WO2014117900A1 - Batteriezelle mit schutzfolie und verbessertem sicherheitsverhalten - Google Patents

Batteriezelle mit schutzfolie und verbessertem sicherheitsverhalten Download PDF

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WO2014117900A1
WO2014117900A1 PCT/EP2013/076793 EP2013076793W WO2014117900A1 WO 2014117900 A1 WO2014117900 A1 WO 2014117900A1 EP 2013076793 W EP2013076793 W EP 2013076793W WO 2014117900 A1 WO2014117900 A1 WO 2014117900A1
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protective film
battery cell
housing
electrode element
battery
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PCT/EP2013/076793
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French (fr)
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Thomas Wöhrle
Michael Riefler
Markus Feigl
Christian Zielke
Calin Iulius WURM
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Robert Bosch Gmbh
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Publication date
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    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • Battery cells can be used, for example, to provide an electrical consumer with electrical energy for a long time.
  • battery cells generally have an anode, a cathode, a
  • the separator separates the anode and the cathode spatially and electrically from each other.
  • the anode and the cathode are enclosed by a housing, which may be formed as a hard or soft shell. In English one speaks of hardcase or softpack.
  • the housing can with the help of a
  • Plastic holder also referred to as a retainer, be equipped to shield the anode and the cathode electrically and mechanically from the housing.
  • the housing is damaged or destroyed, parts of the housing may penetrate into the interior of the battery cell and, if necessary, cause an internal short circuit, which is caused by the fact that it flows
  • Short circuit current can heat or heat the cell. As a result, it can sometimes lead to a large release of energy and pollutants.
  • a battery cell which has a housing and an electrode element arranged in the housing. Furthermore, the battery cell has a protective film which is between the
  • Electrode element and the housing is arranged.
  • the protective film is designed to protect the electrode element from mechanical force effects by the housing.
  • the idea of the present invention is based on the fact that the battery cell inside a protective film with high mechanical
  • the protective film can assume both an insulation function and a thermal protection between the electrode element and the housing as well as at the same time a protective function of the electrode element, e.g. meet sharp-edged objects. Furthermore, this protective film can be
  • Hold function by e.g. is designed as an adhesive film and so keeps the electrode element during assembly and during insertion into the housing in shape.
  • the protective film may e.g. replaced the previously used plastic holding element. Compared to the plastic holding elements used so far, the protective film can be made thinner, that is, with less volume and less weight.
  • the material thickness or thickness of the protective film can be chosen so that it is as thin as possible and yet resistant enough, for. Keep splinters of the housing away from the electrode element.
  • Electrode element can be increased with the same housing dimensions. In this way, the energy density (volumetric) and the specific energy (gravimetric) of the battery cell can be increased.
  • the protective film in this case has a material thickness, e.g. greater than the material thickness of the separator used in the battery cell.
  • the protective film can withstand higher mechanical stresses than e.g. the separator.
  • the protective film may be relatively thin, mechanically resilient and flexible, and also chemically and electrochemically stable.
  • the protective film has a high penetration resistance and can prevent a short circuit of the electrode element by penetrating housing parts. Further, the protective film may optionally prevent leakage of an electrolyte liquid.
  • the protective film can e.g. Be designed bag-shaped or completely envelop the electrode element.
  • the battery cell can, for example, in hybrid or in purely electric
  • a battery cell can also be used stationary, for example on buildings, for example in connection with solar cells. Further, the battery may be used for portable devices, such as portable devices. MP3 players and mobile phones are used.
  • a battery module may e.g. between 4 and 24
  • the battery cells can, for example, as
  • the battery cells can be embodied as lithium-sulfur batteries.
  • the battery cell is designed as a lithium-ion battery.
  • the lithium ion accumulator can be used as a rechargeable galvanic element be executed with intercalation.
  • So-called lithium-ion polymer cells or lithium polymer cells are lithium-ion cells which are packed in an aluminum composite foil. These are called soft packs or pouches.
  • the electrode element has at least one positive electrode, i. a cathode, and a negative electrode, i. an anode on.
  • the anode may be e.g. Graphite, carbon,
  • the cathode may include lithium transition metal oxides such as lithium cobalt oxide LiCoO 2 ,
  • the electrode element may have a separator.
  • the separator separates the cathode and the anode both spatially and electrically
  • the separator is porous and thus permeable to Li ions and to the electrolyte solution.
  • the separator may e.g. a plastic or a non-woven fiberglass.
  • the electrodes may be co-packaged together with the separator (so called "jelly rolls") or stacked units (called stack).
  • the housing of the battery cell may comprise an electrically conductive material.
  • the housing may be designed as a so-called soft shell (soft pack).
  • the soft shell may be a composite material, e.g. with aluminum and plastic.
  • the housing may be designed as a hard shell.
  • the hard shell may have a metal such as stainless steel or aluminum.
  • an electrolyte in particular a liquid electrolyte, may be provided in the battery cell.
  • the electrolyte may include an anhydrous solvent such as ethylene carbonate (EC), ethyl methyl carbonate (EMC) or dimethyl carbonate (DMC) (not exhaustive).
  • the electrolyte may have conductive salts such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ).
  • current collectors may be provided on the battery cell.
  • the protective film can, for example, completely surround the electrode element and protect it from mechanical influences by the housing.
  • Housing be pressed into the interior of the battery cell and the electrode element.
  • the protective film keeps them away from the electrode element due to a suitable choice of material and material thickness or prevents penetration, which could lead to a short circuit.
  • the protective film separates the electrodes from the housing, thereby preventing corrosion of an aluminum-based housing, which could take place when the anode (copper collector) contacts the housing.
  • the protective film used has a thickness of between 18 and 100 ⁇ m.
  • the protective film used has a thickness of between 18 and 100 ⁇ m.
  • Thickness of the protective film between 25 and 100 ⁇ and preferably between 25 and 50 ⁇ lie.
  • This thickness or material thickness is particularly well suited, which does not result in damage to the housing splitter inside the
  • the protective film may comprise at least one of the following materials: polyethylene (PE),
  • Polypropylene Polytetrafluoroethylene (PTFE), fluorinated ethylene-propylene, polyimide, polyamide, polyethylene terephthalate (PET) and / or
  • the protective film may comprise a combination of the materials mentioned here. These materials can be particularly chemically, mechanically or electrochemically resistant.
  • the housing has an electrically conductive material and the protective film has an electrically insulating material.
  • the protective film can also fulfill an insulation function in addition to the protective function.
  • the protective film thereby electrically isolates the electrode element from the housing.
  • the battery cell has a liquid electrolyte.
  • the electrically insulating material of the protective film is chemically inert to the liquid electrolyte. That is, the material of the protective film is chosen so that no chemical reaction or no dissolution or swelling of the protective film takes place by the electrolyte.
  • the protective film may be inert to components of the liquid electrolyte, e.g. organic solvents and lithium salts.
  • the protective film has an adhesion layer, which is provided in a first region of the protective film.
  • the adhesion layer may comprise a fixing material, which connects the protective film with itself and / or with the electrode element.
  • the protective film can be designed as an adhesive strip.
  • the first region of the protective film can correspond to an edge region of the protective film. In this way, the protective film can after it around the
  • Wound electrode element is glued at the edge region with a second region of the protective film which overlaps the edge region.
  • the first area of the protective film may be a complete one
  • the protective film can be glued during wrapping of the electrode element with this.
  • the protective film can be glued to itself in areas where it overlaps itself.
  • the adhesive layer allows a reliable fixation of the protective film on the electrode element and thus helps to avoid delocalization of the protective film from the electrode element.
  • Adhesion layer at least one material from the following group of materials: polysiloxane, acrylate or rubber. Furthermore, the
  • Adhesion layer further materials and / or a combination of the here have mentioned materials. Good results have been achieved with polysiloxane and acrylate adhesives.
  • the protective film is wrapped in one layer around the electrode element. That a material layer of
  • Protective film is sufficient to ensure sufficient safety of the battery cell, e.g. to prevent short circuits due to penetrating metal splinters. In contrast, wrapping the electrode element through a separator would not provide sufficient mechanical strength even with multiple layers.
  • Protective film is not necessary when using the protective film, since the material thickness and the material of the protective film are chosen such that a high
  • Tear resistance is ensured even with single-layer wrapping.
  • single-layer wrapping of the electrode element with the protective film space can be saved within the housing. This space can e.g. be used to an advantageous enlargement of the electrode element, in particular of the coil or stack.
  • the protective film can be provided only in partial regions of the electrode element, on which the housing is less mechanically stable than in other subregions.
  • the protective film may be provided only on three sides of the electrode member so that the electrode member may be used in areas where, e.g. The housing is particularly stable is not protected by the protective film.
  • the protective film can be the complete
  • the protective film may overlap in certain subregions. For example, at the corners of the
  • Electrode element or the housing risky areas are present. These can be protected particularly well by the use of the protective film.
  • the protective film can be reinforced in such areas.
  • the gain can be e.g. be implemented by a higher material thickness or thickness.
  • the protective film may be e.g. at the corners of the
  • a method for manufacturing a battery cell described above comprises the following steps: providing an electrode element; Providing a housing; Single-layer winding of the protective film around the electrode element;
  • the protective film is designed to protect the electrode element from mechanical influences through the housing.
  • the protective film Through the use of the protective film, the insertion of the electrode element into the housing can be simplified, since the protective film holds the electrode element together in the necessary form. Furthermore, the protective film may have a low coefficient of friction, so that the electrode element with the aid of the protective film can easily slide into the housing.
  • Fig. 1 shows an exploded view of the battery cell according to a
  • FIG. 1 is merely a schematic representation of the device according to the invention or its components according to embodiments of the invention. In particular distances and size relations are not in the figure
  • the battery cell 1 is designed as a lithium-ion battery.
  • the battery cell 1 has an electrode element 3 and a housing 1 1.
  • the housing 1 1 may comprise a conductive material such as metal.
  • the housing 1 1 may be potential-free or lie on the electrochemical potential of one of the electrodes in the interior of the battery cell 1.
  • the electrode element 3 has an anode 7 and a cathode 5.
  • a separator is provided between anode 7 and cathode 5.
  • anode 7, cathode 5 and the separator are so-called "jelly rolls"
  • an electrolyte may be provided in the electrode element 3.
  • the separator and the electrolyte are not shown in FIG.
  • a protective film 9 is provided between the electrode member 3 and the housing.
  • the material thickness of the protective film 9 is chosen so that the protective film 9 is as thin as possible and thereby provides sufficient puncture resistance to the electrode element 3, for. to protect against the penetration of metal fragments.
  • the safety behavior of the battery cell 1 is thus improved. Furthermore, by minimizing the thickness of the protective film 9, the safety behavior of the battery cell 1 is thus improved. Furthermore, by minimizing the thickness of the protective film 9, the safety behavior of the battery cell 1 is thus improved. Furthermore, by minimizing the thickness of the protective film 9, the safety behavior of the battery cell 1 is thus improved. Furthermore, by minimizing the thickness of the protective film 9, the safety behavior of the battery cell 1 is thus improved. Furthermore, by minimizing the thickness of the
  • the electrode element 3 can be optimally dimensioned.
  • the protective film 9 may comprise components such as e.g. replace a retainer. As a result, manufacturing costs can be saved.
  • the protective sheet 9 is made to hold the electrode member 3 in the shape and a shape, the manufacture can be simplified by the use of the protective sheet 9
  • the protective film 9 may further comprise or consist of an electrically insulating material. As a result, the electrode element 3 is electrically isolated from the housing 11. Furthermore, the material of the protective film 9 is chemically and electrochemically inert with respect to the electrolyte of the battery cell 1. It can protect 9 with the aid of an adhesive layer 13 on the
  • the adhesion layer 13 is arranged in four first regions of the protective film 9. These are located on edges of the electrode element 3 facing side of the protective film 9.
  • the protective film 9 can be any suitable material.

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Abstract

Es wird eine Batteriezelle (1), insbesondere ein Lithium-Ionen-Akkumulator vorgestellt. Die Batteriezelle weist ein Gehäuse (11) und ein Elektrodenelement (3) auf. Das Elektrodenelement (3) ist dabei im Gehäuse (11) angeordnet. Ferner weist die Batteriezelle (1) eine Schutzfolie (9) auf, die zwischen dem Elektrodenelement (3) und dem Gehäuse (11) angeordnet. Die Schutzfolie (9) ist ausgeführt, das Elektrodenelement (3) vor mechanischen Einwirkungen durch das Gehäuse (11) zu schützen.

Description

Beschreibung
Titel
Batteriezelle mit Schutzfolie und verbessertem Sicherheitsverhalten
Stand der Technik
Batteriezellen können zum Beispiel eingesetzt werden, um einen elektrischen Verbraucher über längere Zeit mit elektrischer Energie zu versorgen. Dabei weisen Batteriezellen im Allgemeinen eine Anode, eine Kathode, einen
Elektrolyten und einen zwischen Anode und Kathode angeordneten Separator auf. Der Separator trennt die Anode und die Kathode räumlich und elektrisch voneinander.
Die Anode und die Kathode sind von einem Gehäuse umschlossen, welches als Hart- oder als Weichschale ausgebildet sein kann. Im englischen spricht man dabei von Hardcase oder Softpack. Das Gehäuse kann mit Hilfe einer
Plastikhalterung, auch als Retainer bezeichnet, bestückt sein, um die Anode und die Kathode elektrisch und mechanisch vom Gehäuse abzuschirmen.
Bei einer Beschädigung oder Zerstörung des Gehäuses können Teile des Gehäuses ins Innere der Batteriezelle eindringen und gegebenenfalls einen internen Kurzschluss hervorrufen, welcher durch den dadurch fließenden
Kurzschlussstrom die Zelle erwärmen bzw. erhitzen kann. Dadurch kann es unter Umständen zu einer großen Energie- und Schadstofffreisetzung kommen.
Offenbarung der Erfindung
Es kann daher ein Bedarf an einer Batteriezelle mit einem verbesserten Zell- Design hinsichtlich Sicherheitsverhalten und einem verbesserten Herstellungsverfahren für eine entsprechende Batteriezelle bestehen, die gegebenenfalls gleichzeitig eine kostengünstigere Herstellung einer Batteriezelle ermöglichen.
Dieser Bedarf kann durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemäß den unabhängigen Ansprüchen gedeckt werden. Vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen beschrieben.
Im Folgenden werden Merkmale, Einzelheiten und mögliche Vorteile einer Vorrichtung gemäß Ausführungsformen der Erfindung im Detail diskutiert.
Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird eine Batteriezelle vorgestellt, d ein Gehäuse und ein im Gehäuse angeordnetes Elektrodenelement aufweist. Ferner weist die Batteriezelle eine Schutzfolie auf, die zwischen dem
Elektrodenelement und dem Gehäuse angeordnet ist. Dabei ist die Schutzfolie ausgeführt, das Elektrodenelement vor mechanischen Krafteinwirkungen durch das Gehäuse zu schützen.
Anders ausgedrückt basiert die Idee der vorliegenden Erfindung darauf, dass die Batteriezelle im Inneren eine Schutzfolie mit hoher mechanischer
Durchstoßfestigkeit aufweist, die um das Elektrodenelement gewickelt ist. Die Schutzfolie kann dabei sowohl eine Isolationsfunktion und einen thermischen Schutz zwischen dem Elektrodenelement und dem Gehäuse übernehmen als auch gleichzeitig eine Schutzfunktion des Elektrodenelements z.B. vor scharfkantigen Gegenständen erfüllen. Des Weiteren kann diese Schutzfolie eine
Haltefunktion erfüllen, indem sie z.B. als Klebefilm ausgeführt ist und so das Elektrodenelement beim Zusammenbau und beim Einführen ins Gehäuse in Form hält. Die Schutzfolie kann dabei z.B. das bisher verwendete Plastikhalteelement ersetzten. Im Vergleich zu den bisher verwendeten Plastikhalteelementen kann die Schutzfolie dünner, also mit weniger Volumen und weniger Gewicht ausgeführt sein. Die Materialstärke bzw. Dicke der Schutzfolie kann dabei so gewählt werden, dass diese möglichst dünn und dennoch widerstandsfähig genug ist, um z.B. Splitter des Gehäuses vom Elektrodenelement fernzuhalten.
Durch die Verwendung der Schutzfolie können Herstellungskosten eingespart werden, da diese wesentlich kostengünstiger als ein Plastikhalteelement sein kann. Ferner kann im Vergleich zu bekannten Batteriezellen mit
Plastikhalteelementen bei Verwendung der Schutzfolie eine Platzersparnis innerhalb der Batteriezelle erreicht werden. Hierdurch kann das
Elektrodenelement bei gleichbleibenden Gehäusedimensionen vergrößert werden. Auf diese Weise kann die Energiedichte (volumetrisch) und die spezifische Energie (gravimetrisch) der Batteriezelle erhöht werden.
Die Schutzfolie weist dabei eine Materialstärke auf, die z.B. größer ist als die Materialstärke des in der Batteriezelle verwendeten Separators. Durch die entsprechende Wahl der Materialstärke und des Materials der Schutzfolie kann die Schutzfolie höheren mechanischen Belastungen standhalten, als z.B. der Separator. Ferner kann die Schutzfolie relativ dünn, mechanisch widerstandfähig und flexibel bzw. elastisch, und ferner chemisch und elektrochemisch stabil sein.
Insgesamt weist die Schutzfolie eine hohe Eindringfestigkeit auf und kann einen Kurzschluss des Elektrodenelements durch eindringende Gehäuseteile verhindern. Ferner kann die Schutzfolie gegebenenfalls ein Auslaufen einer Elektrolytflüssigkeit verhindern. Hierzu kann die Schutzfolie z.B. Tüten-förmig ausgeführt sein bzw. das Elektrodenelement komplett umhüllen.
Die Batteriezelle kann beispielsweise in Hybrid- oder in rein elektrisch
betriebenen Fahrzeugen und Transportmitteln verwendet werden. Ferner kann ein die Batteriezelle auch stationär, beispielsweise an Gebäuden zum Beispiel in Zusammenhang mit Solarzellen, verwendet werden. Ferner kann die Batterie für transportable Geräte, wie z.B. MP3-Player und Mobil-Telefone eingesetzt werden.
Mehrere der erfindungsgemäßen Batteriezellen können zu einem Batteriemodul zusammengefasst sein. Ein Batteriemodul kann z.B. zwischen 4 und 24
Batteriezellen aufweisen. Die Batteriezellen können beispielsweise als
Lithiumionenbatterien ausgeführt sein. Ferner können die Batteriezellen als Lithiumschwefelakkus ausgeführt sein.
Vorzugsweise ist die Batteriezelle als Lithium-Ionen-Akkumulator ausgeführt. Der Lithium-Ionen- Akkumulator kann als wiederaufladbares galvanisches Element mit Interkalationselektroden ausgeführt sein. Sogenannte Lithium-Ionen-Polymer- Zellen oder Lithium-Polymer-Zellen sind Lithium-Ionen-Zellen, welche in einer Aluminiumverbundfolie verpackt sind. Diese werden als Softpack bzw. Pouch bezeichnet.
Das Elektrodenelement weist mindestens eine positive Elektrode, d.h. eine Kathode, und eine negative Elektrode, d.h. eine Anode auf. Die Anode kann im Falle eines Lithium-Ionen-Akkumulators z.B. Graphit, Kohlenstoff,
nonokristallines Silizium, Lithiumtitanat oder Zinndioxid aufweisen. Die Kathode kann Lithium-Übergangs-Metalloxide wie z.B. Lithium-Kobalt-Oxid LiCo02,
Lithium-Nickel-Oxid LiNi02, Lithium-Mangan-Spinell LiMn204 oder Lithium- Eisenphosphat LiFeP04 aufweisen.
Ferner kann das Elektrodenelement einen Separator aufweisen. Der Separator trennt die Kathode und die Anode sowohl räumlich als auch elektrisch
voneinander. Ferner ist der Separator porös und damit für Li-Ionen und für die Elektrolytlösung durchlässig. Der Separator kann z.B. einen Kunststoff oder ein Vlies aus Glasfaser aufweisen. Die Elektroden können zusammen mit dem Separator zu Wickeln (sogenannten„Jelly Rolls") oder als gestapelte Einheiten (als Stack bezeichnet) zusammengefügt bzw. zusammengerollt sein.
Das Gehäuse der Batteriezelle kann ein elektrisch leitfähiges Material aufweisen. Insbesondere kann das Gehäuse als sogenannte Weichschale (Softpack) ausgeführt sein. Die Weichschale kann dabei ein Kompositematerial, z.B. mit Aluminium und Plastik aufweisen. Alternativ kann das Gehäuse als Hartschale (Hardcase) ausgeführt sein. Dabei kann die Hartschale ein Metall wie Edelstahl oder Aluminium aufweisen.
Ferner kann in der Batteriezelle ein Elektrolyt, insbesondere ein flüssiger Elektrolyt vorgesehen sein. Der Elektrolyt kann ein wasserfreies Lösungsmittel wie Ethylencarbonat (EC), Ethyl-Methylcarbonat (EMC) oder Dimethylcarbonat (DMC) aufweisen (Aufzählung nicht vollständig). Ferner kann der Elektrolyt Leitsalze wie Lithiumhexaflurophosphat (LiPF6)aufweisen. Des Weiteren können an der Batteriezelle Stromabnehmer vorgesehen sein. Die Schutzfolie kann z.B. das Elektrodenelement komplett umgeben und dieses vor mechanischen Einwirkungen durch das Gehäuse schützen. Die
mechanischen Krafteinwirkungen können z.B. bei einer Beschädigung oder Zerstörung der Batteriezelle bei einem Unfall entstehen. Wird z.B. eine hohe Kraft auf das Gehäuse ausgeübt, so kann das Gehäuse bzw. Splitter des
Gehäuses ins Innere der Batteriezelle und des Elektrodenelements gedrückt werden. Die Schutzfolie hält diese auf Grund einer geeigneten Materialwahl und Materialstärke von dem Elektrodenelement fern bzw. verhindert ein Eindringen, welches zu einem Kurzschluss führen könnte. Zudem trennt die Schutzfolie die Elektroden vom Gehäuse und verhindert dabei eine Korrosion eines Aluminium basierten Gehäuses, die bei Kontakt der Anode (Kupfer Kollektror) mit dem Gehäuse stattfinden könnte.
Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung, weist die verwendete Schutzfolie eine Dicke zwischen 18 und 100 μηη auf. Insbesondere kann die
Dicke der Schutzfolie zwischen 25 und 100 μηη und vorzugsweise zwischen 25 und 50 μηη liegen.
Diese Dicke bzw. Materialstärke ist dabei besonders gut geeignet, die bei einer Beschädigung des Gehäuses entstehenden Splitter nicht ins Innere des
Elektrodenelements eindringen zu lassen. Auch bei etwaigem thermischem Stress schützt die Schutzfolie den Wickel gegen das Gehäuse.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, kann die Schutzfolie mindestens eines der folgenden Materialien aufweisen: Polyethylen (PE),
Polypropylen (PP) Polytetrafluorethylen (PTFE), fluoriertes Ethylen-Propylen, , Polyimid, Polyamid, Polyethylenterephthalat (PET) und/oder
Polyethylennaphthalat (PEN). Ferner kann die Schutzfolie eine Kombination der hier genannten Materialien aufweisen. Diese Materialien können dabei besonders chemisch, mechanisch bzw. elektrochemisch widerstandsfähig sein.
Besonders gute Ergebnisse wurden mit Polyestern und Polyimid erzielt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, weist das Gehäuse ein elektrisch leitfähiges Material und die Schutzfolie ein elektrisch isolierendes Material auf. Somit kann die Schutzfolie neben der Schutzfunktion auch eine Isolationsfunktion erfüllen. Die Schutzfolie isoliert dabei das Elektrodenelement elektrisch vom Gehäuse. Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die Batteriezelle einen flüssigen Elektrolyten auf. Dabei ist das elektrisch isolierende Material der Schutzfolie chemisch inert gegen den flüssigen Elektrolyten. Das heißt, das Material der Schutzfolie ist so gewählt, dass keine chemische Reaktion bzw. kein Lösen bzw. Quellen der Schutzfolie durch den Elektrolyten stattfindet.
Insbesondere kann die Schutzfolie inert gegen Bestandteile des flüssigen Elektrolyten, wie z.B. organischen Lösemittel und Lithiumsalze, sein.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, weist die Schutzfolie eine Adhesionsschicht auf, welche in einem ersten Bereich der Schutzfolie vorgesehen ist.
Die Adhesionsschicht kann ein Fixierungsmaterial aufweisen, welches die Schutzfolie stoffschlüssig mit sich selbst und/oder mit dem Elektrodenelement verbindet. Beispielsweise kann die Schutzfolie als Klebestreifen ausgeführt sein. Dabei kann der erste Bereich der Schutzfolie einem Randbereich der Schutzfolie entsprechen. Auf diese Weise kann die Schutzfolie nachdem sie um das
Elektrodenelement gewickelt ist am Randbereich mit einem zweiten Bereich der Schutzfolie den der Randbereich überlappt verklebt werden.
Alternativ kann der erste Bereich der Schutzfolie eine komplette dem
Elektrodenelement zugewandte Seite der Schutzfolie sein. Bei einer derartigen Ausgestaltung kann die Schutzfolie beim Umwickeln des Elektrodenelements mit diesem verklebt werden. Gleichzeitig kann die Schutzfolie in Bereichen, in denen sie sich selbst überlappt, mit sich selbst verklebt werden.
Die Adhesionsschicht ermöglicht eine zuverlässige Fixierung der Schutzfolie am Elektrodenelement und Hilft somit eine Delokalisierung der Schutzfolie vom Elektrodenelement zu vermeiden.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung weist die
Adhesionsschicht mindestens ein Material aus der folgenden Gruppe von Materialien auf: Polysiloxan, Acrylat oder Kautschuk. Ferner kann die
Adhesionsschicht weitere Materialien und/oder eine Kombination der hier genannten Materialien aufweisen. Gute Ergebnisse wurden mit Polysiloxan- und Acrylat-Klebern erzielt.
Gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung, ist die Schutzfolie einlagig um das Elektrodenelement gewickelt. D.h. eine Materialschicht der
Schutzfolie reicht aus, um eine ausreichende Sicherheit der Batteriezelle z.B. vor Kurzschlüssen durch eindringende Metallsplitter zu gewährleisten. Im Gegensatz dazu würde eine Umwicklung des Elektrodenelementes durch einen Separator selbst bei mehreren Lagen keine ausreichende mechanische Belastbarkeit bieten.
Ein mehrlagiges Umwickeln des Elektrodenelements mit Separator oder
Schutzfolie ist bei Verwendung der Schutzfolie nicht nötig, da die Materialstärke und das Material der Schutzfolie derart gewählt sind, dass eine hohe
Reißfestigkeit auch bei einlagiger Umwickelung gewährleistet ist. Durch einlagiges Umwickeln des Elektrodenelements mit der Schutzfolie kann Bauraum innerhalb des Gehäuses eingespart werden. Dieser Bauraum kann z.B. zu einer vorteilhaften Vergrößerung des Elektrodenelements, insbesondere des Wickels bzw. Stacks genutzt werden.
Die Schutzfolie kann lediglich in Teilbereichen des Elektrodenelements vorgesehen sein, an denen das Gehäuse weniger mechanisch stabil ist als in anderen Teilbereichen. Beispielsweise kann die Schutzfolie lediglich an drei Seiten des Elektrodenelements vorgesehen sein so dass das Elektrodenelement in Bereichen, in denen z.B. das Gehäuse besonders stabil ist nicht durch die Schutzfolie geschützt ist. Alternativ kann die Schutzfolie das komplette
Elektrodenelement umhüllen.
In einer weiteren alternativen Ausführungsform kann die Schutzfolie sich in bestimmten Teilbereichen überlappen. Zum Beispiel können an den Ecken des
Elektrodenelements bzw. des Gehäuses risikobehaftete Bereiche vorliegen. Diese können besonders gut durch den Einsatz der Schutzfolie geschützt werden. Insbesondere kann die Schutzfolie in derartigen Bereichen verstärkt sein. Die Verstärkung kann dabei z.B. durch eine höhere Materialstärke bzw. - dicke umgesetzt werden. Ferner kann die Schutzfolie z.B. an den Ecken des
Elektrodenelements gefaltet sein und sich überlappen. Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer oben beschriebenen Batteriezelle vorgestellt. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Bereitstellen eines Elektrodenelements; Bereitstellen eines Gehäuses; Einlagiges Wickeln der Schutzfolie um das Elektrodenelement;
Einfügen des Elektrodenelements in das Gehäuse. Dabei ist die Schutzfolie ausgeführt, das Elektrodenelement vor mechanischen Einwirkungen durch das Gehäuse zu schützen.
Durch den Einsatz der Schutzfolie kann das Einfügen des Elektrodenelements ins Gehäuse vereinfacht werden, da die Schutzfolie das Elektrodenelement in der notwendigen Form zusammenhält. Ferner kann die Schutzfolie einen geringen Reibungskoeffizienten aufweisen, so dass das Elektrodenelement mit Hilfe der Schutzfolie leicht in das Gehäuse gleiten kann.
Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden dem
Fachmann aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhafter
Ausführungsformen, die jedoch nicht als die Erfindung beschränkend auszulegen sind, unter Bezugnahme auf die beigelegte Zeichnung ersichtlich.
Fig. 1 zeigt eine Explosionsdarstellung der Batteriezelle gemäß einem
Ausführungsbeispiel der Erfindung
Die Figur ist lediglich eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. ihrer Bestandteile gemäß Ausführungsbeispielen der Erfindung. Insbesondere Abstände und Größenrelationen sind in der Figur nicht
maßstabsgetreu wiedergegeben.
In Fig. 1 sind die Bestandteile einer Batteriezelle 1 in einer Explosionsdarstellung gezeigt. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Batteriezelle 1 als Lithium- Ionen-Akkumulator ausgeführt. Die Batteriezelle 1 weist ein Elektrodenelement 3 und ein Gehäuse 1 1 auf. Das Gehäuse 1 1 kann ein leitfähiges Material wie z.B. Metall aufweisen. Dabei kann das Gehäuse 1 1 potentialfrei sein oder auf dem elektrochemischen Potential einer der Elektroden im Inneren der Batteriezelle 1 liegen. Das Elektrodenelement 3 weist eine Anode7und eine Kathode 5 auf. Ferner ist zwischen Anode 7 und Kathode 5 ein Separator vorgesehen. Insbesondere sind Anode 7, Kathode 5 und der Separator zu sogenannten„Jelly Rolls"
zusammengefügt. Des Weiteren kann im Elektrodenelement 3 ein Elektrolyt vorgesehen sein. Der Separator und der Elektrolyt sind in Fig. 1 nicht dargestellt.
Um das Elektrodenelement 3 vor mechanischen Einwirkungen z.B. bei einer Beschädigung des Gehäuses 1 1 zu schützen ist eine Schutzfolie 9 zwischen dem Elektrodenelement 3 und dem Gehäuse vorgesehen. Die Materialstärke der Schutzfolie 9 ist dabei so gewählt, dass die Schutzfolie 9 möglichst dünn ist und dabei ausreichende Durchstoßfestigkeit bietet, um das Elektrodenelement 3 z.B. vor einem Eindringen von Metallsplittern zu schützen.
Durch Verwendung der Schutzfolie 9 wird somit das Sicherheitsverhalten der Batteriezelle 1 verbessert. Ferner kann durch die Minimierung der Dicke der
Schutzfolie 9 kann das Elektrodenelement 3 optimal dimensioniert werden. Des Weiteren kann die Schutzfolie 9 Bauelemente wie z.B. einen Retainer ersetzen. Hierdurch können Herstellungskosten eingespart werden. Zusätzlich kann die Herstellung durch die Verwendung der Schutzfolie 9 vereinfacht werden, da die Schutzfolie 9 ausgeführt ist das Elektrodenelement 3 in Form zu halten und ein
Verrutschen der Elektroden und des Separators zu Verhindern. Auf diese Weise kann das Einführen des Elektrodenelements 3 in das Gehäuse 1 1 erleichtert werden. Die Schutzfolie 9 kann ferner ein elektrisch isolierendes Material aufweisen oder aus diesem bestehen. Dadurch wird das Elektrodenelement 3 elektrisch vom Gehäuse 1 1 isoliert. Des Weiteren ist das Material der Schutzfolie 9 chemisch und elektrochemisch inert gegenüber dem Elektrolyten der Batteriezelle 1. Sie Schutzfolie 9 kann mit Hilfe einer Adhesionsschicht 13 an dem
Elektrodenelement 3 fixiert sein. Im dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Adhesionsschicht 13 in vier ersten Bereichen der Schutzfolie 9 angeordnet. Diese befinden sich an Rändern der dem Elektrodenelement 3 zugewandten Seite der Schutzfolie 9. In einem alternativen Beispiel kann die Schutzfolie 9 das
Elektrodenelement 3 komplett umhüllen und in einem Überlappungsbereich mit der Adhesionsschicht 13 an sich selbst fixiert sein. Abschließend wird angemerkt, dass Ausdrücke wie„aufweisend" oder ähnliche nicht ausschließen sollen, dass weitere Elemente oder Schritte vorgesehen sein können. Des Weiteren sei darauf hingewiesen, dass„eine" oder„ein" keine Vielzahl ausschließen. Außerdem können in Verbindung mit den verschiedenen
Ausführungsformen beschriebene Merkmale beliebig miteinander kombiniert werden. Es wird ferner angemerkt, dass die Bezugszeichen in den Ansprüchen nicht als den Umfang der Ansprüche beschränkend ausgelegt werden sollen.

Claims

Ansprüche
1. Batteriezelle (1 ), die Batteriezelle (1 ) aufweisend
ein Gehäuse (1 1 ); und
ein Elektrodenelement (3), welches im Gehäuse (1 1 ) angeordnet ist;
dadurch gekennzeichnet, dass
die Batteriezelle (1 ) ferner eine Schutzfolie (9) aufweist, die zwischen dem Elektrodenelement (3) und dem Gehäuse (1 1 ) angeordnet ist;
wobei die Schutzfolie (9) ausgeführt ist, das Elektrodenelement (3) vor mechanischen Einwirkungen durch das Gehäuse (1 1 ) zu schützen.
2. Batteriezelle (1 ) gemäß Anspruch 1 ,
wobei die Schutzfolie (9) eine Materialstärke zwischen 18 und 100 μηη aufweist.
3. Batteriezelle (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 und 2,
wobei die Schutzfolie (9) zumindest ein Material aus der folgenden Gruppe von Materialien aufweist: Polyethylen, Polytetrafluorethylen, fluoriertes Ethylen-Propylen, Polyimid, Polyamid, Polyethylenterephthalat und
Polyethylennaphthalat aufweist.
4. Batteriezelle (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3,
wobei das Gehäuse (1 1 ) ein elektrisch leitfähiges Material aufweist;
wobei die Schutzfolie (9) ein elektrisch isolierendes Material aufweist.
5. Batteriezelle (1 ) gemäß Anspruch 4,
wobei die Batteriezelle (1 ) einen flüssigen Elektrolyten aufweist;
wobei das elektrisch isolierende Material chemisch inert gegen den flüssigen
Elektrolyten ist.
6. Batteriezelle (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Schutzfolie (9) eine Adhesionsschicht (13) aufweist;
wobei die Adhesionsschicht (13) in einem ersten Bereich der Schutzfolie (9) vorgesehen ist.
7. Batteriezelle (1 ) gemäß Anspruch 6,
wobei die Adhesionsschicht Polysiloxan, Acrylat oder Kautschuk aufweist.
8. Batteriezelle (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7,
wobei die Schutzfolie (9) einlagig um das Elektrodenelement (3) gewickelt ist.
9. Batteriezelle (1 ) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8,
wobei die Batteriezelle (1 ) als Lithium-Ionen-Akkumulator ausgeführt ist.
10. Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle (1 ), gemäß einem der
Ansprüche 1 bis 9, das Verfahren aufweisend die folgenden Schritte Bereitstellen eines Elektrodenelements (3);
Bereitstellen eines Gehäuses (1 1 );
Einlagiges Wickeln einer Schutzfolie (9) um das Elektrodenelement (3); Einfügen des Elektrodenelements (3) in das Gehäuse (1 1 );
wobei die Schutzfolie (9) ausgeführt ist das Elektrodenelement (3) vor mechanischen Einwirkungen durch das Gehäuse (1 1 ) zu schützen.
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