WO2013023761A1 - Energiespeichervorrichtung - Google Patents

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WO2013023761A1
WO2013023761A1 PCT/EP2012/003391 EP2012003391W WO2013023761A1 WO 2013023761 A1 WO2013023761 A1 WO 2013023761A1 EP 2012003391 W EP2012003391 W EP 2012003391W WO 2013023761 A1 WO2013023761 A1 WO 2013023761A1
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Tim Schaefer
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Li-Tec Battery Gmbh
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Definitions

  • the present invention relates to an energy storage device according to the preamble of claim 1 or 2.
  • the entire contents of the priority application DE 10 201 1 110 943.2 by reference is part of the present application.
  • Electrode storage devices known from the prior art have at least one electrochemical energy storage cell, which is also referred to as an electrochemical cell or galvanic cell, in the form of an electrode stack or electrode coil, which is generally surrounded by a housing.
  • the electrode stack usually comprises a plurality of respectively two electrodes, an intervening separator layer which can receive an electrolyte, and an electrode group which is assembled on at least one of the electrodes and which are arranged or stacked side by side or one above the other.
  • an electrode winding at least one electrode group is wound into a so-called. Winding.
  • the electrodes of the electrode groups of the same polarity are each electrically connected to a current conductor, via which the electrical voltage generated in the cell can be tapped from the outside.
  • At least one inner functional layer which has an at least partially permeable carrier layer is arranged in the winding core of the electrode winding or between two stack layers located in the interior, in particular in the region of the center, of the electrode stack.
  • the inner functional layer improves the resistance of the cell to mechanical stress, for example due to vibrations, and thermal stress, for example due to temperature increases occurring during charging or discharging, which has an overall life-prolonging effect.
  • the inner functional layers additionally present in the interior have a certain elasticity, by means of which an expansion space is created in the center of the stack or in the winding core, by which expansion or shrinkage of the stack or winding is compensated within certain limits can be, without the stack or winding itself and / or the container would be stressed too much.
  • the functional layer can serve as a supply for conducting salt, which can be taken up in the functional layer and, if necessary, can be dispensed to the electrolyte liquid in which conducting salt is dissolved in a solvent. In this way, the conductive salt concentration in the electrolyte, in particular in the separator layers, can be maintained at the required level.
  • the functional layer can also serve as a reservoir for radical scavengers, which are preferably added to the electrolyte liquid and are taken up together with the functional layer. Radical scavengers prevent the release of free radicals at high temperatures in the cell, which can cause an explosion of the cell.
  • the invention ensures increased reliability with a simple structure and simple production.
  • a functional layer in the sense of the invention here is a layer of a so-called functional material.
  • Functional materials are materials whose structure and / or properties are purposefully chosen for a particular application.
  • the functional layer is characterized, inter alia, by the fact that it is at least partially permeable to the material and therefore can absorb, inter alia, electrolyte fluid.
  • an energy storage device is understood as meaning a device which is capable of picking up, storing and releasing in particular electrical energy, in particular by utilizing electrochemical processes.
  • an energy storage cell is understood within the meaning of the invention, a self-contained functional unit of the energy storage device, which in itself is also able to absorb electrical energy, store and release again, in particular by utilizing electrochemical processes.
  • An energy storage device according to the invention may comprise an energy storage cell or a plurality of energy storage cells.
  • An energy storage cell can, for example, but not only, a galvanic primary or secondary cell (in the context of this application, primary or secondary cells indiscriminately referred to as battery cells and an energy storage device constructed therefrom as battery or battery arrangement), a fuel cell, a high-performance capacitor or be an energy storage cell of a different kind.
  • an energy storage cell is to be understood as meaning an electrochemical energy storage cell which stores energy in chemical form, delivers it in electrical form to a consumer and preferably can also receive it in electrical form from a charging device.
  • electrochemical energy stores are galvanic cells and fuel cells.
  • the electrolyte of the energy storage cell preferably contains lithium ions.
  • a container usually surrounding the cell is a device which is suitable for preventing the escape of chemicals from the electrode stack into the environment and for protecting the components of the electrode stack from damaging external influences.
  • the container may be formed from one or more moldings and / or film-like. Further, the container may be single-layered or multi-layered.
  • the container is preferably formed from a gas-tight and electrically insulating material or layer composite.
  • the at least partially permeable carrier layer is coated on at least one side with an inorganic material.
  • the inorganic material in particular in a temperature range between - 40 ° C and + 200 ° C, ion conducting.
  • the functional layer is particularly well suited in a wide temperature range for at least temporary absorption of electrolyte fluid.
  • the inorganic material comprises at least one compound from the group of oxides, phosphates, sulfates, titanates, silicates, aluminosilicates with at least one of the elements Zr, Al, Li, in particular zirconium oxide.
  • the inorganic material has particles with a largest diameter below 100 nm. Due to the nanoporosity of the functional layer thus achieved, their properties are particularly pronounced. In particular, in this case the absorption capacity and permeability for electrolyte fluid is particularly favorably influenced, which in turn has a positive effect on the functionality of the cell.
  • the at least partially material-permeable carrier layer is made of an organic material, in particular a polymer, in particular polyethylene terephthalate (PET).
  • PET polyethylene terephthalate
  • a carrier layer for the functional layer can be provided in a simple and cost-effective manner, which simplifies the manufacture and construction of the energy storage device as a whole.
  • the at least partially permeable carrier layer is preferably configured as a fleece. This represents a particularly cost-effective variant of a suitable carrier layer. In principle, however, it is also possible to design the carrier layer as a tissue.
  • the functional layer is not or only slightly electron-conducting. This ensures that the functional layer, if no electrolyte liquid is absorbed therein, is reliably electrically insulating, so that no electrical currents can flow between a possibly metallic container of the cell and the cell itself.
  • the energy storage device has a container which is designed to receive the energy storage cell and, in particular, can be closed by a cover after the introduction of the electrode stack or coil.
  • the container has the form of a hollow body open on one side, which is in particular cuboid or cuboid with two outwardly curved end faces.
  • the hollow body is obtained by extrusion, in particular by cold extrusion, or deep drawing of a metal sheet blank. In this way, a mechanically and chemically stable enclosure of the cell can be realized simply and cost-effectively, via which heat arising in the cell can be efficiently dissipated to the outside.
  • the stack layers of the electrode stack or the wound winding layer of the electrode winding can preferably be held together with the aid of an outer functional layer which surrounds the outer wall of the energy storage cell.
  • the outer functional layer - like the inner Functional layer - also an at least partially permeable support layer through which this can also absorb electrolyte fluid.
  • the outer functional layer may have at least one of the other properties of the inner functional layer described above.
  • the individual stack layers or the wound winding layer may be at least partially connected to one another by lamination.
  • the individual stack layers are glued to each other at least in some areas by means of an adhesive.
  • the adhesive is a so-called.
  • Hot melt adhesive which is substantially solid at room temperature and only becomes liquid when heated and unfolds its adhesive effect. Accordingly, the stack layers are preferably glued together by pressing and / or rolling under the action of heat. By one or more of these measures, a particularly high mechanical stability of the electrode stack is achieved, wherein the stack layers are also thermally coupled well with each other, so that a dissipation of heat generated in the cell in the direction of the container wall is favored.
  • a battery arrangement has a plurality of energy storage devices according to the invention, on which contact elements are provided, which are electrically connected to each other, in particular in series and / or connected in parallel. In this way, the voltages or powers of the battery arrangement required for the respective application are realized.
  • the energy storage device or the battery arrangement according to the invention is advantageously used for supplying an electric drive or hybrid drive of a motor vehicle with electrical energy.
  • FIG. 2 shows a section of an example of the structure of an electrode stack with inner functional layers
  • FIG. 3 shows a detail of an example of a winding layer of an electrode winding and a reduced, schematic representation of a winding layer wound around a winding core
  • FIG. 6 shows an example of a shell-shaped outer functional layer on an electrode stack
  • FIG. 8 shows an example of a shell-shaped outer functional layer on a
  • Figure 1 shows an example of the structure of an energy storage device having a substantially cuboid container 1, which is preferably formed of metal and is open to a narrow side.
  • the container 1 can be produced, for example, by extrusion, in particular cold extrusion, or deep-drawing of a corresponding starting workpiece, in particular a sheet.
  • an electrode stack 2 or an electrode coil (not shown) is inserted into the container 1.
  • the electrode layers of the electrode stack 2 or electrode winding of the same polarity, ie anode or cathode layers, are electrically contacted with contact lugs 3 and 5, respectively.
  • the contact lugs 3 and 5 are contacted by means of further contact elements 4 and 6 through an insulating element 7 with the cover 8 of the energy storage device or led out by means of further, not shown contact elements through an opening 9 in the lid 8 through from the energy storage device.
  • the electrode stack 2 or electrode winding Before being introduced into the container 1, the electrode stack 2 or electrode winding is provided with an outer functional layer 10 which surrounds it at the two broad and / or end sides and / or at the bottom side of the cuboid electrode stack 2 or parallelepipedal electrode winding.
  • the outer functional layer 10 protrudes in the illustrated example on the sides beyond the height of the electrode stack 2 out, but may also be only up to the height of the sides of the electrode stack 2 or lower, i. Cover only a portion of the side portions of the electrode stack 2.
  • the outer functional layer 10 is not or only slightly electron-conducting and has an at least partially permeable carrier.
  • the support is preferably coated on at least one side with an inorganic material.
  • An organic material which is preferably configured as a nonwoven web is preferably used as the carrier, which is at least partially permeable to material.
  • the organic material which preferably comprises a polymer and particularly preferably a polyethylene terephthalate (PET), is coated with an inorganic, preferably ion-conducting material, which is more preferably ion-conducting in a temperature range from -40 ° C to + 200 ° C.
  • the inorganic material preferably comprises at least one compound from the group of oxides, phosphates, sulfates, titanates, silicates, aluminosilicates with at least one of the elements Zr, Al, Li, particularly preferably zirconium oxide.
  • the inorganic, ion-conducting material preferably has particles with a largest diameter below 100 nm. layers with such properties are sold, for example, under the trade name "Separion" by Evonik AG in Germany.
  • At least one inner functional layer 40 is provided, which preferably extends over an entire stacking plane of the electrode stack 2.
  • the above statements on the outer functional layer 10 apply correspondingly. This means that preferably “separation" layers are also used for the inner functional layers 40.
  • the at least partially permeable outer functional layer 10, which at least partially surrounds the electrode stack 2 or electrode winding, can absorb or bind at least temporarily, in particular, excess electrolyte fluid which can escape from the separator layers located between the anode and cathode layers of the stacking or winding layers , Damming of leaked electrolyte fluid in the liquid-tight container 1 can be prevented in a simple manner, since in the between the electrode stack 2 or -wickel and the container wall located outer functional layer 10 additional space for receiving electrolyte fluid is present. An escape of electrolyte liquid from the energy storage device can be prevented in a simple manner. The functionality and safety of the energy storage device is thereby significantly increased.
  • the at least partially permeable inner additional layers 40 provided in the interior of an electrode stack 2 or electrode winding can also absorb or bind, at least temporarily, in particular, excess electrolyte fluid which can escape from the separator layers located between the anode and cathode layers of the stacking or winding layers. Damming excess quantities of electrolyte in the usually in a liquid-tight container 1 electrode stack 2 or electrode winding can be prevented in a simple manner, as in the im Inside the electrode stack 2 and / or -Wickels functional layers 40 additional space for receiving electrolyte fluid is present. A leakage of electrolyte liquid from the cell can be prevented in a simple manner. The functionality and reliability of the energy storage device is thereby significantly increased.
  • the at least partially permeable inner functional layer 40 also improves the resistance of the cell to mechanical stress, for example due to vibrations, and thermal stress, for example due to temperature increases occurring during charging or discharging, which has an overall life-prolonging effect. This is facilitated in particular by the fact that the inner functional layers 40 additionally present in the interior have a certain elasticity, by means of which an expansion space is created in the center of the stack 2 or in the winding core of the coil, by which expansion or shrinkage of the stack 2 or Wickels can be compensated within certain limits, without the stack 2 or winding itself and / or the container 1 would be stressed too much.
  • FIG. 2 shows a section of an example of the construction of an electrode stack 2 comprising a plurality of stacked layers 20 arranged side by side or stacked one above the other, each comprising an anode layer 21, a cathode layer 22, a separator layer 23 arranged therebetween for receiving a Electrolytes and provided on the anode layer 21 and / or cathode layer 22 insulation layer 24 include.
  • a plurality of-in this case three-inner functional layers 40 are provided, which are enclosed by two stack layers 20.
  • the inner functional layers 40 are in the example shown between about the same number of stack layers 20 on both sides. Alternatively, the inner functional layers 40 can also be offset to one side of the electrode stack 2, ie arranged eccentrically.
  • FIG. 1 shows a section of an example of the construction of an electrode stack 2 comprising a plurality of stacked layers 20 arranged side by side or stacked one above the other, each comprising an anode layer 21, a cathode layer 22, a separator layer 23 arranged therebetween
  • FIG. 3 shows a section (left-hand part of the FIGURE) of an example of a winding layer 30 of an electrode winding 12 'and a reduced schematic representation (right-hand part) of a winding layer 30 wound around a winding core 40.
  • the winding layer 30 comprises an anode layer 31, a Ka - Thoden für 32, a separator layer located therebetween 33 for receiving an electrolyte and provided on the anode layer 31 and / or cathode layer 32 insulating layer 34th
  • the winding layer 30 was wound around a substantially round winding core 13, which is formed by one or more inner functional layers 40.
  • the round wrap 12 ' is brought into an approximately parallelepiped or prismatic shape, for example by compressing in the direction of the arrows shown in the figure, a so-called flat wrap 12 (cf., Fig. 5), so that it enters the parallelepipedic container 1 fits.
  • both the outer functional layer 10 provided on the outer walls of the electrode stack 2 or the electrode coil and the inner functional layers 40 provided within the electrode stack 2 or electrode coil are layers of "separation.”
  • separator layers 23 can be used , 33 and / or as insulating layers 24, 34 in the electrode stack 2 or in the electrode winding also advantageously "separation" layers are used.
  • FIG. 4 shows a cross section through an electrode stack 2, which is enclosed by an outer functional layer 10.
  • the outer functional layer 10 is configured in this example as a so-called shrink layer, which can contract under the action of heat.
  • the stacked stacked layers 20, in the middle of which optionally at least one inner functional layer 40 is located are provided and connected to the not yet shrunk-off outer layer.
  • ßeren functional layer 10 sheathed. Subsequently, the sheath is heated, for example by irradiation with infrared radiation or by hot air, so that it contracts and tightly encloses the stack formed from the stack layers 20.
  • FIG. 5 shows a cross section through a flat electrode winding 12 in which a winding layer 30 is wound around a winding core 13 several times. In the winding core 13, at least one inner functional layer 40 is provided. The outer region of the electrode coil 12 is surrounded by an outer functional layer 10.
  • the production of such a so-called flat winding 12 can be effected, for example, by wrapping the winding layer 30 around an initially substantially circular winding core (cf., FIG. 3).
  • a plurality of layers, in particular a plurality of winding layers, of the inner functional layer 40 are preferably contained in the circular winding core.
  • This so-called circular wrap is then compressed so that a flat wrap with substantially parallel side walls, as shown in Figure 5, is obtained.
  • the flat coil 12 is then - as already explained in connection with Figure 4 - preferably surrounded with a shrinkable outer functional layer 10 and finally held after shrinkage of the outer functional layer 10 in the desired shape. According to the fixation of the stack layers 20 in the example shown in FIG.
  • the shrinkage of the electrode coil 12 also achieves a fixation of the individual winding layers 30 including the inner functional layers 40 located in the winding core 13, even in the example shown in FIG Fixing of the individual winding layers 30 and / or the inner functional layers 40, for example by lamination, can be dispensed with.
  • the fixation by means of the outer functional layer 10 it is possible to connect the individual stack layers 20 of the electrode stack 2 or the winding layer 30 of the electrode coil 12 at least in the region of part of their contact surface, preferably by means of an adhesive. It is preferred to choose an adhesive which is solid at room temperature and melts only by heating and unfolds its adhesive effect.
  • the stacked layers 20 or winding layer 30 provided with a corresponding adhesive are joined to one another by a so-called hot lamination, for example by pressing and / or rolling them under the action of heat.
  • a so-called hot lamination for example by pressing and / or rolling them under the action of heat.
  • the outer functional layer 10 is configured in each case as a shrink layer.
  • the outer functional layers 10 can also be attached in another way in the region of the outer walls of the electrode stack 2 or of the electrode winding 12. This will be explained in more detail with reference to the exemplary embodiments shown in FIGS. 6 to 8.
  • the substantially cuboid electrode stack 2 is enclosed by two shell-like outer functional layers 10a and 10b. Due to the shape of the shark bowl of the two outer functional layers 10a and 10b, these each cover one side surface of the electrode stack 2 completely, and the front and rear end surface as well as the bottom surface of the electrode stack 2 each half.
  • the two shell-shaped outer functional layers 10a and 10b are preferably dimensioned so that their front and bottom edges are in each case in abutment when the shells 10a and 10b enclose the electrode stack 2.
  • a suitable fixing means for example, a circumferential adhesive tape 1 1.
  • the outer functional layer 10 initially has the shape of a substantially triangular arc on which the electrode stack 2 with its bottom surface is centrally placed.
  • cutouts 15 and 16 are provided in the arcuate outer additional layer 10.
  • the two wings of the arcuate functional layer 10 are then folded up and come to lie on the respective side surfaces of the electrode stack 2.
  • the protruding in the region of the respective end portions 17 and 18 of the functional layer 10 are each folded to the front side of the stack 2 out and - according to the example shown in Figure 6 - fixed by means of a suitable fixative, in particular an adhesive tape.
  • an electrode winding 12 in the form of a flat coil is likewise surrounded by two shell-shaped outer functional layers 10a and 10b.
  • the statements in connection with the example shown in Figure 6 apply accordingly.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung mit einem Elektrodenwickel (12) mit mindestens einer um einen Wickelkern (13) herum gewickelten Wickelschicht (30), welche eine Anodenschicht, eine Kathodenschicht, eine zwischen der Anodenschicht und der Kathodenschicht befindliche Separatorschicht, die einen Elektrolyten aufnehmen kann, sowie eine an der Anodenschicht und/oder Kathodenschicht vorgesehene Isolationsschicht aufweist, bzw. einem Elektrodenstapel mit mehreren Stapelschichten, welche jeweils eine Anodenschicht, eine Kathodenschicht, eine zwischen der Anodenschicht und der Kathodenschicht befindliche Separatorschicht, die einen Elektrolyten aufnehmen kann, sowie eine an der Anodenschicht und/oder Kathodenschicht vorgesehene Isolationsschicht aufweisen. Um bei einfachem Aufbau eine erhöhte Funktionssicherheit zu gewährleisten, ist im Wickelkern (13) bzw. zwischen zwei im Inneren, insbesondere im Bereich der Mitte, des Elektrodenstapels befindlichen Stapelschichten mindestens eine innere Funktionsschicht (40) angeordnet, welche eine zumindest teilweise stoffdurchlässige Trägerschicht aufweist.

Description

Energiespeichervorrichtung
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Energiespeichervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder 2. Hiermit wird der gesamte Inhalt der Prioritätsanmeldung DE 10 201 1 110 943.2 durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Anmeldung.
Aus dem Stand der Technik bekannte Energiespeichervorrichtungen weisen mindestens eine elektrochemische Energiespeicherzelle, die auch als elektrochemische Zelle oder galvanische Zelle bezeichnet wird, in Form eines Elektro- denstapels oder Elektrodenwickels auf, welcher in der Regel von einem Gehäuse umgeben ist. Der Elektrodenstapel weist meist mehrere aus jeweils zwei Elektroden, einer dazwischenliegenden Separatorschicht, die einen Elektrolyten aufnehmen kann, sowie einer an zumindest einer der Elektroden befindlichen Isolationsschicht zusammengesetzte Elektrodengruppen auf, die nebeneinander bzw. übereinander angeordnet bzw. gestapelt sind. Bei einem Elektrodenwickel wird mindestens eine Elektrodengruppe zu einem sog. Wickel aufgewickelt. Die Elektroden der Elektrodengruppen gleicher Polarität werden jeweils mit einem Stromableiter elektrisch verbunden, über welchen die in der Zelle erzeugte elektrische Spannung von außen abgegriffen werden kann. Bei aus dem Stand der Technik bekannten Energiespeichervorrichtungen kann nicht in jedem Fall eine hohe Funktionssicherheit bei gleichzeitig einfachem Aufbau gewährleistet werden.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Energiespeichervorrichtung an- zugeben, welche bei einfachem Aufbau eine erhöhte Funktionssicherheit aufweist.
Diese Aufgabe wird durch eine Energiespeichervorrichtung gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2 gelöst.
Erfindungsgemäß ist im Wickelkern des Elektrodenwickels bzw. zwischen zwei im Inneren, insbesondere im Bereich der Mitte, des Elektrodenstapels befindlichen Stapelschichten mindestens eine innere Funktionsschicht angeordnet, welche eine zumindest teilweise stoffdurchlässige Trägerschicht aufweist.
Der Gegenstand der Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen basiert auf dem gemeinsamen Erfindungsgedanken, im Inneren eines Elektrodensta- pels oder Elektrodenwickels eine oder mehrere innere Zusatzschichten vorzusehen, welche zumindest teilweise stoffdurchlässig sind und dadurch insbesondere überschüssige Elektrolytflüssigkeit, die aus den zwischen den Anoden- und Kathodenschichten der Stapel- bzw. Wickelschichten befindlichen Separatorschichten austreten kann, zumindest temporär aufnehmen oder binden können. Ein Aufstauen überschüssiger Elektrolytmengen in dem üblicherweise in einem flüssigkeitsdichten Behälter befindlichen Elektrodenstapel bzw. -Wickel kann dadurch auf einfache Weise verhindert werden, da in der im Inneren des Elektrodenstapels bzw. -Wickels befindlichen Funktionsschicht zusätzlich Platz zur Aufnahme von Elektrolytflüssigkeit vorhanden ist. Ein Austreten von Elektro- lytflüssigkeit aus der Zelle kann dadurch auf einfache Weise verhindert werden. Die Funktionsfähigkeit und Funktionssicherheit der Energiespeichervorrichtung wird dadurch deutlich erhöht. Darüber hinaus wird durch die innere Funktionsschicht die Widerstandsfähigkeit der Zelle gegen mechanische Beanspruchung, z.B. durch Erschütterungen, und thermische Belastung, beispielsweise durch während des Ladens bzw. Entladens auftretende Temperaturerhöhungen, verbessert, was insgesamt lebens- dauerverlängernd wirkt. Dies wird auch dadurch begünstigt, dass die im Inneren zusätzlich vorhandenen inneren Funktionsschichten eine gewisse Elastizität besitzen, durch welche in der Mitte des Stapels bzw. im Wickelkern ein Dehnungsraum geschaffen wird, durch welchen eine Ausdehnung oder Schrumpfung des Stapels bzw. Wickels innerhalb gewisser Grenzen kompensiert werden kann, ohne dass der Stapel bzw. Wickel selbst und/oder der Behälter zu stark beansprucht würden.
Des Weiteren kann die Funktionsschicht als Vorrat für Leitsalz dienen, welches in der Funktionsschicht aufgenommen und bei Bedarf an die Elektrolytflüssigkeit, in welcher Leitsalz in einem Lösungsmittel gelöst ist, abgegeben werden kann. Auf diese Weise kann die Leitsalzkonzentration im Elektrolyten, insbesondere in den Separatorschichten, auf der erforderlichen Höhe gehalten werden. Alternativ oder zusätzlich kann die Funktionsschicht auch als Vorrat für Radikalfänger dienen, welche vorzugsweise der Elektrolytflüssigkeit zugesetzt werden und zusammen mit dieser von der Funktionsschicht aufgenommen werden. Ra- dikalfänger verhindern, dass bei höheren Temperaturen in der Zelle Radikale freigesetzt werden, die eine Explosion der Zelle verursachen können.
Insgesamt wird durch die Erfindung eine erhöhte Funktionssicherheit bei einfachem Aufbau bzw. einfacher Herstellung gewährleistet.
Eine Funktionsschicht im Sinne der Erfindung ist hierbei eine Schicht aus einem sog. Funktionsmaterial. Funktionsmaterialien sind Materialien, deren Struktur und/oder Eigenschaften zielgerichtet für eine bestimmte Anwendung gewählt werden. In der vorliegenden Erfindung ist die Funktionsschicht u.a. dadurch gekennzeichnet, dass diese zumindest teilweise stoffdurchlässig ist und daher unter anderem Elektrolytflüssigkeit aufnehmen kann. Unter einer Energiespeichervorrichtung wird im Sinne der Erfindung eine Einrichtung verstanden, die in der Lage ist, insbesondere elektrische Energie aufzunehmen, zu speichern und wieder abzugeben, insbesondere unter Ausnutzung elektrochemischer Prozesse. Als eine Energiespeicherzelle wird im Sinne der Erfindung eine in sich abgeschlossene Funktionseinheit der Energiespeichervorrichtung verstanden, die für sich genommen ebenfalls in der Lage ist, elektrische Energie aufzunehmen, zu speichern und wieder abzugeben, insbesondere unter Ausnutzung elektrochemischer Prozesse. Eine Energiespeichervorrichtung im Sinne der Erfindung kann eine Energiespeicherzelle oder mehrere Energiespeicherzellen aufweisen.
Eine Energiespeicherzelle kann beispielsweise, aber nicht nur, eine galvanische Primär- oder Sekundärzelle (im Rahmen dieser Anmeldung werden Primär- oder Sekundärzellen unterschiedslos als Batteriezellen und eine daraus aufgebaute Energiespeichervorrichtung auch als Batterie bzw. Batterieanordnung bezeich- net), eine Brennstoffzelle, ein Hochleistungskondensator oder eine Energiespeicherzelle anderer Art sein. Insbesondere soll in diesem Zusammenhang unter einer Energiespeicherzelle eine elektrochemische Energiespeicherzelle verstanden werden, die Energie in chemischer Form speichern, in elektrischer Form an einen Verbraucher abgeben und vorzugsweise auch in elektrischer Form aus einer Ladeeinrichtung aufnehmen kann. Wichtige Beispiele für solche elektrochemische Energiespeicher sind galvanische Zellen und Brennstoffzellen.
Der Elektrolyt der Energiespeicherzelle enthält vorzugsweise Lithium-Ionen. Ein üblicherweise die Zelle umgebender Behälter ist stellt eine Einrichtung dar, welche geeignet ist, den Austritt von Chemikalien aus dem Elektrodenstapel in die Umgebung zu verhindern und die Bestandteile des Elektrodenstapels vor schädigenden äußeren Einflüssen zu schützen. Der Behälter kann aus einem oder aus mehreren Formteilen und/oder folienartig ausgebildet sein. Weiter kann der Behälter einlagig oder mehrlagig ausgebildet sein. Der Behälter ist vorzugsweise aus einem gasdichten und elektrisch isolierenden Werkstoff oder Schichtverbund gebildet.
Vorzugsweise ist die zumindest teilweise stoffdurchlässige Trägerschicht mindestens auf einer Seite mit einem anorganischen Material beschichtet. Dadurch kann eine hohe thermische und chemische Stabilität der Funktionsschicht und folglich eine hohe Funktionssicherheit der Energiespeichervorrichtung, insbesondere bei während des Ladens bzw. Entladens auftretenden Temperaturerhöhungen, erzielt werden.
Hierbei ist bevorzugt, dass das anorganische Material, insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen - 40°C und + 200°C, ionenleitend ist. Auf diese
Weise eignet sich die Funktionsschicht in einem großen Temperaturbereich besonders gut zur zumindest temporären Aufnahme von Elektrolytflüssigkeit.
Es ist außerdem bevorzugt, dass das anorganische Material wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate mit wenigstens einem der Elemente Zr, AI, Li, insbesondere Zirkoniumoxid, aufweist. Hierdurch wird eine hohe Stabilität der Funktionalität der Zelle, insbesondere über einen großen Temperaturbereich, erzielt.
Vorzugsweise weist das anorganische Material Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm auf. Durch die damit erreichte Nanoporosität der Funktionsschicht sind deren Eigenschaften besonders ausgeprägt. Insbesondere wird hierbei die Aufnahmefähigkeit und Durchlässigkeit für Elektrolytflüssigkeit besonders günstig beeinflusst, was sich wiederum positiv auf die Funktionalität der Zelle auswirkt.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist die zumindest teilweise stoff- durchlässige Trägerschicht aus einem organischen Material, insbesondere einem Polymer, insbesondere Polyethylenterephthalat (PET), hergestellt. Hier- durch lässt sich auf einfache und kostengünstige Weise eine Trägerschicht für die Funktionsschicht bereitstellen, was die Herstellung und den Aufbau der Energiespeichervorrichtung insgesamt vereinfacht.
Die zumindest teilweise stoffdurchlässige Trägerschicht ist vorzugsweise als Vlies ausgestaltet. Dies stellt eine besonders kostengünstige Variante einer geeigneten Trägerschicht dar. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die Trägerschicht als Gewebe auszugestalten.
Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung ist die Funktionsschicht nicht oder nur geringfügig elektronenleitend. Dadurch wird erreicht, dass die Funkti- onsschicht, sofern sich keine Elektrolytflüssigkeit darin aufgenommen ist, zuverlässig elektrisch isolierend ist, so dass keine elektrischen Ströme zwischen einem ggf. metallischen Behälter der Zelle und der Zelle selbst fließen können.
Vorzugsweise weist die Energiespeichervorrichtung einen Behälter auf, welcher zur Aufnahme der Energiespeicherzelle ausgebildet ist und insbesondere nach dem Einbringen des Elektrodenstapels bzw. -Wickels durch einen Deckel verschlossen werden kann. Vorzugsweise hat der Behälter die Form eines einseitig offenen Hohlkörpers, welcher insbesondere quaderförmig oder quaderförmig mit zwei nach außen gewölbten Stirnflächen ausgebildet ist. Vorzugsweise wird der Hohlkörper durch Fließpressen, insbesondere durch Kaltfließpressen, oder Tief- ziehen eines metallischen Blechzuschnitts erhalten. Auf diese Weise lässt sich eine mechanisch und chemisch stabile Umhüllung der Zelle einfach und kostengünstig realisieren, über welche in der Zelle entstehende Wärme effizient nach außen abgeführt werden kann.
Die Stapelschichten des Elektrodenstapels bzw. die gewickelte Wickelschicht des Elektrodenwickels können vorzugsweise mit Hilfe einer äußeren Funktionsschicht, welche die Außenwand der Energiespeicherzelle umgibt, zusammengehalten werden. Vorzugsweise weist die äußere Funktionsschicht - wie die innere Funktionsschicht - ebenfalls eine zumindest teilweise stoffdurchlässige Trägerschicht auf, durch welche diese ebenfalls Elektrolytflüssigkeit aufnehmen kann. Im Übrigen kann die äußere Funktionsschicht zumindest eine der vorstehen beschriebenen weiteren Eigenschaften der inneren Funktionsschicht aufweisen. Alternativ oder zusätzlich können die einzelnen Stapelschichten bzw. die gewickelte Wickelschicht zumindest teilweise durch Lamination miteinander verbunden sein. Hierbei werden die einzelnen Stapelschichten zumindest in Teilbereichen mittels eines Klebers aneinander geklebt. Vorzugsweise ist der Kleber ein sog. Heißkleber, welcher bei Zimmertemperatur im Wesentlichen fest ist und erst bei Erwärmung flüssig wird und seine Klebewirkung entfaltet. Entsprechend werden die Stapelschichten vorzugsweise durch Verpressen und/oder Walzen unter Wärmeeinwirkung miteinander verklebt. Durch eine oder mehrere dieser Maßnahmen wird eine besonders hohe mechanische Stabilität des Elektrodenstapels erreicht, wobei die Stapelschichten darüber hinaus thermisch gut mitei- nander gekoppelt werden, so dass eine Ableitung von in der Zelle entstehender Wärme in Richtung der Behälterwand begünstigt wird.
Eine Batterieanordnung weist mehrere erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtungen auf, an welchen Kontaktelemente vorgesehen sind, die miteinander elektrisch verbunden, insbesondere in Reihe und/oder parallel geschaltet, sind. Auf diese Weise werden die bei der jeweiligen Anwendung erforderlichen Spannungen bzw. Leistungen der Batterieanordnung realisiert.
Die erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung oder die Batterieanordnung wird vorteilhafterweise zur Versorgung eines Elektroantriebs oder Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie verwendet. Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden
Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigen: Fig. 1 ein Beispiel für den Aufbau einer Energiespeichervorrichtung;
Fig. 2 einen Ausschnitt aus einem Beispiel für den Aufbau eines Elektrodenstapels mit inneren Funktionsschichten;
Fig. 3 einen Ausschnitt aus einem Beispiel für eine Wickelschicht eines Elektrodenwickels sowie eine verkleinerte, schematische Darstellung einer um einen Wickelkern gewickelten Wickelschicht;
Fig. 4 einen Querschnitt durch einen Elektrodenstapel mit Funktionsschichten;
Fig. 5 einen Querschnitt durch einen Elektrodenwickel mit Funktionsschichten;
Fig. 6 ein Beispiel für eine schalenförmige äußere Funktionsschicht an einem Elektrodenstapel;
Fig. 7 ein weiteres Beispiel für eine äußere Funktionsschicht an einem Elektrodenstapel; und
Fig. 8 ein Beispiel für eine schalenförmige äußere Funktionsschicht an einem
Elektrodenwickel.
Figur 1 zeigt ein Beispiel für den Aufbau einer Energiespeichervorrichtung mit einem im Wesentlichen quaderförmigen Behälter 1 , welcher vorzugsweise aus Metall geformt ist und zu einer schmalen Seite hin offen ist. Der Behälter 1 kann beispielsweise mittels Fließpressen, insbesondere Kaltfließpressen, oder Tiefziehen eines entsprechenden Ausgangswerkstücks, insbesondere eines Blechs, hergestellt werden. Durch die offene Seite des Behälters 1 wird ein Elektrodenstapel 2 oder ein Elektrodenwickel (nicht dargestellt) in den Behälter 1 eingeführt. Die Elektrodenschichten des Elektrodenstapels 2 bzw. Elektrodenwickels gleicher Polarität, d.h. Anoden- bzw. Kathodenschichten, werden mit Kontaktfahnen 3 bzw. 5 elektrisch kontaktiert. Die Kontaktfahnen 3 und 5 werden mit Hilfe weiterer Kontaktelemente 4 bzw. 6 durch ein Isolationselement 7 hindurch mit dem Deckel 8 der Energiespeichervorrichtung kontaktiert bzw. mittels weiterer, nicht dargestellter Kontaktelemente durch eine Öffnung 9 im Deckel 8 hindurch aus der Energiespeichervorrichtung herausgeführt.
Vor dem Einführen in den Behälter 1 wird der Elektrodenstapel 2 bzw. Elektrodenwickel mit einer äußeren Funktionsschicht 10 versehen, welche diesen an den beiden Breit- und/oder Stirnseiten und/oder an der Bodenseite des quaderförmigen Elektrodenstapels 2 bzw. quaderähnlichen Elektrodenwickels umgibt. Die äußere Funktionsschicht 10 ragt im dargestellten Beispiel an den Seiten über die Höhe des Elektrodenstapels 2 hinaus, kann aber auch nur bis zur Höhe der Seiten des Elektrodenstapels 2 reichen oder auch niedriger sein, d.h. nur einen Teil der Seitenbereiche des Elektrodenstapels 2 bedecken.
Die äußere Funktionsschicht 10 ist nicht oder nur geringfügig elektronenleitend und weist einen zumindest teilweise stoffdurchlässigen Träger auf. Der Träger ist vorzugsweise auf mindestens einer Seite mit einem anorganischen Material beschichtet. Als wenigstens teilweise stoffdurchlässiger Träger wird vorzugswei- se ein organisches Material verwendet, welches vorzugsweise als nicht verwebtes Vlies ausgestaltet ist. Das organische Material, welches vorzugsweise ein Polymer und besonders bevorzugt ein Polyethylenterephthalat (PET) umfasst, ist mit einem anorganischen, vorzugsweise ionenleitenden Material beschichtet, welches weiter vorzugsweise in einem Temperaturbereich von - 40° C bis + 200° C ionenleitend ist. Das anorganische Material umfasst bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate mit wenigstens einem der Elemente Zr, AI, Li, besonders bevorzugt Zirkonoxid. Bevorzugt weist das anorganische, ionenleitende Material Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm auf. Schichten mit solchen Eigenschaften werden beispielsweise unter dem Handelsnamen "Separion" von der Evonik AG in Deutschland vertrieben.
Im Bereich der Mitte des Elektrodenstapels 2 ist mindestens eine innere Funktionsschicht 40 vorgesehen, die sich vorzugsweise über eine gesamte Stapelebe- ne des Elektrodenstapels 2 erstreckt. Bezüglich der Eigenschaften der inneren Funktionsschicht 40 gelten die vorstehenden Ausführungen zur äußeren Funktionsschicht 10 entsprechend. Dies bedeutet, dass für die inneren Funktionsschichten 40 vorzugsweise ebenfalls„Separion"-Schichten verwendet werden.
Die zumindest teilweise stoffdurchlässige äußere Funktionsschicht 10, die den Elektrodenstapel 2 bzw. Elektrodenwickel zumindest teilweise umgibt, kann insbesondere überschüssige Elektrolytflüssigkeit, die aus den zwischen den Anoden- und Kathodenschichten der Stapel- bzw. Wickelschichten befindlichen Separatorschichten austreten kann, zumindest temporär aufnehmen bzw. binden. Ein Aufstauen ausgetretener Elektrolytflüssigkeit im flüssigkeitsdichten Behäl- ter 1 kann dadurch auf einfache Weise verhindert werden, da in der zwischen dem Elektrodenstapel 2 bzw. -wickel und der Behälterwand befindlichen äußeren Funktionsschicht 10 zusätzlich Platz zur Aufnahme von Elektrolytflüssigkeit vorhanden ist. Ein Austreten von Elektrolytflüssigkeit aus der Energiespeichervorrichtung kann dadurch auf einfache Weise verhindert werden. Die Funktions- fähigkeit und -Sicherheit der Energiespeichervorrichtung wird dadurch deutlich erhöht.
Die im Inneren eines Elektrodenstapels 2 oder Elektrodenwickels vorgesehenen zumindest teilweise stoffdurchlässig inneren Zusatzschichten 40 können ebenfalls insbesondere überschüssige Elektrolytflüssigkeit, die aus den zwischen den Anoden- und Kathodenschichten der Stapel- bzw. Wickelschichten befindlichen Separatorschichten austreten kann, zumindest temporär aufnehmen oder binden. Ein Aufstauen überschüssiger Elektrolytmengen in dem üblicherweise in einem flüssigkeitsdichten Behälter 1 befindlichen Elektrodenstapel 2 bzw. Elektrodenwickel kann dadurch auf einfache Weise verhindert werden, da in den im Inneren des Elektrodenstapels 2 bzw. -Wickels befindlichen Funktionsschichten 40 zusätzlich Platz zur Aufnahme von Elektrolytflüssigkeit vorhanden ist. Ein Austreten von Elektrolytflüssigkeit aus der Zelle kann dadurch auf einfache Weise verhindert werden. Die Funktionsfähigkeit und Funktionssicherheit der Ener- giespeichervorrichtung wird dadurch deutlich erhöht. Durch die zumindest teilweise stoffdurchlässige innere Funktionsschicht 40 wird außerdem die Widerstandsfähigkeit der Zelle gegen mechanische Beanspruchung, z.B. aufgrund von Erschütterungen, und thermische Belastung, beispielsweise durch während des Ladens bzw. Entladens auftretende Temperaturerhöhungen, verbessert, was insgesamt lebensdauerverlängernd wirkt. Dies wird insbesondere dadurch begünstigt, dass die im Inneren zusätzlich vorhandenen inneren Funktionsschichten 40 eine gewisse Elastizität besitzen, durch welche in der Mitte des Stapels 2 bzw. im Wickelkern des Wickels ein Dehnungsraum geschaffen wird, durch welchen eine Ausdehnung oder Schrumpfung des Stapels 2 bzw. Wickels innerhalb gewisser Grenzen kompensiert werden kann, ohne dass der Stapel 2 bzw. Wickel selbst und/oder der Behälter 1 zu stark beansprucht würden.
Figur 2 zeigt einen Ausschnitt aus einem Beispiel für den Aufbau eines Elektrodenstapels 2 aus mehreren, insbesondere aus einer Vielzahl von, nebeneinander angeordneten bzw. übereinander gestapelten Stapelschichten 20, welche jeweils eine Anodenschicht 21 , eine Kathodenschicht 22, eine dazwischen angeordnete Separatorschicht 23 zur Aufnahme eines Elektrolyten sowie eine an der Anodenschicht 21 und/oder Kathodenschicht 22 vorgesehene Isolationsschicht 24 umfassen. Im Bereich der Mitte des Elektrodenstapels 2 sind mehrere - in diesem Fall drei - innere Funktionsschichten 40 vorgesehen, die von zwei Stapelschichten 20 eingeschlossen werden. Die inneren Funktionsschichten 40 liegen im gezeigten Beispiel zwischen etwa gleich vielen Stapelschichten 20 zu beiden Seiten. Die inneren Funktionsschichten 40 können alternativ aber auch zu einer Seite des Elektrodenstapels 2 hin versetzt, d.h. außermittig, angeordnet sein. Figur 3 zeigt einen Ausschnitt (linker Teil der Figur) aus einem Beispiel einer Wickelschicht 30 eines Elektrodenwickels 12' sowie eine verkleinerte, schematische Darstellung (rechter Teil) einer um einen Wickelkern 40 gewickelten Wickelschicht 30. Die Wickelschicht 30 umfasst eine Anodenschicht 31 , eine Ka- thodenschicht 32, eine dazwischen befindliche Separatorschicht 33 zur Aufnahme eines Elektrolyten sowie eine an der Anodenschicht 31 und/oder Kathodenschicht 32 vorgesehene Isolationsschicht 34.
Bei dem im rechten Teil der Figur 3 schematisch dargestellten sog. Rundwickel 12' wurde die Wickelschicht 30 um einen im Wesentlichen runden Wickel- kern 13 herum gewickelt, welcher durch eine oder mehrere innere Funktionsschichten 40 gebildet wird. Nach dem Wickeln wird der Rundwickel 12' - beispielsweise durch Zusammendrücken in Richtung der in der Figur eingezeichneten Pfeile - in eine annähernd quaderförmige oder prismatische Form, einem sog. Flachwickel 12 (vgl. Fig. 5), gebracht, damit dieser in den quaderförmigen Behälter 1 passt.
Vorzugsweise handelt es sich sowohl bei der an den Außenwänden des Elektrodenstapels 2 bzw. Elektrodenwickels vorgesehenen äußeren Funktionsschicht 10 als auch bei den innerhalb des Elektrodenstapels 2 bzw. Elektrodenwickels vorgesehenen inneren Funktionsschichten 40 um Schichten aus„Sepa- rion". Darüber hinaus können als Separatorschichten 23, 33 und/oder als Isolationsschichten 24, 34 im Elektrodenstapel 2 bzw. im Elektrodenwickel ebenfalls in vorteilhafter Weise„Separion"-Schichten eingesetzt werden.
Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch einen Elektrodenstapel 2, welcher von einer äußeren Funktionsschicht 10 umschlossen ist. Die äußere Funktions- schicht 10 ist in diesem Beispiel als sogenannte Schrumpfschicht ausgestaltet, welche sich unter Wärmeeinwirkung zusammenziehen kann. Bei der Herstellung des Elektrodenstapels 2 werden dabei die übereinander gestapelten Stapelschichten 20, in deren Mitte sich gegebenenfalls mindestens eine innere Funktionsschicht 40 befindet, bereitgestellt und mit der noch nicht geschrumpften äu- ßeren Funktionsschicht 10 ummantelt. Anschließend wird die Ummantelung erwärmt, beispielsweise durch Bestrahlung mit Infrarotstrahlung oder durch Heißluft, so dass sich diese zusammenzieht und den aus den Stapelschichten 20 gebildeten Stapel eng umschließt. Die einzelnen Stapelschichten 20 sowie die gegebenenfalls zusätzlich vorgesehene innere Funktionsschicht 40 werden hierbei auf einfache und schnelle Weise zu einem stabilen Stapel fixiert, ohne dass eine zusätzliche Fixierung der einzelnen Stapelschichten 20 bzw. der inneren Funktionsschicht 40 erforderlich ist, was die Herstellung des Elektrodenstapels 2 deutlich vereinfacht. Figur 5 zeigt einen Querschnitt durch einen flachen Elektrodenwickel 12, bei welchem eine Wickelschicht 30 mehrmals um einen Wickelkern 13 herumgewickelt ist. Im Wickelkern 13 ist mindestens eine innere Funktionsschicht 40 vorgesehen. Der äußere Bereich des Elektrodenwickels 12 ist von einer äußeren Funktionsschicht 10 umgeben. Die Herstellung eines solchen sogenannten Flachwickels 12 kann beispielsweise dadurch erfolgen, dass die Wickelschicht 30 um einen zunächst im Wesentlichen kreisförmigen Wickelkern herumgewickelt wird (vgl. Figur 3). In dem kreisförmigen Wickelkern sind vorzugsweise mehrere Lagen, insbesondere mehrere Wickellagen, der inneren Funktionsschicht 40 enthalten. Dieser sogenannte Rundwickel wird anschließend so zusammengepresst, dass ein Flachwickel mit im Wesentlichen parallelen Seitenwänden, wie in Figur 5 dargestellt, erhalten wird. Der Flachwickel 12 wird dann - wie bereits im Zusammenhang mit Figur 4 erläutert - vorzugsweise mit einer schrumpfbaren äußeren Funktionsschicht 10 umgeben und nach einer Schrumpfung der äußeren Funktionsschicht 10 schließlich in der gewünschten Form gehalten. Entsprechend der Fixierung der Stapelschichten 20 bei dem in Figur 4 gezeigten Beispiel wird durch die Umschrumpfung des Elektrodenwickels 12 auch bei dem in Figur 5 gezeigten Beispiel eine Fixierung der einzelnen Wickelschichten 30 einschließlich der im Wickelkern 13 befindlichen inneren Funktionsschichten 40 erreicht, so dass auf eine zusätzliche Fixierung der ein- zelnen Wickelschichten 30 und/oder der inneren Funktionsschichten 40, beispielsweise durch Laminieren, verzichtet werden kann. Zusätzlich oder alternativ zur Fixierung mittels der äußeren Funktionsschicht 10 ist es möglich, die einzelnen Stapelschichten 20 des Elektrodenstapels 2 bzw. die Wickelschicht 30 des Elektrodenwickels 12 zumindest im Bereich eines Teils ihrer Berührungsfläche miteinander zu verbinden, vorzugsweise mittels eines Klebers. Hierbei ist es bevorzugt, einen Klebstoff zu wählen, welcher bei Zimmertemperatur fest ist und erst durch Erwärmung schmilzt und seine Klebewirkung entfaltet. In diesem Fall werden die mit einem entsprechenden Klebstoff versehenen Stapelschichten 20 bzw. Wickelschicht 30 durch eine sogenannte Heißlamination miteinander verbunden, indem diese beispielsweise unter Wär- meeinwirkung verpresst und/oder gewalzt werden. Durch die beschriebene, zumindest teilweise, Verbindung der einzelnen Stapelschichten 20 bzw. Wickelschicht 30 wird eine besonders hohe mechanische Stabilität des Stapels 2 bzw. Wickels 12, insbesondere im Fall einer Beschädigung des Behälters 1 von außen, erreicht. Bei den in den Figuren 4 und 5 gezeigten Beispielen ist die äußere Funktionsschicht 10 jeweils als Schrumpfschicht ausgestaltet. Alternativ können die äußeren Funktionsschichten 10 aber auch auf andere Weise im Bereich der Außenwände des Elektrodenstapels 2 bzw. des Elektrodenwickels 12 angebracht werden. Dies wird anhand der in den Figuren 6 bis 8 gezeigten Ausführungsbeispie- le näher erläutert.
Bei dem in Figur 6 gezeigten Beispiel wird der im Wesentlichen quaderförmige Elektrodenstapel 2 durch zwei schalenartige äußere Funktionsschichten 10a und 10b umschlossen. Aufgrund der Haibschalenform der beiden äußeren Funktionsschichten 10a und 10b bedecken diese jeweils eine Seitenfläche des Elekt- rodenstapels 2 vollständig sowie die vordere und hintere Stirnfläche sowie die Bodenfläche des Elektrodenstapels 2 jeweils zur Hälfte. Die beiden schalenförmigen äußeren Funktionsschichten 10a und 10b sind vorzugsweise so dimensioniert, dass ihre stirn- und bodenseitigen Kanten jeweils auf Stoß liegen, wenn die Schalen 10a und 10b den Elektrodenstapel 2 umschließen. Im Bereich der Stoßkanten werden die beiden Schalen 10a und 10b durch ein geeignetes Fixiermittel, beispielsweise ein umlaufendes Klebeband 1 1 , fixiert.
Bei dem in Figur 7 gezeigten Beispiel hat die äußere Funktionsschicht 10 zunächst die Form eines im Wesentlichen reckeckigen Bogens, auf welchem mittig der Elektrodenstapel 2 mit seiner Bodenfläche gesetzt wird. Im Bereich der jeweiligen Stirnseite des Elektrodenstapels 2 sind in der bogenförmigen äußeren Zusatzschicht 10 Ausschnitte 15 und 16 vorgesehen. Die beiden Flügel der bogenförmigen Funktionsschicht 10 werden sodann hochgeklappt und kommen an den jeweiligen Seitenflächen des Elektrodenstapels 2 zu liegen. Die im Bereich der jeweiligen Stirnseiten überstehenden Abschnitte 17 und 18 der Funktionsschicht 10 werden jeweils zur Stirnseite des Stapels 2 hin umgeklappt und - entsprechend dem in Figur 6 gezeigten Beispiel - mit Hilfe eines geeigneten Fixiermittels, insbesondere eines Klebebandes, fixiert.
Bei dem in Figur 8 gezeigten Beispiel wird ein Elektrodenwickel 12 in Form eines Flachwickels ebenfalls von zwei schalenförmigen äußeren Funktionsschichten 10a und 10b umkleidet. Die Ausführungen im Zusammenhang mit dem in Figur 6 gezeigten Beispiel gelten entsprechend.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Energiespeichervorrichtung mit einem
Elektrodenwickel (12) mit mindestens einer um einen Wickelkern (13) herum gewickelten Wickelschicht (30), welche eine Anodenschicht (31 ), eine Kathodenschicht (32), eine zwischen der Anodenschicht (31) und der Kathodenschicht (32) befindliche Separatorschicht (33), die einen Elektrolyten aufnehmen kann, sowie eine an der Anodenschicht (31 ) und/oder Kathodenschicht (32) vorgesehene Isolationsschicht (34) aufweist,
dadurch gekennzeichnet, dass
im Wickelkern (13) mindestens eine innere Funktionsschicht (40) vorgesehen ist, die eine zumindest teilweise stoffdurchlässige Trägerschicht aufweist.
Energiespeichervorrichtung mit
einem Elektrodenstapel (2) mit mehreren Stapelschichten (20), welche jeweils eine Anodenschicht (21 ), eine Kathodenschicht (22), eine zwischen der Anodenschicht (21) und der Kathodenschicht (22) befindliche Separatorschicht (23), die einen Elektrolyten aufnehmen kann, sowie eine an der Anodenschicht (21) und/oder Kathodenschicht (22) vorgesehene Isolationsschicht (24) aufweisen,
dadurch gekennzeichnet, dass
zwischen zwei im Inneren, insbesondere im Bereich der Mitte, des Elektrodenstapels
(2) befindlichen Stapelschichten (20) mindestens eine innere Funktionsschicht (40) angeordnet ist, welche eine zumindest teilweise stoffdurchlässige Trägerschicht aufweist.
3. Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei die zumindest teilweise stoffdurchlässige Trägerschicht mindestens auf einer Seite mit einem anorganischen Material beschichtet ist.
4. Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 2, wobei das anorganische Material, insbesondere in einem Temperaturbereich zwischen minus
40°C und plus 200°C, ionenleitend ist.
5. Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 3 oder 4, wobei das anorganische Material wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phosphate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate mit wenigstens ei- nem der Elemente Zr, AI, Li, insbesondere Zirkoniumoxid, aufweist.
6. Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das anorganische Material Partikel mit einem größten Durchmesser unter 100 nm aufweist.
7. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zumindest teilweise stoffdurchlässige Trägerschicht aus einem organischen Material, insbesondere einem Polymer, insbesondere Po- lyethylenterephthalat (PET), hergestellt ist.
8. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die zumindest teilweise stoffdurchlässige Trägerschicht als Vlies ausgestaltet ist.
9. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die innere Funktionsschicht (40) nicht oder nur geringfügig elektronenleitend ist.
10. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei zwischen den beiden im Inneren, insbesondere im Bereich der Mitte, des Elektrodenstapels (2) befindlichen Stapelschichten (20) bzw. im Wickelkern (13) des Elektrodenwickels (12) mehrere Lagen der inneren Funktionsschicht (40) vorgesehen sind.
11. Energiespeichervorrichtung nach einem der vorangehenden Ansprüche mit einem Behälter (1 ) zur Aufnahme der Energiespeicherzelle.
12. Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 11 , wobei der Behälter (1) einen einseitig offenen Hohlkörper aufweist, welcher insbesondere quaderförmig oder quaderförmig mit zwei nach außen gewölbten Stirnflächen ausgebildet ist.
13. Batterieanordnung mit mehreren Energiespeichervorrichtungen nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei an den Energiespeichervorrichtungen vorgesehene Kontaktelemente (4, 6) miteinander elektrisch verbunden sind.
14. Verwendung der Energiespeichervorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 12 oder der Batterieanordnung nach Anspruch 13 zur Versorgung eines Elektroantriebs oder Hybridantriebs eines Kraftfahrzeugs mit elektrischer Energie.
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