WO2013107645A1 - Elektrochemischer energiespeicher oder energiewandler - Google Patents

Elektrochemischer energiespeicher oder energiewandler Download PDF

Info

Publication number
WO2013107645A1
WO2013107645A1 PCT/EP2013/000133 EP2013000133W WO2013107645A1 WO 2013107645 A1 WO2013107645 A1 WO 2013107645A1 EP 2013000133 W EP2013000133 W EP 2013000133W WO 2013107645 A1 WO2013107645 A1 WO 2013107645A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
housing
energy converter
sealing material
electrochemical energy
energy
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/000133
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Tim Schaefer
Original Assignee
Li-Tec Battery Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Li-Tec Battery Gmbh filed Critical Li-Tec Battery Gmbh
Priority to EP13700620.1A priority Critical patent/EP2805364A1/de
Publication of WO2013107645A1 publication Critical patent/WO2013107645A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/028—Sealing means characterised by their material
    • H01M8/0282—Inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/186—Sealing members characterised by the disposition of the sealing members
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/19—Sealing members characterised by the material
    • H01M50/191—Inorganic material
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/183—Sealing members
    • H01M50/19—Sealing members characterised by the material
    • H01M50/198—Sealing members characterised by the material characterised by physical properties, e.g. adhesiveness or hardness
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/02—Details
    • H01M8/0271—Sealing or supporting means around electrodes, matrices or membranes
    • H01M8/0286—Processes for forming seals
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the present invention relates to an electrochemical energy store or energy converter, in particular a rechargeable bare electrochemical
  • Electrochemical energy storage devices or energy converters in particular secondary cells for supplying electrical consumers, in particular motor vehicle drives, are known from the prior art.
  • Secondary cells each have a housing, an electrode assembly for providing electrical energy and usually two current conductors.
  • the current conductors extend at least partially out of the housing into the environment of the secondary cell. Inside the case are the
  • Electrode assembly and the current conductor electrically connected to each other.
  • the lifetime and reliability of some known types of electrochemical energy storage or energy converters is often perceived as insufficient.
  • the object is achieved by an electrochemical energy storage or
  • an electrochemical energy storage or a
  • electrochemical energy converter with an electrochemically active material in a package or in a housing made of electrochemically inactive material, wherein at least one wall of the package or the housing or at least one in or on a wall of the package or the housing attached or arranged means of
  • An electrochemical energy store in the sense of the invention means a device which can store energy in chemical form and deliver it in electrical form to a consumer. Accordingly, an electrically rechargeable or rechargeable electrochemical
  • Electrochemical energy stores are preferably constructed from a plurality of electrochemical cells which are electrically connected in parallel and / or in series. Such electrochemical energy stores are also referred to as batteries. Rechargeable electrochemical cells are also called secondary cells. Important examples of secondary electrochemical cells are so-called Li-ion cells. Important examples of batteries are vehicle batteries made of a plurality of Li-ion cells.
  • An electrochemical energy converter in the sense of the invention means a device which can convert chemical energy into electrical energy, without the interposition of a heat engine and a generator.
  • electrochemical energy converters are so-called fuel cells.
  • An electrochemically active material in the context of the invention means a material which is involved in the conversion of chemical energy into electrical energy.
  • an electrochemically active material are electrodes, separators permeated by electrolytes, electrolytes and aggregates of such materials as, for example
  • Electrode stack or electrode coil Electrode stack or electrode coil.
  • An electrochemically inactive or inactive material in the sense of the invention is to be understood as meaning a material which is not involved in the conversion of chemical energy into electrical energy.
  • Important examples of an electrochemically inactive material are packaging of cells or housings of batteries.
  • Packages of cells are preferably made of multilayer composites of films of different materials, including plastics and metals.
  • a sealing material is to be understood as meaning a material which is suitable or at least intended for
  • Isolation effect of a package or a housing to improve or - especially under adverse conditions - to secure or seal a leak in the package or in the housing or an opening in one Device of energy storage or energy converter to close.
  • a sealing material which increases its specific volume when a threshold temperature is exceeded.
  • Exceeding a threshold temperature in the context of the invention is a
  • the or a temperature of a material increases with time and at a certain time, preferably depending on the physical, chemical and / or other properties of the material temperature, the threshold temperature, and then exceeds. Even before reaching or exceeding the threshold temperature, the specific volume, ie the volume per unit mass or per
  • a sealing material according to the invention already enlarge. At and possibly after crossing the
  • Threshold takes place in a sealing material according to the invention in any case a significant increase in the specific volume.
  • an electrochemical energy storage or energy converter is provided in which the sealing material is arranged in, on or on the wall of the package or the housing that the
  • Exceeding the threshold temperature, increasing the specific volume of the sealing material may help to seal a leak in the package or in the housing or close an opening in a device of the energy store or energy converter.
  • This embodiment has the advantage that leaks that may have formed in the wall of the packaging or the housing of the energy storage or energy converter by uncontrolled tearing or tearing of the wall, or openings in a device of the Energy storage or energy converter, for example, in a valve or in a predetermined breaking point, which should allow a temporary escape of gaseous substances, can be closed after eliminating the causal processes. Often, such events occur as a result of events in which the affected energy storage or
  • an electrochemical energy storage or energy converter is provided, wherein the sealing material in the
  • Threshold temperature absorbs heat from its surroundings.
  • the absorption of heat and the delay in exceeding the threshold temperature is preferably effected by a suitable proportion of a substance in the sealing material, which in a suitable
  • Temperature range which is preferably just below the
  • Threshold temperature passes through a phase transition, in which this material absorbs latent heat before its temperature further increases. For example, if the threshold temperature is above the boiling point of water or other liquid with a phase transition to the vapor phase, then these liquids are to be admixed with such
  • Water is preferred in conjunction with silicates or other minerals or materials when these minerals or materials, in combination with water, begin to swell under the action of heat, that is, their specific
  • an electrochemical energy storage or energy converter is provided, wherein the sealing material according to the
  • Preferred examples of such materials are mixtures of water and silicates or other materials. Is the material swollen and
  • an electrochemical energy storage or energy converter is provided, wherein the sealing material fibers,
  • a mineral or glass wool preferably comprises a mineral or glass wool.
  • Such materials have proved to be particularly suitable, because they except the property, their specific volume when exceeding a Threshold to increase, even more advantageous properties that make their use as sealing materials in the context of the present invention appear particularly advantageous. These properties include their high mechanical stability and good sealability.
  • an electrochemical energy storage or energy converter is provided, wherein the sealing material at least before the increase in its specific volume when exceeding a
  • Threshold temperature contains water.
  • an electrochemical energy storage or energy converter is provided, wherein the sealing material contains a silicate.
  • an electrochemical energy storage or energy converter in which the sealing material is arranged as an insert between two layers of the existing of a plurality of layers of packaging or the housing.
  • an electrochemical energy storage or energy converter is provided in which the sealing material is disposed at least in places on the outside of the battery case.
  • an electrochemical energy storage or energy converter in which the sealing material is arranged so that the occurrence of arcs or sparking in the
  • the sealing material consists of a hydrous
  • silicates such as sodium silicate or potassium silicate.
  • the aqueous solutions of these minerals are also referred to as water glass.
  • the sealing material contains not only water and silicates but also fibers, preferably mineral wool.
  • Such preparations begin with heat, preferably from a temperature of 100 ° C under pressure (typically about 0.9 N / mm 2 ) to swell or foam. In a very short time (typically about 50 seconds), the specific volume of such materials can increase considerably. This results in a non-flammable, heat-insulating, mechanically stable sealant. This sealant closes joints, gaps and channels tight and is characterized by very good heat insulating properties. In the process of volume increase, the material absorbs heat well, resulting in a cooling effect.
  • 1 a schematically shows an electrochemical energy store or energy converter according to the prior art
  • 1 b schematically shows an electrochemical energy store or energy converter according to a preferred embodiment of the invention
  • Energy storage or energy converter with a housing or a
  • Packaging 1 is known from the prior art.
  • the packaging is in many cases, in particular in so-called Li-ion cells of the Pouch or Coffebag type, a multilayer film packaging.
  • This packaging or a corresponding housing serves to a mass transfer between the interior of the package or the housing in which the
  • electrochemically active components of the electrochemical energy storage or energy converter are located, and the environment to prevent, avoid or limit to an appropriate level.
  • the packaging is regularly tightly sealed, preferably welded or heat sealed. At some critical points, for example at the points where the electrical connections 3 pass through the wall 2 of the packaging or of the housing, the risk is particularly great that undesired
  • Openings or leaks can form.
  • a sealing material 4 is arranged at these critical points, which when crossing a Threshold temperature increases its specific volume.
  • the arrangement of the sealing material can its
  • Volume expansion help to close a leak 5 or 6 opening.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sealing Battery Cases Or Jackets (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Bei einem Elektrochemischer Energiespeicher oder Energiewandler mit einem elektrochemisch aktiven Material in einer Verpackung (1) oder in einem Gehäuse (1) aus elektrochemisch nicht aktivem Material weist eine Wandung (2) der Verpackung oder des Gehäuses oder eine in, an oder auf einer Wandung der Verpackung oder des Gehäuses angebrachte oder angeordnete Einrichtung (3) des Energiespeichers oder Energiewandlers wenigstens stellenweise ein Dichtungsmaterial (4) auf, das beim Überschreiten einer Schwellentemperatur sein spezifisches Volumen vergrößert. Das Dichtungsmaterial kann derart in, an oder auf der Wandung der Verpackung oder des Gehäuses angeordnet sein, dass die beim Überschreiten der Schwellentemperatur eintretende Vergrößerung des spezifischen Volumens des Dichtungsmaterials dazu beitragen kann, eine Undichtigkeit (5) in der Verpackung oder in dem Gehäuse abzudichten oder eine Öffnung (6) in einer Einrichtung des Energiespeichers oder Energiewandlers zu verschließen.

Description

Elektrochemischer Energiespeicher oder Energiewandler
B e s c h r e i b u n g
Die vorliegende Erfindung betrifft einen elektrochemischen Energiespeicher oder Energiewandler, insbesondere eine wiede rauflad bare elektrochemische
Energiespeicherzelle, nachfolgend auch Sekundärzelle genannt, für eine
Batterie.
Aus dem Stand der Technik sind elektrochemischen Energiespeicher oder Energiewandler, insbesondere Sekundärzellen zur Versorgung von elektrischen Verbrauchern, insbesondere von KFZ-Antrieben bekannt. Solche
Sekundärzellen weisen jeweils ein Gehäuse, eine Elektrodenbaugruppe zum Bereitstellen elektrischer Energie und zumeist zwei Stromableiter auf. Die Stromableiter erstrecken sich zumindest teilweise aus dem Gehäuse in die Umgebung der Sekundärzelle. Innerhalb des Gehäuses sind die
Elektrodenbaugruppe und die Stromableiter elektrisch leitend miteinander verbunden. Die Lebensdauer und Betriebssicherheit einiger bekannter Bauarten von elektrochemischen Energiespeichern oder Energiewandlern wird häufig als unzureichend empfunden.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, elektrochemische Energiespeicher oder Energiewandler mit möglichst hoher Lebensdauer und Betriebssicherheit zur Verfügung zu stellen. Die Aufgabe wird durch einen elektrochemischen Energiespeicher oder
Energiewandler gemäß Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Erfindungsgemäß ist ein elektrochemischer Energiespeicher oder ein
elektrochmischer Energiewandler mit einem elektrochemisch aktiven Material in einer Verpackung oder in einem Gehäuse aus elektrochemisch nicht aktivem Material vorgesehen, wobei wenigstens eine Wandung der Verpackung oder des Gehäuses oder wenigstens eine in, an oder auf einer Wandung der Verpackung oder des Gehäuses angebrachte oder angeordnete Einrichtung des
Energiespeichers oder Energiewandlers wenigstens stellenweise ein
Dichtungsmaterial aufweist, das beim Überschreiten einer Schwellentemperatur sein spezifisches Volumen vergrößert.
Unter einem elektrochemischen Energiespeicher im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung zu verstehen, die Energie in chemischer Form speichern und in elektrischer Form an einen Verbraucher abgeben kann. Dementsprechend ist ein elektrisch aufladbarer oder wiederaufladbarer elektrochemischen
Energiespeicher eine Vorrichtung, die Energie in elektrischer Form von einer Energiequelle aufnehmen, in chemischer Form speichern und in elektrischer Form an einen Verbraucher abgeben kann. Elektrochemische Energiespeicher sind vorzugsweise aus einer Mehrzahl von elektrochemischen Zellen, die elektrisch parallel und bzw oder seriell zusammengeschaltet sind aufgebaut. Solche elektrochemischen Energiespeicher werden auch als Batterien bezeichnet. Aufladbare elektrochemische Zellen heißen auch Sekundärzellen. Wichtige Beispiele für elektrochemische Sekundärzellen sind sogenannte Li- Ionen-Zellen. Wichtige Beispiele für Batterien sind Fahrzeugbatterien aus einer Mehrzahl von Li-Ionen-Zellen.
Unter einem elektrochemischen Energiewandler im Sinne der Erfindung ist eine Vorrichtung zu verstehen, die chemische Energie in elektrische Energie umwandeln kann, und zwar ohne Zwischenschaltung einer Wärmekraftmaschine und eines Generators. Wichtige Beispiele für elektrochemische Energiewandler sind sogenannte Brennstoffzellen.
Unter einem elektrochemisch aktiven Material im Sinne der Erfindung ist ein Material zu verstehen, das an der Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie beteiligt ist. Wichtige Beispiele für ein elektrochemisch aktives Material sind Elektroden, von Elektrolyten durchsetzte Separatoren, Elektrolyte und Aggregate aus solchen Materialien wie beispielsweise
Elektrodenstapel oder Elektrodenwickel.
Unter einem elektrochemisch nicht aktiven oder inaktiven Material im Sinne der Erfindung ist ein Material zu verstehen, das an der Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie nicht beteiligt ist. Wichtige Beispiele für ein elektrochemisch inaktives Material sind Verpackungen von Zellen oder Gehäuse von Batterien. Verpackungen von Zellen sind vorzugsweise aus mehrschichtigen Verbünden von Folien aus unterschiedlichen Materialien gefertigt, darunter, Kunststoffe und Metalle.
Unter einer Verpackung oder unter einem Gehäuse im Sinne der Erfindung ist eine Anordnung von einem Material oder von mehreren Materialien zu verstehen, die geeignet oder wenigstens dazu bestimmt ist, einen
Stoffaustausch oder Materialtransport zwischen dem Innenraum und dem Außenraum der Verpackung oder des Gehäuses zu verhindern oder wenigstens zu erschweren. Der Fachmann spricht in diesem Zusammenhang auch von einer Isolation gegen einen Stoffaustausch oder einen Materialtransport.
Unter einem Dichtungsmaterial im Sinne der Erfindung ist ein Material zu verstehen, das geeignet oder wenigstens dazu bestimmt ist, die
Isolationswirkung einer Verpackung oder eines Gehäuses zu verbessern oder - insbesondere unter widrigen Bedingungen - zu sichern oder eine Undichtigkeit in der Verpackung oder in dem Gehäuse abzudichten oder eine Öffnung in einer Einrichtung des Energiespeichers oder Energiewandlers zu verschließen.
Erfindungsgemäß ist ein Dichtungsmaterial vorgesehen, das beim Überschreiten einer Schwellentemperatur sein spezifisches Volumen vergrößert. Unter einem Überschreiten einer Schwellentemperatur im Sinne der Erfindung ist ein
Vorgang zu verstehen, bei dem die oder eine Temperatur eines Materials mit der Zeit ansteigt und zu einem gewissen Zeitpunkt eine vorzugsweise von den physikalischen, chemischen und bzw oder weiteren Eigenschaften des Materials abhängige Temperatur, die Schwellentemperatur, erreicht und anschließend überschreitet. Auch vor dem Erreichen oder Überschreiten der Schwellentemperatur kann sich das spezifische Volumen, also das Volumen pro Masseeinheit oder pro
Stoffmengeneinheit, eines erfindungsgemäßen Dichtungsmaterials bereits vergrößern. Bei und möglicherweise auch nach dem Überschreiten der
Schwellentemperatur findet bei einem erfindungsgemäßen Dichtungsmaterial jedenfalls eine deutliche Vergrößerung des spezifischen Volumens statt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, deren Merkmale auch mit Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden können, ist ein elektrochemischer Energiespeicher oder Energiewandler vorgesehen, bei dem das Dichtungsmaterial derart in, an oder auf der Wandung der Verpackung oder des Gehäuses angeordnet ist, dass die beim
Überschreiten der Schwellentemperatur eintretende Vergrößerung des spezifischen Volumens des Dichtungsmaterials dazu beitragen kann, eine Undichtigkeit in der Verpackung oder in dem Gehäuse abzudichten oder eine Öffnung in einer Einrichtung des Energiespeichers oder Energiewandlers zu verschließen.
Diese Ausführungsform hat den Vorteil, dass Undichtigkeiten, die sich in der Wandung der Verpackung oder des Gehäuses des Energiespeichers oder Energiewandlers durch unkontrolliertes Aufreißen oder Einreißen der Wandung gebildet haben können, oder Öffnungen in einer Einrichtung des Energiespeichers oder Energiewandlers, beispielsweise in einem Ventil oder in einer Sollbruchstelle, die ein vorübergehendes Austreten gasförmiger Stoffe ermöglichen sollten, nach Wegfall der hierfür ursächlichen Vorgänge wieder verschlossen werden können. Häufig treten solche Ereignisse nämlich als Folge von Vorgängen auf, bei denen sich der betroffene Energiespeicher oder
Energiewandler oder Teile davon vorzugsweise stark erwärmen, so dass die Überschreitung der Schwellentemperatur, die zu der bestimmungsgemäßen Volumenausdehnung des Dichtungsmaterials führen kann, automatisch als Folge dieser Vorgänge eintritt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, deren Merkmale auch mit Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden können, ist ein elektrochemischer Energiespeicher oder Energiewandler vorgesehen, bei dem das Dichtungsmaterial bei der
Vergrößerung seines spezifischen Volumens beim Überschreiten einer
Schwellentemperatur Wärme aus seiner Umgebung aufnimmt.
Derartige Dichtungsmaterialien bewirken eine Kühlung ihrer Umgebung, die einerseits dem zu einer Beschädigung der Dichtigkeit des Gehäuses oder der Verpackung führenden Vorgang, beispielsweise einer exothermen chemischen Reaktion, entgegenwirken kann und andererseits den Zeitpunkt des
Überschreitens der Schwellentemperatur hinauszögern kann, so dass die Dauer des Bestehens einer vorübergehenden Öffnung erhöht werden kann, bevor die Volumenzunahme des Dichtungsmaterials ein Schließen der Öffnung bewirkt. Die Aufnahme von Wärme und die Verzögerung des Überschreitens der Schwellentemperatur wird vorzugsweise durch einen geeigneten Anteil eines Stoffes in dem Dichtungsmaterial bewirkt, der in einem geeigneten
Temperaturbereich, welcher vorzugsweise knapp unterhalb der
Schwellentemperatur liegt, einen Phasenübergang durchläuft, bei dem dieses Material latente Wärme aufnimmt, bevor sich seine Temperatur weiter erhöht. Liegt die Schwellentemperatur beispielsweise über dem Siedepunkt von Wasser oder einer anderen Flüssigkeit mit einem Phasenübergang zur Dampfphase, dann sind diese Flüssigkeiten zur Beimischung zu einem solchen
Dichtungsmaterial besonders geeignet.
Wasser ist in Verbindung mit Silikaten oder anderen Mineralien oder Materialien bevorzugt, wenn diese Mineralien oder Materialien in Verbindung mit Wasser unter Einwirkung von Wärme zu quellen beginnen, also ihr spezifisches
Volumen vergrößern. Besonders bevorzugt sind Materialien, die nach der Volumenvergrößerung in diesem Zustand elastisch aushärten, also einen elastischen Körper bilden, dessen Volumen bei einem Rückgang der
Temperatur nach Möglichkeit gleich bleibt. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, deren Merkmale auch mit Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden können, ist ein elektrochemischer Energiespeicher oder Energiewandler vorgesehen, bei dem das Dichtungsmaterial nach dem
Abschluss des Prozesses der Vergrößerung seines spezifischen Volumens beim Überschreiten einer Schwellentemperatur Wärme schlecht leitet.
Bevorzugte Beispiele für derartige Materialien sind Mischungen aus Wasser und Silikaten oder anderen Materialien. Ist das Material gequollen und
überschüssiges Wasser verdampft, wirken diese Materialien als gute Isolatoren. Ein unerwünschter Abtransport von Wärme wird so vermieden. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, deren Merkmale auch mit Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden können, ist ein elektrochemischer Energiespeicher oder Energiewandler vorgesehen, bei dem das Dichtungsmaterial Fasern,
vorzugsweise eine Mineral- oder Glaswolle aufweist. Solche Materialien haben sich als besonders geeignet erwiesen, weil sie außer der Eigenschaft, ihr spezifisches Volumen beim Überschreiten einer Schwellentemperatur zu vergrößern, noch weitere vorteilhafte Eigenschaften aufweisen, die ihre Verwendung als Dichtungsmaterialien im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung besonders vorteilhaft erscheinen lassen. Zu diesen Eigenschaften gehören ihre hohe mechanische Stabilität und ihr gutes Dichtungsvermögen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, deren Merkmale auch mit Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden können, ist ein elektrochemischer Energiespeicher oder Energiewandler vorgesehen, bei dem das Dichtungsmaterial wenigstens vor der Vergrößerung seines spezifischen Volumens beim Überschreiten einer
Schwellentemperatur Wasser enthält.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, deren Merkmale auch mit Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden können, ist ein elektrochemischer Energiespeicher oder Energiewandler vorgesehen, bei dem das Dichtungsmaterial ein Silikat enthält.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, deren Merkmale auch mit Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden können, ist ein elektrochemischer Energiespeicher oder Energiewandler vorgesehen, bei dem das Dichtungsmaterial als Einlage zwischen zwei Schichten der aus einer Mehrzahl von Schichten bestehenden Verpackung oder des Gehäuses angeordnet ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, deren Merkmale auch mit Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden können, ist ein elektrochemischer Energiespeicher oder Energiewandler vorgesehen, bei dem das Dichtungsmaterial wenigstens stellenweise außen am Batteriegehäuse angeordnet ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, deren Merkmale auch mit Merkmalen anderer Ausführungsformen kombiniert werden können, ist ein elektrochemischer Energiespeicher oder Energiewandler vorgesehen, bei dem das Dichtungsmaterial so angeordnet ist, dass es das Auftreten von Lichtbögen oder eine Funkenbildung in der
Umgebung, an der Gehäuseoberfläche oder an elektrischen Leitern des elektrochemischen Energiespeichers oder Energiewandlers verhindern oder erschweren kann.
Vorzugsweise besteht das Dichtungsmaterial aus einer wasserhaltigen
Zubereitung von Silikaten, wie beispielsweise Natriumsilikat oder Kaliumsilikat. Die wässrigen Lösungen dieser Mineralien werden auch als Wasserglas bezeichnet. Vorzugsweise enthält das Dichtungsmaterial neben Wasser und Silikaten auch Fasern, vorzugsweise Mineralwolle. Derartige Zubereitungen beginnen bei Wärmezufuhr, vorzugsweise ab einer Temperatur von 100°C unter Druckentwicklung ( typisch ca. 0,9 N/mm2 ) zu quellen oder aufzuschäumen. In recht kurzer Zeit (typisch ca. 50s) kann das spezifische Volumen solcher Materialen beträchtlich ansteigen. Dabei entwickelt sich eine nicht brennbare, Hitze gut dämmende, mechanisch stabile Dichtmasse. Diese Dichtmasse schließt Fugen, Spalten und Kanäle dicht ab und zeichnet sich durch sehr gute wärmeisolierende Eigenschaften aus. Bei dem Prozess der Volumenzunahme nimmt das Material Wärme gut auf, so dass es zu einem Kühleffekt kommt.
Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt: Fig. 1 a in schematischer Weise einen elektrochemischen Energiespeicher oder Energiewandler gemäß dem Stand der Technik; Fig. 1 b in schematischer Weise einen elektrochemischen Energiespeicher oder Energiewandler gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung;
Das in Fig.1 a schematisch gezeigte Beispiel eines elektrochemischen
Energiespeichers oder Energiewandlers mit einem Gehäuse oder einer
Verpackung 1 ist aus dem Stand der Technik bekannt. Die Verpackung ist in vielen Fällen, insbesondere bei sogenannten Li-Ionen-Zellen vom Pouch- oder Coffebag-Typ, eine mehrschichtige Folienverpackung. Diese Verpackung oder auch ein entsprechendes Gehäuse dient dazu, einen Stoffaustausch zwischen dem Inneren der Verpackung oder des Gehäuses, in dem sich die
elektrochemisch aktiven Bestandteile des elektrochemischen Energiespeichers oder Energiewandlers befinden, und der Umgebung zu verhindern, zu vermeiden oder auf ein bestimmungsgemäßes Maß zu beschränken. Dies bedeutet insbesondere, das die Verpackung oder das Gehäuse unter anderem die Aufgabe haben, ein Austreten Flüssigkeiten oder Feststoffen in die
Umgebung regelmäßig zu verhindern, wobei bei einigen Bauformen solcher Energiespeicher oder Energiewandler Vorkehrungen, wie z.B. Sollbruchstellen oder Ventile vorgesehen sind, über die im Inneren der Verpackung oder des Gehäuses sich bildende gasförmige Stoffe kontrolliert austreten können sollen. Um diese Funktion erfüllen zu können, ist die Verpackung regelmäßig dicht abgeschlossen, vorzugsweise verschweißt oder heißversiegelt. An einigen kritischen Stellen, beispielsweise an den Stellen, an denen die elektrischen Anschlüsse 3 durch die Wandung 2 der Verpackung oder des Gehäuses hindurchtreten, ist die Gefahr besonders groß, dass sich unerwünschte
Öffnungen oder Undichtigkeiten bilden können.
Im dem in der Fig. 1 b schematisch gezeigten Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeichers oder Energiewandlers mit einem Gehäuse oder einer Verpackung 1 ist an diesen kritischen Stellen ein Dichtungsmaterial 4 angeordnet, das beim Überschreiten einer Schwellentemperatur sein spezifisches Volumen vergrößert. Bei geeigneter Art und Weise der Anordnung des Dichtungsmaterials kann dessen
Volumenausdehnung dazu beitragen, eine Undichtigkeit 5 oder eine Öffnung 6 zu verschließen.
Bezugszeichenliste
Verpackung oder Gehäuse
Wandung
Einrichtung
Dichtungsmaterial
Undichtigkeit
Öffnung

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
Elektrochemischer Energiespeicher oder elektrochemischer
Energiewandler mit einem elektrochemisch aktiven Material, das in einem Gehäuse (1) aus einem elektrochemisch nicht aktiven Material aufgenommen ist, wobei wenigstens eine Wandung (2) des Gehäuses oder wenigstens eine in, an oder auf einer Wandung des Gehäuses angeordnete Einrichtung (3) des Energiespeichers oder Energiewandlers wenigstens stellenweise ein Dichtungsmaterial (4) aufweist, das beim Überschreiten einer Schwellentemperatur sein spezifisches Volumen vergrößert und vorzugsweise derart in, an oder auf der Wandung des Gehäuses angeordnet ist, dass die beim Überschreiten der
Schwellentemperatur eintretende Vergrößerung des spezifischen
Volumens des Dichtungsmaterials dazu beitragen kann, eine
Undichtigkeit (5) in dem Gehäuse abzudichten oder eine Öffnung (6) in dieser oder einer weiteren Einrichtung des Energiespeichers oder Energiewandlers zu verschließen.
2. Elektrochemischer Energiespeicher oder Energiewandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Dichtungsmaterial bei der Vergrößerung seines spezifischen Volumens beim Überschreiten einer Schwellentemperatur Wärme aus seiner Umgebung aufnimmt.
Elektrochemischer Energiespeicher oder Energiewandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Dichtungsmaterial nach dem Abschluss des Prozesses der Vergrößerung seines spezifischen Volumens beim Überschreiten einer
Schwellentemperatur Wärme schlecht leitet. Elektrochemischer Energiespeicher oder Energiewandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Dichtungsmaterial nach dem Abschluss des Prozesses der Vergrößerung seines spezifischen Volumens beim Überschreiten einer
Schwellentemperatur elektrischen Strom schlecht leitet.
Elektrochemischer Energiespeicher oder Energiewandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Dichtungsmaterial Fasern, vorzugsweise eine Mineral- oder Glaswolle aufweist.
Elektrochemischer Energiespeicher oder Energiewandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Dichtungsmaterial wenigstens vor der Vergrößerung seines spezifischen Volumens beim Überschreiten einer Schwellentemperatur Wasser enthält.
Elektrochemischer Energiespeicher oder Energiewandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Dichtungsmaterial ein Silikat enthält.
Elektrochemischer Energiespeicher oder Energiewandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Dichtungsmaterial als Einlage zwischen zwei Schichten der aus einer Mehrzahl von Schichten bestehenden Verpackung oder des Gehäuses angeordnet ist.
Elektrochemischer Energiespeicher oder Energiewandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Dichtungsmaterial wenigstens stellenweise außen am Batteriegehäuse angeordnet ist. Elektrochemischer Energiespeicher oder Energiewandler nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das
Dichtungsmaterial so angeordnet ist, dass es das Auftreten von
Lichtbögen oder eine Funkenbildung in der Umgebung, an der
Gehäuseoberfläche oder an elektrischen Leitern des elektrochemischen Energiespeichers oder Energiewandlers verhindern oder erschweren kann.
PCT/EP2013/000133 2012-01-17 2013-01-17 Elektrochemischer energiespeicher oder energiewandler WO2013107645A1 (de)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13700620.1A EP2805364A1 (de) 2012-01-17 2013-01-17 Elektrochemischer energiespeicher oder energiewandler

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261587173P 2012-01-17 2012-01-17
DE102012000819A DE102012000819A1 (de) 2012-01-17 2012-01-17 Elektrochemischer Energiespeicher oder Energiewandler
US61/587,173 2012-01-17
DE102012000819.8 2012-01-17

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2013107645A1 true WO2013107645A1 (de) 2013-07-25

Family

ID=48693062

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/000133 WO2013107645A1 (de) 2012-01-17 2013-01-17 Elektrochemischer energiespeicher oder energiewandler

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2805364A1 (de)
DE (1) DE102012000819A1 (de)
WO (1) WO2013107645A1 (de)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017219324A1 (de) * 2017-10-27 2019-05-02 Gs Yuasa International Ltd. Batteriezelle und Verfahren zum Herstellen einer solchen
FR3073983B1 (fr) * 2017-11-21 2019-11-15 Commissariat A L'energie Atomique Et Aux Energies Alternatives Collecteur de courant poreux avec languette de connexion electrique dense pour systeme electrochimique etanche
DE102021133509A1 (de) 2021-12-16 2023-06-22 Audi Aktiengesellschaft Energiespeicher für ein Kraftfahrzeug, Kraftfahrzeug und Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4156533A (en) * 1978-04-28 1979-05-29 Minnesota Mining And Manufacturing Company High temperature gasket
WO2003064801A1 (en) * 2002-01-31 2003-08-07 Doors & More Srl Intumescent seal
WO2005086719A2 (en) * 2004-03-08 2005-09-22 Black & Decker Inc. Battery pack housing and packaging
US20110064997A1 (en) * 2009-08-14 2011-03-17 Justin Peskar Impact resistant battery

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4156533A (en) * 1978-04-28 1979-05-29 Minnesota Mining And Manufacturing Company High temperature gasket
WO2003064801A1 (en) * 2002-01-31 2003-08-07 Doors & More Srl Intumescent seal
WO2005086719A2 (en) * 2004-03-08 2005-09-22 Black & Decker Inc. Battery pack housing and packaging
US20110064997A1 (en) * 2009-08-14 2011-03-17 Justin Peskar Impact resistant battery

Also Published As

Publication number Publication date
EP2805364A1 (de) 2014-11-26
DE102012000819A1 (de) 2013-07-18

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2297803A1 (de) Galvanische zelle mit irreversibler sicherung
WO2013107491A1 (de) Zellengehäuse für elektrochemische zellen zum aufbau eines elektrochemischen energiespeichers
DE102009015687A1 (de) Galvanische Zelle mit Rahmen
WO2013097968A1 (de) Batteriemodul mit schrumpfschlauch
DE102012212299A1 (de) Elektrochemischer Speicher und Verfahren zum Herstellen eines elektrochemischen Speichers
EP2805364A1 (de) Elektrochemischer energiespeicher oder energiewandler
DE112011105637T5 (de) Sekundärbatterie
DE102009058861A1 (de) Akkumulatorzelle
DE102014201856A1 (de) Sondergehäuse für Batteriezellen
EP4020675A1 (de) Pouchzelle
DE102016213159A1 (de) Hybrid-Lithiumionenbatterie mit Flüssigelektrolytbereich und lokal beheizbarem Feststoffelektrolytbereich
DE102013202288A1 (de) Batteriezelle mit einem ein elastisch federndes Element aufweisenden Arretierkörper
EP2978062A1 (de) Batteriezelle
DE112015001939T5 (de) Vorrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie
DE102010055614A1 (de) Batteriegehäuse zur Aufnahme von Batterieeinzelzellen
DE102014015237A1 (de) Batterie und Verfahren zur Herstellung einer solchen Batterie
DE102009058955A1 (de) Volumenausgleichsanordnung für Akkumulator
WO2014195048A1 (de) Sicherheitsventil zum schutz einer galvanischen zelle vor schädigendem überdruck sowie zellgehäusedeckel und galvanische zelle mit sicherheitsventil
DE102012224250A1 (de) Batteriezelle mit Gehäusedeckplatte mit einer durch einen Gewindebolzen verschlossenen Einfüllöffnung
DE112015001923T5 (de) Vorrichtung zur Speicherung von elektrischer Energie
WO2014114544A1 (de) Batteriemodul mit einem thermischen element
DE102013201856A1 (de) Batteriezelle, Batteriesystem sowie Kraftfahrzeug
EP2606522A1 (de) Elektrochemische zelle mit wenigstens einer druckentlastungsvorrichtung
DE102013203037A1 (de) Batteriezelle mit wenigstens einem eine Öffnung aufweisenden Anschlusspol und Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle
DE102012217442A1 (de) Batteriezelle mit Anordnung zum einfachen Wechseln eines Gehäusepotentials

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13700620

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013700620

Country of ref document: EP