diesen Elektrodenelementen zugeordneten ersten Primärkontaktelemente ü- bereinander angeordnet nach außen abgeführt, und ebenso die zweiten Primärkontaktelemente übereinander angeordnet nach außen abgeführt. Es ist jedoch in einer weiteren bevorzugten Gestaltung der Elektrodenanordnung auch vorgesehen, dass die ersten Primärkontaktelemente zumindest teilweise nicht übereinander angeordnet und die zweiten Primärkontaktelemente zumindest teilweise nicht übereinander angeordnet nach außen abge- führt werden. Ein Vorteil einer solchen Anordnung kann sein, dass die bei Stromfluss erzeugte Wärme auf eine größere Fläche verteilt nach außen abgeführt bzw. verteilt werden kann.
Die den ersten Elektrodenelementen zugeordneten ersten Primärkontakt- elemente werden vorzugsweise auf mindestens einer ersten Seite des Elektrodenstapels herausgeführt, und die den zweiten Elektrodenelementen zugeordneten zweiten Primärkontaktelemente werden vorzugsweise auf mindestens einer zweiten Seite des Elektrodenstapels herausgeführt, wobei die ersten und zweiten Primärkontakte voneinander beabstandet sind, so dass Kurzschlüsse ausgeschlossen sind.
Ebenso bevorzugt ist eine Gestaltung, bei der die ersten und zweiten Primärkontaktelemente an derselben Seite eines Elektrodenstapels nach außen abgeführt werden, wobei auch in diesem Fall die ersten und zweiten Primärkontakte voneinander beabstandet sind, so dass Kurzschlüsse ausgeschlossen sind.
Vorzugsweise sind in einem Elektrodenstapel von im Wesentlichen rechteck- förmigen Trennelementen und Elektrodenelementen, welche Primärkontakt- elemente aufweisen, die ersten Primärkontaktelemente an der ersten längeren Längsseite über die Fläche der Trennelemente hervorstehend und übereinander liegend aus dem Elektrodenstapel herausgeführt und die zweiten Primärkontaktelemente an der zweiten längeren Längsseite über die Fläche der Trennelemente hervorstehend und übereinander liegend aus dem Elekt- rodenstapel herausgeführt.
In einer bevorzugten Gestaltung des Elektrodenelements ist vorgesehen, dass das Elektrodenelement zumindest auf einer Seite eine oder eine Vielzahl von lokalen Vertiefungen aufweist, in denen das Elektrodenelement ei- ne geringere Dicke als in den Bereichen ohne Vertiefungen aufweist. In einer weiteren bevorzugten Gestaltung weist das Elektrodenelement mindestens einen Durchbruch, vorzugsweise eine Vielzahl von Durchbrüchen und vorzugsweise eine Vielzahl von Aussparungen auf, die insbesondere im Randbereich des Elektrodenelements angeordnet sein können. Ein Vorteil dieser Vertiefungen, Kanäle, Öffnungen, Durchbrüche und Aussparungen ist, dass zusätzliches Material in das Basisgerüst des Trennelements integriert werden kann. In einer bevorzugten Gestaltung der Elektrodenanordnung ist innerhalb mindestens einer Vertiefung, mindestens eines Kanals, mindestens einer Öffnung, mindestens eines Durchbruchs und/oder mindestens einer Aussparung das mindestens eine Verbindungsmittel zumindest teilweise an- geordnet.
Ein im Wesentlichen flaches Trennelement, das zwei Elektrodenelemente räumlich voneinander trennt, besteht in einer bevorzugten Gestaltung aus einem keramischen Separator.
In einer anderen bevorzugten Gestaltung umfasst ein im Wesentlichen flaches Trennelement insbesondere eine Schicht oder mindestens eine Schicht eines Materials, das vorzugsweise zumindest teilweise aus Kunststoff besteht. Insbesondere besteht dieses Trennelement in einem ersten Zustand, in dem kein Elektrolyt zugefügt ist, vorzugsweise im Wesentlichen aus
Kunststoff. Das Trennelement weist in einem zweiten Zustand, in dem der Elektrolyt zugefügt ist, vorzugsweise eine gute Leitfähigkeit für Ionen auf.
Die Leitfähigkeit für Ionen wird vorzugsweise über eine Porosität des Trenn- elements erreicht. Die Hohlräume, welche das Material aufgrund der Porosität aufweist, stehen vorzugsweise untereinander und mit der Umgebung zumindest teilweise in Verbindung. Vorzugsweise ist das Material des Trennelements zumindest teilweise mikroporös, d. h. es weist eine Porengröße von mehr als zwei Nanometem bis einigen Nanometern auf. In einer bevor- zugten Gestaltung des Trennelements besteht dieses zumindest teilweise aus einem Gel-artigen Material. Durch die Porosität kann das Trennelement mit Elektrolyt angereichert werden. Vorzugsweise weist das Material des Trennelements bei einer geeigneten Betriebstemperatur der Batteriezelle eine gute Benetzbarkeit durch den verwendeten Elektrolyt auf.
Die Größe der Poren liegt ferner zumindest teilweise vorzugsweise im Bereich von einigen bis einigen zehn Nanometem, liegt vorzugsweise im Bereich von einigen zehn bis einigen hundert Nanometern, liegt ebenso vorzugsweise im Bereich von einigen hundert bis einigen tausend Nanometern und liegt vorzugsweise im Bereich von einigen Mikrometern. Ein Vorteil die- ser Porosität ist, dass in Abhängigkeit vom verwendeten Elektrolyt, insbesondere in Abhängigkeit von dessen Viskosität, die Leitfähigkeit des Trennelements über die Porengröße beeinflusst werden kann. Insbesondere bei relativ niedrigen Betriebstemperaturen kann so bei einer gegebenen Viskosität des Elektrolyts die Leitfähigkeit des Trennelements durch die Verwen- düng größerer Poren verbessert werden.
Es ist in einer bevorzugten Gestaltung des Trennelements vorgesehen, dass das Trennelement zumindest auf einer Seite eine oder eine Vielzahl von lokalen Vertiefungen aufweist, in denen das Trennelement eine geringere Di- cke als in den Bereichen ohne Vertiefungen aufweist. Ferner ist in einer bevorzugten Gestaltung des Trennelements vorgesehen, dass dieses Kanäle aufweist, die miteinander in Verbindung stehen, so dass diese Kanäle mindestens ein Kanalsystem bilden, das vorzugsweise eine Vielzahl von Öffnungen in Richtung der einen Seitenfläche des Trennelements aufweist und vorzugsweise eine Vielzahl von Öffnungen in Richtung der anderen Seitenfläche des Trennelements aufweist. Vorzugsweise sind eine Vielzahl von Kanälen in dem Trennelement vorgesehen, die nach beiden Seitenflächen des Trennelements geöffnet sind. In einer weiteren bevorzugten Gestaltung weist das Trennelement mindestens einen Durchbruch, vorzugsweise eine Vielzahl von Durchbrüchen und vorzugsweise eine Vielzahl von Aussparungen auf, die insbesondere im Randbereich des Trennelements angeordnet sein können. Vorteil dieser Vertiefungen, Kanäle, Öffnungen, Durchbrüche und Aussparungen ist, dass zusätzliches Material, insbesondere ein Elektrolyt, in das Basisgerüst des Trennelements integriert werden kann. In einer bevorzugten Gestaltung der Elektrodenanordnung ist innerhalb mindestens einer Vertiefung, mindestens eines Kanals, mindestens einer Öffnung, mindestens eines Durchbruchs und/oder mindestens einer Aussparung das mindestens eine Verbindungsmittel zumindest teilweise angeordnet.
Es ist ebenso möglich und vorzugsweise vorgesehen, dass die genannten Vertiefungen, Kanäle, Öffnungen, Durchbrüche und Aussparungen zumindest teilweise eine Rauhigkeit aufweisen, insbesondere ausgefranst sind. Ebenso können vorzugsweise die seitlichen Außenränder des mindestens einen Elektrodenelements und/oder des mindestens einen Trennelements eine Rauhigkeit aufweisen und können insbesondere ausgefranst sein. Durch diese technischen Merkmale kann die für eine Wechselwirkung, insbesondere Adhäsion, zur Verfügung stehende, d. h. effektive, Oberfläche vorteilhaft vergrößert werden, wodurch die Zuverlässigkeit einer Verbindung erhöht werden kann.
In einer bevorzugten Gestaltung der Elektrodenanordnung ist vorgesehen, dass die im Wesentlichen flachen mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Elektrodenelemente und die mindestens einen Trennelemente im Wesentlichen eine Form aufweisen, die einer Gruppe von Formen entnommen ist, die dreieckige, rechteckige, quadratische, polygonale, kreisför- mige, ellipsoide, konkav oder konvex abgerundete, geradlinige, ringförmige und andere Aussparungen bildende Formen, sowie Kombinationen dieser Formen umfasst. Vorteil einer solchen Form kann sein, dass eine Batteriezelle bzw. eine Batterie aufgebaut werden kann, deren äußere Form nach Vorgaben angepasst werden kann, um z.B. einen begrenzt verfügbaren Raum optimal auszunützen. In einer bevorzugten Gestaltung der Elektrodenanordnung ist vorgesehen, dass die im Wesentlichen flachen, übereinander angeordneten mindestens einen ersten und mindestens einen zweiten Elektrodenelemente und die mindestens einen Trennelemente gewickelt oder gefaltet, insbesondere in V- oder Z-Form gefaltet, angeordnet werden. Insbesondere ist vorzugsweise vorgesehen, dass das mindestens eine Trennelement in V- oder Z-Form gefaltet ist. Auf diese Weise kann ein einfacher Aufbau erreicht werden.
Ein Verbindungsmittel ist vorzugsweise ein im Wesentlichen flaches Hilfs- element, mithilfe dessen mindestens ein Elektrodenelement und mindestens ein Trennelement miteinander verbunden werden. Das Verbindungsmittel ist mit mindestens einem Elektrodenelement und mit mindestens einem Trennelement stoffschlüssig verbindbar. Vorzugsweise weist das Verbindungsmittel eine Adhäsionsfähigkeit auf, so dass es an mindestens einem Trennele- ment und mindestens einem Elektrodenelement haften kann. In einer bevorzugten Gestaltung des Verbindungsmittels besteht dieses aus einem Klebstoff, der an mindestens einem Trennelement und mindestens einem Elektrodenelement haften kann.
Es ist möglich und vorzugsweise vorgesehen, dass das Material des Verbindungsmittels verschiedene Zustände aufweist, in denen es insbesondere unterschiedliche Festigkeiten, Adhäsionsfähigkeiten und/oder Biegesteifig- keiten aufweist. Insbesondere ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Material des Verbindungsmittels in einem ersten Zustand vorzugsweise eine erste Festigkeit und/oder eine erste Adhäsionsfähigkeit und/oder eine erste Biege- steifigkeit aufweist. Vorzugsweise ist vorgesehen, dass ein zweiter Zustand existiert, in dem dieses Material des Verbindungsmittels eine zweite Festigkeit, eine zweite Adhäsionsfähigkeit und/oder eine zweite Biegesteifigkeit aufweist. Vorzugsweise unterscheiden sich die erste und diese zweite Bie- gesteifigkeit und/oder diese erste und diese zweite Adhäsionsfähigkeit, und vorzugsweise ist insbesondere die erste Biegesteifigkeit geringer als die zweite Biegesteifigkeit.
In einer weiteren bevorzugten Gestaltung des Verbindungsmittels ist ein Teil des Materials des Verbindungsmittels insbesondere nach Herstellung der stoffschlüssigen Verbindung zwischen dem Verbindungsmittel und dem mindestens einen Elektrodenelement und dem mindestens einen Trennelement, entfernbar, insbesondere durch eine Lösungsmittel auslösbar. Ein Vorteil ist hierbei, dass das Verbindungsmittel im verbundenen Zustand in der Elektro- denanordnung weniger Raum einnimmt, der somit anderweitig genutzt werden kann.
Das Verbindungsmittel ist vorzugsweise nicht im Elektrolyt lösbar und ändert seine Beschaffenheit vorzugsweise auch im längeren Betrieb der Batteriezel- Ie im Elektrolyt nicht.
Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass das Verbindungsmittel zumindest teilweise im Wesentlichen flach ist und insbesondere zumindest teilweise die Form einer Membran aufweist. Es ist ebenso möglich und vorzugsweise vor- gesehen, dass das Verbindungsmittel eine andere Form aufweist, insbesondere zumindest teilweise eine längliche Form, die zumindest in Abschnitten gerade oder gewunden sein kann. Vorzugsweise ist das Verbindungsmittel mit einem adhäsionsfördernden Hilfsmittel versehen. Vorzugsweise ist dieses Hilfsmittel ein Klebstoff.
Insbesondere in dem Fall, in dem das Verbindungsmittel oder das Hilfsmittel aus einem Klebstoff besteht, kann dieser Klebstoff mindestens zwei Zustände aufweisen, insbesondere kann er in einem ersten Zustand reaktiv sein und in einem zweiten Zustand, insbesondere ausgehärteten Zustand, passiv sein. Es ist auch möglich und vorzugsweise vorgesehen, dass das Material des Verbindungsmittels im Wesentlichen konstante Adhäsionsfähigkeiten und/oder konstante Biegesteifigkeiten aufweist.
Vorzugsweise beruht diese Adhäsionsfähigkeit auf einer Fähigkeit des Mate- rials des Verbindungsmittels, eine chemische Bindung zu dem in Kontakt stehenden Material des ersten und/oder des zweiten Elektrodenelements und des Trennelements einzugehen. Es ist aber ebenso möglich und vorzugsweise vorgesehen, dass eine Adhäsion zumindest teilweise durch formschlüssiges Ineinandergreifen, insbesondere ein Verhaken, des Materials des Verbindungsmittels oder des Hilfsmittels in das Material des ersten und/oder des zweiten Elektrodenelements und/oder des Trennelements bewirkt wird. Insbesondere ist vorzugsweise ein Eingreifen des Verbindungsmittels und/oder des Hilfsmittels in Hohlräume des mindestens einen ersten und des mindestens einen zweiten Elektrodenelements und des Trennele- ments vorgesehen. Diese Hohlräume können die Poren eines porösen Materials sein, können aber ebenso vorzugsweise die gegebenenfalls am ersten und/oder zweiten Elektrodenelement und/oder Trennelement vorgesehenen Vertiefungen, Kanäle, Öffnungen, Durchbrüche und Aussparungen sein. Insbesondere kann das formschlüssige Ineinandergreifen durch ein Verhaken des Verbindungsmittels oder des Hilfsmittels mit einem aufgerauten oder ausgefransten Bereich eines Elektrodenelements und/oder eines Trennelements realisiert sein. Durch dieses formschlüssige Ineinandergreifen kann die Zuverlässigkeit der durch ein Verbindungsmittel vermittelten Verbindung zwischen mindestens einem Elektrodenelement und mindestens einem Trennelement, insbesondere bei einer großen verfügbaren effektiven Oberfläche, verbessert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Elektrodenanordnung umgrenzt das mindestens eine Trennelement eine größere Fläche als das mindestens eine benachbarte Elektrodenelement. Vorzugsweise steht dabei der äußere Rand eines jeden Trennelements über die Fläche des mindestens einen be- nachbarten Elektrodenelements hervor. Diese hervorstehende Fläche ist die Trennelementüberstandsfläche. Es ist z.B. möglich und in einer bevorzugten Gestaltung der Elektrodenanordnung vorgesehen, dass jedes Trennelement an den Außenrändern eines benachbarten Elektrodenelements bevorzugt 0,5 bis 2,5 mm, bevorzugt 0,1 bis 0,9 mm, bevorzugt 0,9 bis 1 ,1 mm, bevorzugt 1 ,1 bis 1 ,5 mm, bevorzugt 1 ,5 bis 2,5 mm und bevorzugt 2,5 bis 5,0 mm über die Fläche eines benachbarten Elektrodenelements in lotsenkrechter Richtung zu diesen Außenrändern hervorsteht.
Ein Verbindungsmittel ist zumindest teilweise außerhalb des Überlappungsbereiches angeordnet, in dem ein Elektrodenelement mit einem benachbarten Trennelement überlappt.
Als Überlappungsbereich bzw. als überlappender Bereich wird hier derjenige Nahbereich von einem im Wesentlichen ebenen (flachen) ersten und einem im Wesentlichen ebenen zweiten Element verstanden, die übereinander angeordnet und im Kontakt stehend sind, wobei in diesem Nahbereich eine gedachte Normale sowohl das erste Element als auch das zweite Element durchstößt. Z.B. wird hier der Bereich, in dem eine Normale das erste EIe- ment durchstößt und in dem diese Normale lateral nahe des zweiten Elements liegt, diese Normale das zweite Element aber nicht durchstößt, nicht als Überlappungsbereich bezeichnet. Hat das zweite Element z.B. eine Öffnung, so durchstößt eine gedachte Normale durch diese Öffnung nur das erste Element und nicht das zweite Element. Somit wird der Nahbereich die- ser Öffnung vorliegend nicht als Überlappungsbereich bezeichnet. Als Nahbereich einer Ebene wird hier nur der in vertikaler Richtung zur Ebene gelegene nahe Bereich bezeichnet.
Das Verbindungsmittel ist vorzugsweise in einem Randbereich mindestens eines Trennelements und zumindest teilweise in einem Randbereich mindestens eines Elektrodenelements angeordnet. Unter Randbereich wird hier der Bereich verstanden, der in der Nähe einer Kante eines solchen im Wesentlichen flachen Elements liegt. Diese Kante kann die äußere Umrandung dieses Elements sein und kann ebenso die Kante einer Öffnung, einer Aussparung oder eines Durchbruchs dieses Elements sein.
Vorzugsweise ist mindestens ein im Wesentlichen flaches Verbindungsmittel vorgesehen, das so angeordnet ist, dass es sowohl mit mindestens einem Elektrodenelement als auch mit mindestens einem Trennelement überlappt.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind eine Vielzahl von im Wesentlichen flachen Verbindungsmitteln vorgesehen, die so angeordnet sind, dass sie sowohl mit mindestens einem Elektrodenelement als auch mit mindestens einem Trennelement überlappen. Dabei ist ein Verbindungsmittel zum großen Teil außerhalb des Überlappungsbereiches, in dem ein Elekt- rodenelement mit einem benachbarten Trennelement überlappt, in Kontakt mit der Trennelementüberstandsfläche angeordnet.
Je größer die Fläche eines Elektrodenelements ist, desto größer ist vorzugsweise auch die Anzahl von Verbindungselementen, die zur Verbindung des Elektrodenelements mit mindestens einem benachbarten Trennelement verwendet werden. D. h., diese Anzahl skaliert im Wesentlichen mit der Fläche eines Elektrodenelements.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das mindestens eine Verbindungsmittel im Wesentlichen außerhalb des Überlappungsbereichs eines Elektrodenelements und eines Trennelements in Kontakt mit mindestens einer Trennelementüberstandsfläche angeordnet. In diesem Fall berührt das Verbindungsmittel das Elektrodenelement in dessen Randbereich zumindest an einem lateralem Rand. Vorzugsweise ist mindestens ein Verbindungsmittel in einer Vertiefung, einem Kanal, einer Öffnung, einem Durchbruch und/oder einer Aussparung eines Trennelements angeordnet, berührt somit das Trennelement zumindest an einem lateralen Rand und berührt das mindestens eine benachbarte Elektrodenelement an seiner oberen und/oder unteren Außenfläche.
In einer bevorzugten Gestaltung ist mindestens ein Verbindungsmittel im Wesentlichen außerhalb des Überlappungsbereichs eines Elektrodenelements und eines Trennelements in Kontakt mit mindestens einer Trennele- mentüberstandsfläche angeordnet und weist vorzugsweise die Form eines Punktes, insbesondere eines Klebepunktes auf, der das Elektrodenelement in dessen lateralem Randbereich mit mindestens einer Trennelementüber- standsfläche verbindet.
In einer weiteren bevorzugten Gestaltung ist mindestens ein Verbindungsmittel außerhalb des Überlappungsbereichs eines Elektrodenelements und eines Trennelements in Kontakt mit mindestens einer Trenπelementüber- standsfläche angeordnet und weist vorzugsweise die Form einer Naht, insbesondere einer Klebenaht auf, die den lateralen Rand des Elektrodenele- ments mit mindestens einer Trennelementüberstandsfläche verbindet.
Vorzugsweise ist mindestens ein Verbindungsmittel vorgesehen, das zumindest teilweise außerhalb des Überlappungsbereiches angeordnet ist, in dem ein Primärkontaktelement mit einem benachbarten Trennelement überlappt, wobei dieses wenigstens eine Verbindungsmittel stoffschlüssig mit mindestens einem Primärkontaktelement und stoffschlüssig mit mindestens einem Trennelement verbunden ist, wodurch das mindestens eine Primärkontaktelement und das mindestens eine Trennelement verbunden werden.
In einem Elektrodenstapel von alternierenden ersten und zweiten Elektrodenelementen, die von mindestens einem Trennelement getrennt sind, alter- nieren vorzugsweise auch die Positionen der ersten Verbindungsmittel, welche zumindest die ersten Elektrodenelemente mit mindestens einem Trennelement verbinden, und die Positionen der zweiten Verbindungsmittel, welche zumindest die zweiten Elektrodenelemente mit mindestens einem Trennelement verbinden. Insbesondere liegen die ersten Verbindungsmittel in vertikaler Richtung bezüglich der Ebene des Elektrodenstapels nicht über den zweiten Verbindungsmitteln, sondern sind in horizontaler Richtung vorzugsweise beabstandet angeordnet. Vorzugsweise liegen die ersten Verbindungsmittel des Elektrodenstapels, welche die Anoden an den Trennelemen- ten fixieren, jeweils übereinander und entsprechend die zweiten Verbindungsmittel eines Elektrodenstapels, welche die Kathoden an den Trennelementen fixieren, jeweils übereinander. Es ist aber auch möglich und vorzugsweise vorgesehen, dass alle Verbindungsmittel entlang den Außenrändern der Elektrodenelemente im Wesentlichen nicht übereinanderliegend angeordnet sind.
Diese versetzte bzw. alternierende Anordnung der Verbindungsmittel hat den Vorteil, dass der Elektrodenstapel an den Positionen der Verbindungsmittel flacher gehalten werden kann, während regelmäßig übereinander liegende erste und zweite Verbindungsmittel die Dicke des Elektrodenstapel an den Positionen der Verbindungsmittel erhöhen würden.
Die Verbindungsmittel eines Elektrodenstapels sind in einer weiteren bevorzugten Gestaltung zumindest teilweise miteinander verbunden, und vor- zugsweise zumindest teilweise integral miteinander verbunden.
Ein Vorteil der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung ist es, dass die Elektrodenelemente und Trennelemente auch in dem Fall, wenn kein herkömmlicher oder ähnlicher Plastizierer verwendet wird, sicher miteinander verbunden werden können. Andernfalls kann durch die erfindungsgemäße Elektrodenanordnung die Zuverlässigkeit dieser Verbindung zumindest verbessert werden.
Eine erfindungsgemäße Elektrodenanordnung kommt vorzugsweise in Batte- rien oder Sekundärbatterien des Hochleistungsbereichs zum Einsatz, z.B. bei Starter-, Hybrid- oder Traktionsbatterien von Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, bei USV-Batterien (Sekundärbatterien) oder Solarbatterien (Sekundärbatterien), insbesondere bei Batterien oder Sekundärbatterien auf Lithium-Basis.
Ein bevorzugtes Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenanordnung von
Batterien oder Sekundärbatterien umfasst die Schritte:
\
- Anordnen eines Elektrodenelements auf einem Trennelement; - Anordnen von mindestens einem Verbindungsmittel, das zumindest teilweise außerhalb des Überlappungsbereiches angeordnet wird, in dem ein Elektrodenelement mit einem benachbarten Trennelement überlappt, wobei dieses mindestens eine Verbindungsmittel stoffschlüssig mit mindestens einem Elektrodenelement und stoffschlüssig mit mindestens einem Trennelement verbunden wird, wodurch das mindestens eine Elektrodenelement und das mindestens eine Trennelement verbunden werden.
- Gegebenenfalls: Flachpressen des mindestens einen Verbindungsmittels. - Gegebenenfalls: Anordnen eines Trennelements auf dem Elektrodenelement und dem mindestens einen Verbindungselement.
Vorzugsweise werden in zusätzlichen Schritten des Verfahrens weitere Trennelemente und Elektrodenelemente übereinander angeordnet, und ge- gebenenfalls aneinandergepresst, wodurch die vorzugsweise verformbaren Verbindungsmittel vorzugsweise flachgepresst werden. Aus den nachfolgenden Beschreibungen der Ausführungsbeispiele im Zusammenhang mit den Figuren ergeben sich weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung. Gleiche Bezugszeichen in den Figuren beschreiben im Wesentlichen gleiche Teile.
Fig.1 zeigt eine Aufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung in einer bevorzugten Ausführungsform.
Fig. 2a zeigt den Ausschnitt des in Fig. 1 markierten Bereiches A.
Fig. 2b zeigt den Ausschnitt des in Fig. 1 markierten Bereiches A gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.
Fig. 3a zeigt eine Aufsicht auf eine Teilanordnung der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel.
Fig. 3b zeigt eine Aufsicht auf eine Teilanordnung der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.
Fig. 3c zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Überlagerung der in den Fig. 3a und 3b dargestellten Teilanordnungen der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel.
Fig.1 zeigt eine Aufsicht auf ein erstes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung in einer bevorzugten Ausführungsform. Dargestellt ist eine gestapelte Elektrodenanordnung für die Batteriezelle einer Sekundärbatterie vom Typ Lithium-Ionen mit einem ersten Elektrodenelement 1a, das beim Entladen der Batterie die Anode ist und einem Primärkon- taktelement 1 b, das mit dem ersten Elektrodenelement über eine mechanische und elektrisch leitfähige Verbindung unlösbar verbunden ist. In diesem Ausführungsbeispiel einer Elektrodenanordnung sind eine Anzahl (z.B. 5) erste Elektrodenelemente 1a mit ersten Primärkontaktelementen 1 b und eine weitere Anzahl (z.B. 4) zweite Elektrodenelemente mit zweiten Primärkontaktelementen 2b im Wechsel übereinander gestapelt angeordnet, wobei die Außenseiten des Stapels von ersten Elektrodenelementen gebildet werden. Zusätzlich ist eine Anzahl (z.B. 8) von Trennelementen vorhanden, die jeweils ein erstes und ein zweites Elektrodenelement räumlich voneinander trennen.
Das erste Primärkontaktelement 1 b steht über den Rand der gestapelten Elektrodenanordnung hervor. Insbesondere steht es über den Rand des sichtbaren Trennelements 3 hervor. In der gestapelten Elektrodenanordnung ist gemäß der Anzahl (z.B. 5) der gestapelten ersten Elektrodenelemente, eine entsprechend Anzahl erster Primärkontaktelemente vorhanden (z.B. 5), die aus derselben Längsseite der gestapelten Elektrodenanordnung hervorstehen und im Wesentlichen übereinander angeordnet sind.
Auch das zweite Primärkontaktelement 2b, welches mit einem zweiten Elektrodenelement verbunden ist, welches in der Aufsicht nicht sichtbar ist, steht auf der anderen Längsseite der gestapelten Elektrodenanordnung über den
Rand der gestapelten Elektrodenanordnung hervor. Insbesondere steht es über den Rand des sichtbaren Trennelements 3 hervor. In der gestapelten Elektrodenanordnung ist gemäß der Anzahl (z.B. 4) der gestapelten zweiten Elektrodenelemente, eine entsprechend Anzahl zweiter Primärkontaktele- mente vorhanden (z.B. 4), die aus derselben Längsseite der gestapelten E- lektrodenanordnung hervorstehen und im Wesentlichen übereinander angeordnet sind.
Durch diese Anordnung ist es auf einfache Weise möglich, die ersten Pri- märkontaktelemente mittels mindestens einem ersten Sekundärkontaktelement miteinander und die zweiten Primärkontaktelemente mittels mindestens einem zweiten Sekundärkontaktelement mechanisch und elektrisch zu verbinden. Zu diesem Zweck können die Primärkontaktelemente Modifikationen aufweisen oder es können Verbindungselemente vorgesehen sein, mittels derer die Primär- und Sekundärkontaktelemente von außerhalb der Batterie- zelle kontaktiert werden können.
Die in der Fig. 1 sichtbare Fläche des Trennelements 3 ist ein Großteil derjenigen Fläche, die als Trennelementüberstandsfläche bezeichnet wird.
Es sind Verbindungsmittel 4 und 5 vorgesehen, die im Ausführungsbeispiel flache Klebepunkte sind. Diese sind so angeordnet, dass ein kleinerer Bereich 4b des Verbindungsmittels 4, wie in Fig. 2a in einer Detailansicht dargestellt ist, im Überlappungsbereich liegt, den hier z.B. das erste Elektrodenelement 1a und das Trennelement 3 definieren, und dass ein größerer Be- reich 4a des Verbindungsmittels 4 in der Trennelementüberstandsfläche des Trennelements 3 liegt. Insbesondere, wenn die Klebepunkte verformbar sind, kann der Bereich 4b des Klebepunktes durch Zusammenpressen der Elektrodenanordnung komprimiert werden, wodurch die Materialdicke des Klebepunktes 4 im Bereich 4b minimiert wird, während dabei die Materialdi- cke des Klebepunktes im Bereich 4a im Wesentlichen auf die Dicke des ersten Elektrodenelements 1a reduziert wird. Dies hat den Vorteil, dass in der gestapelten Elektrodenanordnung im Bereich der Klebepunkte 4 nur minimale Erhöhungen bewirkt werden.
Das zweite Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung entspricht der Elektrodenanordnung des ersten Ausführungsbeispiels mit der Ausnahme, dass die Verbindungselement 4 anders angeordnet sind.
In Fig. 2b ist ein Detail der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung des zweiten Ausführungsbeispiels gezeigt, das dem in Fig. 2a dargestellten Detail entspricht und die Anordnung des Verbindungsmittels 4 betrifft. Die Ver- bindungsmittel 4 sind im zweiten Ausführungsbeispiel so angeordnet, dass sie im Wesentlichen nicht im Überlappungsbereich angeordnet sind, den z.B. das erste Elektrodenelement 1a und das Trennelement 3 definieren, sondern die im Wesentlichen vollständig in der Trennelementüberstandsfläche 5 des Trennelements 3 angeordnet sind und z.B. das erste Elektrodenelement 1a nur an dessen lateraler Seite berühren und dort mit diesem verbunden sind, wodurch das erste Elektrodenelement 1a mit dem Trennelement 3 verbunden wird. Insbesondere, wenn die Klebepunkte verformbar sind, kann der Klebepunkt 4 durch Zusammenpressen der Elektrodenanordnung komp-0 rimiert werden, wodurch die Materialdicke des Klebepunktes 4 im Wesentlichen auf die Dicke des ersten Elektrodenelements 1a reduziert wird. Dies hat den Vorteil, dass in der gestapelten Elektrodenanordnung im Bereich der Klebepunkte 4 im Wesentlichen keine Erhöhungen bewirkt werden, so dass keine Spannungen im Material der Elektrodenelemente oder Trennelemente5 bewirkt werden.
Fig. 3a zeigt eine Aufsicht auf eine Teilanordnung der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel. Die Elektrodenanordnung dieses dritten Ausführungsbeispiels ist so gestaltet, dass o die Primärkontaktelemente 1 b und 2b aus derselben Seite des Elektrodenstapels hervorstehen, wobei die Primärkontaktelemente 1 b von den Primärkontaktelemente 2b beabstandet sind, wie in Fig. 3c gezeigt ist. In Fig. 3a ist ein erstes Elektrodenelement 1a, hier das im Fall der Entladung der Batterie oder Sekundärbatterie anodische Elektrodenelement, auf einem Trennele-5 ment 3 angeordnet und mit Verbindungsmitteln 6 am Trennelement fixiert. Die Verbindungsmittel 6 und 4 sind in diesen Ausführungsbeispielen Klebstoffpunkte, die nach dem Auftragen flachgepresst wurden.
Fig. 3b zeigt eine Aufsicht auf eine weitere Teilanordnung der erfindungsge- o mäßen Elektrodenanordnung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel, bei dem ein zweites Elektrodenelement 2a, hier das im Fall der Entladung der Batterie oder Sekundärbatterie kathodische Elektrodenelement, auf einem Trennelement 3 angeordnet und mit Verbindungsmitteln 4 am Trennelement fixiert ist.
Fig. 3c zeigt eine schematische Aufsicht auf eine Überlagerung der in den Fig. 3a und 3b dargestellten Teilanordnungen der erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung gemäß dem dritten Ausführungsbeispiel. Eine solche Überlagerung ist vorzugsweise in einem Elektrodenstapel aus den in Fig. 3a und Fig. 3b gezeigten Elektroden- und Trennelementen gegeben. Das zweite Primärkontaktelement 2b ist auf derselben Seite des Elektrodenstapels wie das erste Primärkontaktelement 1 b herausgeführt. Die Fläche des kathodischen Elektrodenelements 2a ist in diesem dritten Ausführungsbeispiel kleiner als die Fläche des anodischen Elektrodenelements 1a. Insbesondere steht die Fläche des Elektrodenelements 1a um ca. 1 mm in lotsenkrechter Richtung zum Außenrand des Elektrodenelements 2a über diesen Außenrand hervor, wobei die Elektrodenelemente 1a und 2a von einem Trennelement 3 getrennt sind.
Die Positionen der Verbindungsmittel 6 weichen von den Positionen der Ver- bindungsmittel 4 ab, d.h. die Anordnung der Verbindungsmittel ist in den
Schichten des Elektrodenstapels vorzugsweise unterschiedlich, wie in Fig. 3c gezeigt ist. Insbesondere liegen die Verbindungsmittel 4 nicht über den Verbindungsmitteln 6. Vorzugsweise liegen die Verbindungsmittel 6 des Elektrodenstapels, welche die Anoden an den Trennelementen fixieren, jeweils ü- bereinander und entsprechend die Verbindungsmittel 4 eines Elektrodensta- pels, welche die Kathoden an den Trennelementen fixieren, jeweils übereinander. Es ist aber auch möglich und vorzugsweise vorgesehen, dass die Verbindungsmittel entlang den Außenrändern der Elektrodenelemente im Wesentlichen nicht übereinanderliegend angeordnet sind. Diese versetzte bzw. alternierende Anordnung der Verbindungsmittel hat den Vorteil, dass der Elektrodenstapel an den Positionen der Verbindungsmittel flacher gehalten werden kann, während regelmäßig übereinander liegende Verbindungsmittel 4 und 6 die Dicke des Elektrodenstapel an den Positionen der Verbindungsmittel erhöhen würden.
Die in den Ausführungsbeispielen dargestellten erfindungsgemäßen Elektrodenanordnungen bieten den Vorteil, dass die Elektrodenelemente und Trennelemente durch die Verbindungsmittel auch ohne die Verwendung wei- terer Fixierhilfen, z.B. eines Plastizierers, sicher fixiert werden. Durch die
Verwendung einer erfindungsgemäßen Elektrodenanordnung, insbesondere einer Elektrodenanordnung gemäß dem ersten oder dem zweiten Ausführungsbeispiel, in einer Batteriezelle einer Batterie oder Sekundärbatterie, insbesondere einer Sekundärbatterie auf Lithium-Basis, z.B. Lithium-Ionen oder Lithium-Polymer, kann deshalb ein einfacherer Aufbau erreicht werden und der Fertigungsaufwand durch die Möglichkeit des Verzichts auf weitere Fixierhilfen und die mit deren Verwendung einhergehenden Herstellungsschritte können reduziert werden.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrodenanordnung für eine Batterie oder Sekundärbatterie, mit wenigstens einem im Wesentlichen flachen ersten Elektrodenelement, wenigstens einem im Wesentlichen flachen zweiten Elektrodenelement, wenigstens einem im Wesentlichen flachen Trennelement,
wobei das wenigstens eine erste Elektrodenelement und das wenigstens eine zweite Elektrodenelement durch wenigstens ein Trennelement räumlich getrennt und im Wesentlichen übereinander liegend angeordnet sind, dadurch gekennzeichnet, dass
wenigstens ein Verbindungsmittel vorgesehen ist, das zumindest teilweise außerhalb des Überlappungsbereiches angeordnet ist, in dem ein Elektrodenelement mit einem benachbarten Trennelement überlappt,
wobei dieses wenigstens eine Verbindungsmittel stoffschlüssig mit mindestens einem Elektrodenelement und stoffschlüssig mit mindestens einem Trennelement verbunden ist, wodurch das mindestens eine Elektrodenelement und das mindestens eine Trennelement ver- bunden werden.
2. Elektrodenanordnung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass dieses Verbindungsmittel in einem Randbereich dieses Trennelements und zumindest teilweise in einem Randbereich dieses Elekt- rodenelements angeordnet ist.
3. Elektrodenanordnung gemäß Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine Trennelement eine größere Fläche aufweist als mindestens ein benachbartes Elektrodenelement, wodurch mindestens eine Trennelementüberstandsfläche dieses Trennelements
5 besteht, mit der das Trennelement über dieses Elektrodenelement hervorsteht.
4. Elektrodenanordnung gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Verbindungsmittel eine im0 Wesentlichen flache räumliche Ausdehnung aufweist.
5. Elektrodenanordnung gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verbindungsmittel aus einem Klebstoff besteht. 5
6. Elektrodenanordnung gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungsmittel zumindest teilweise in der Trennelementüberstandsfläche mindestens eines Trennelements angeordnet ist, wobei es an den0 Randbereich mindestens eines Elektrodenelements angrenzt, wodurch das Elektrodenelement und das mindestens eine über dieses hervorstehende Trennelement stoff schlüssig verbunden werden.
7. Elektrodenanordnung gemäß mindestens einem der vorherigen An-5 sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungsmittel zumindest teilweise in der Trennelementüberstandsfläche mindestens eines Trennelements angeordnet ist, wobei es das Elektrodenelement in einem Randbereich zumindest teilweise überlappt, wodurch das Elektrodenelement und das mindestens eine über dieses o Elektrodenelement hervorstehende Trennelement stoffschlüssig verbunden werden.
8. Elektrodenanordnung gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungsmittel zwei benachbarte Trennelemente, zwischen denen sich
5 ein Elektrodenelement befindet, miteinander und mit diesem Elektrodenelement stoffschlüssig verbindet.
9. Elektrodenanordnung gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbin-0 dungsmittel mehrere Trennelemente und Elektrodenelemente miteinander stoffschlüssig verbindet.
10. Elektrodenanordnung gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mit einem Trennelement je-5 weils genau ein erstes und ein zweites Elektrodenelement stoffschlüssig verbunden ist.
11. Elektrodenanordnung gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das wenigstens eine erste o Elektrodenelement und das wenigstens eine zweite Elektrodenelement sowie das wenigstens eine Trennelement einen Elektrodenstapel bilden, bei dem abwechselnd eine erstes und ein zweites Elektrodenelement, getrennt durch ein Trennelement, übereinander angeordnet sind, wobei die beiden großflächigen Außenseiten des Elektro-5 denstapel durch Elektrodenelemente der ersten Art gebildet werden.
12. Elektrodenanordnung gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an dem mindestens einen ersten Elektrodenelement mindestens ein im wesentlichen flaches0 erstes Primärkontaktelement vorgesehen ist und an dem mindestens einen zweiten Elektrodenelement mindestens ein im wesentlichen fla- ches zweites Primärkontaktelement vorgesehen ist, wobei ein Primärkontaktelement jeweils in einem Randbereich mit dem Randbereich eines Elektrodenelementes verbunden ist.
13. Elektrodenanordnung gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Elektrodenelemente und Trennelemente im Wesentlichen rechteckförmig sind.
14. Elektrodenanordnung gemäß mindestens einem der vorherigen An- sprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an jedem rechteckförmigen
Elektrodenelement genau ein Primärkontaktelement vorgesehen ist, das im Wesentlichen länglich und rechteckförmig ausgebildet ist und der Länge nach mit einer Längsseite des Elektrodenelements verbunden ist.
15. Elektrodenanordnung gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Elektrodenstapel von im Wesentlichen rechteckförmigen Trennelementen und Elektrodenelementen, welche Primärkontaktelemente aufweisen, die ersten Primärkontaktelemente an der ersten längeren Längsseite über die
Fläche der Trennelemente hervorstehend und übereinander liegend aus dem Elektrodenstapel herausgeführt sind und die zweiten Primärkontaktelemente an der zweiten längeren Längsseite über die Fläche der Trennelemente hervorstehend und übereinander liegend aus dem Elektrodenstapel herausgeführt sind.
16. Elektrodenanordnung gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Verbindungselement vorgesehen ist, welches in einem Teilbereich des Primärkon- taktelements mindestens eines Elektrodenelements und in einem
Randbereich mindestens eines Trennelements angeordnet ist, wo- durch dieses mindestens eine Primärkontaktelement und dieses mindestens eine Trennelement stoffschlüssig miteinander verbunden werden.
17. Elektrodenanordnung gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Anzahl der Klebepunkte im Wesentlichen mit der Größe der Fläche der Elektrodenelemente skaliert.
18. Elektrodenanordnung gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Elektrodenstapel von alternierenden ersten und zweiten Elektrodenelementen, die von mindestens einem Trennelement getrennt sind, vorzugsweise auch die Positionen der ersten Verbindungsmittel, welche zumindest die ersten Elektrodenelemente mit mindestens einem Trennelement verbinden, und die Positionen der zweiten Verbindungsmittel, welche zumindest die zweiten Elektrodenelemente mit mindestens einem Trennelement verbinden, alternieren.
19. Zelle einer Batterie oder Sekundärbatterie, die eine Elektrodenanordnung gemäß mindestens einem der vorherigen Ansprüche aufweist.
20. Batterie oder Sekundärbatterie für ein Hybridfahrzeug oder für ein E- lektro- (Land-, Wasser-, Luft-, Raum-)fahrzeug oder für die unterbre- chungsfreie Stromversorgung (USV) oder für eine Solaranlage, die eine Elektrodenanordnung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16 aufweist.
21. Lithium-Ionen-Batterie oder -Sekundärbatterie, die eine Elektroden- anordnung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16 aufweist.
22. Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenanordnung, insbesondere einer Elektrodenanordnung gemäß mindestens einem der Ansprüche 1 bis 16, umfassend die Schritte:
- Anordnen eines Elektrodenelements auf einem Trennelement;
- Anordnen von mindestens einem Verbindungsmittel, das zumindest teilweise außerhalb des Überlappungsbereiches angeordnet wird, in dem ein Elektrodenelement mit einem benachbarten Trennelement überlappt, wobei dieses mindestens eine Verbindungsmittel stoff- schlüssig mit mindestens einem Elektrodenelement und stoffschlüssig mit mindestens einem Trennelement verbunden wird, wodurch das mindestens eine Elektrodenelement und das mindestens eine Trennelement verbunden werden.
- Gegebenenfalls: Flachpressen des mindestens einen Verbindungs- mittels.
- Gegebenenfalls: Anordnen eines Trennelements auf dem Elektrodenelement und dem mindestens einen Verbindungselement.
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102016218496A1 (de) 2016-09-27 2018-03-29 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Elektrodeneinheit für eine Batteriezelle und Elektrodeneinheit
DE102017216101A1 (de) * 2017-09-12 2019-03-14 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenanordnung, Elektrodenanordnung und Batteriezelle umfassend mindestens eine Elektrodenanordnung
DE102017216131A1 (de) 2017-09-13 2019-03-14 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle und Batteriezelle

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0849819A2 (de) * 1996-12-17 1998-06-24 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Lithium-Ion-Sekundärbatterie und Verfahren zur Herstellung
EP0973222A1 (de) * 1998-02-05 2000-01-19 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Verfahren zur herstellung von lithium-ionen-batterien
US20020055044A1 (en) * 2000-09-20 2002-05-09 Industrial Technology Research Institute Method for fabricating a lithium battery with self-adhesive polymer electrolyte
US20020192542A1 (en) * 2001-06-18 2002-12-19 Power Paper Ltd. Flexible thin layer electrochemical cell and manufacturing of same
US20050260490A1 (en) * 2004-05-19 2005-11-24 Luigi Persi Adhesive-treated electrode separator and method of adhering an electrode thereto
US20060088762A1 (en) * 2004-10-21 2006-04-27 Sanyo Electric Co., Ltd. Non-aqueous electrolyte battery
WO2007028790A1 (de) * 2005-09-08 2007-03-15 Evonik Degussa Gmbh Stapel aus abwechselnd übereinander gestapelten und fixierten separatoren und elektroden für li-akkumulatoren

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0849819A2 (de) * 1996-12-17 1998-06-24 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Lithium-Ion-Sekundärbatterie und Verfahren zur Herstellung
EP0973222A1 (de) * 1998-02-05 2000-01-19 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Verfahren zur herstellung von lithium-ionen-batterien
US20020055044A1 (en) * 2000-09-20 2002-05-09 Industrial Technology Research Institute Method for fabricating a lithium battery with self-adhesive polymer electrolyte
US20020192542A1 (en) * 2001-06-18 2002-12-19 Power Paper Ltd. Flexible thin layer electrochemical cell and manufacturing of same
US20050260490A1 (en) * 2004-05-19 2005-11-24 Luigi Persi Adhesive-treated electrode separator and method of adhering an electrode thereto
US20060088762A1 (en) * 2004-10-21 2006-04-27 Sanyo Electric Co., Ltd. Non-aqueous electrolyte battery
WO2007028790A1 (de) * 2005-09-08 2007-03-15 Evonik Degussa Gmbh Stapel aus abwechselnd übereinander gestapelten und fixierten separatoren und elektroden für li-akkumulatoren

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