WO2014117901A1 - Jelly roll battery cell - Google Patents

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Michael Kammer
Daniel Haverland
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Robert Bosch Gmbh
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    • H01M2220/00—Batteries for particular applications
    • H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
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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

  • the present invention relates to accumulator technology.
  • the present invention relates to a novel structure of a battery cell. More particularly, the present invention relates to a battery cell
  • a flexible carrier layer is provided with a Akkumulatormaterial- coating and rolled up roll-shaped below.
  • Carrier layer may in this case be a metallic carrier layer, in particular formed as a copper foil or aluminum foil.
  • the different carrier layers of the battery cell result in the rolled-up structure, in particular after impregnation with electrolyte, the terminal poles of the finished battery cell.
  • a conventional battery cell are regularly at least one copper foil and an aluminum foil with intermediate
  • the accumulator material coating also called paste printing, is applied over a large area over the entire carrier layer.
  • the accumulator material coating thus has an essentially one-piece or continuous structure per battery cell.
  • Known battery cells may in this case have a circular cross-section, but also, depending on the desired application scenario, a substantially have oval cross-section or an O-shape, wherein one side is usually longer, especially significant, longer than the other side is formed.
  • One aspect of the present invention is the provision of a novel construction of a battery cell, in particular a Jelly Roll battery cell.
  • the Akkumulatormaterial- coating provides in particular on the front side of the oval, which is made smaller, due to the bending radius occurring there and the material of the accumulator material coating on the carrier layer that this edge region, which is essentially negligible for the energy storage and energy supply function of the battery cell, can not be executed angular, but still must have a certain rounding.
  • Under Akkumulatormaterial coating is further to be understood essentially a cathode / anode active material.
  • a battery cell according to the invention now has a non-continuous
  • Accumulator material coating of the carrier layer In particular, the areas of the carrier layer, which are arranged after formation of the jelly roll in the region of the short side of the oval, can be recessed. Such a recess of accumulator material coating provides a
  • Radien Symposium ready which is formed due to the lack of Akkumulatormaterial- coating flexible and thinner.
  • carrier layers in this radius region of the short oval side can be stacked in a space-saving manner, in particular "square", whereby the space between a rectangular housing and the Jelly Roll battery cell can be efficiently utilized.
  • Battery cell may thus be smaller with the same capacity, alternatively, an existing housing may be provided with a suitably enlarged battery cell with increased capacity. Also results in a cost savings due to the reduced amount of electrolyte.
  • Figure la-c an exemplary structure of a battery cell according to the
  • FIG. 2 shows an exemplary construction of a rechargeable battery system according to the present invention.
  • FIGS. 1 a - c an exemplary construction battery cell according to the present invention is illustrated.
  • Figure la shows a carrier layer 8 which is made of metal, e.g. made of aluminum or copper, in particular as aluminum foil or
  • Copper foil can be executed.
  • Applied to the carrier layer is a Accumulator material coating 10, which is not formed consistently and in particular non-continuous regions 12 between the individual coating regions 10 has.
  • the exact dimensioning of the size of the coating areas 10, the uncoated areas 12 and the respective sequence of the areas is a concrete embodiment of a
  • Battery cell owed In particular, these depend on an intended winding of the battery cell.
  • the essentially planar carrier layer 8 according to FIG. 1 a is subsequently rolled up according to FIG. 1 b and thus formed as a jelly roll battery cell 2.
  • FIG. 1b shows by way of example a substantially oval shape or O-shape 14 with a long side 16 and a short side 18.
  • the accumulator material coating 10 is used up substantially exclusively on the carrier layer 8, so that the accumulator material coating 10 after Rolling of the battery cell 2 in the region of the long side 16 occurs.
  • the volume normally required by the accumulator material coating 10 on the long side 16 between two layers of the carrier layer 8 or different carrier layers 8 presents itself as substantially free space on the short side 18.
  • the carrier element 8 can be compacted on the short sides 18 , According to Figure lc "square" shaped, resulting in the oval shape or O-shape 14 is a substantially rectangular shape 26.
  • the shape of FIG. 1c thus has a length saving 22. This allows the size of a
  • Accumulator system 24 to reduce or alternatively increase the capacity of an accumulator system 24 with the same size.
  • FIG. 2 shows the exemplary structure of a rechargeable battery system 24 according to the present invention.
  • the accumulator system 24 has an im
  • Substantially rectangular housing 4 which in each case has a current collector 6 on two sides, which connects the exemplary 4 battery cells of Figure 2 in parallel and leads to the outside.
  • housing 4 Due to the angular configuration of the housing 4, battery cells 2, which are formed according to the present invention, have a reduced dead space due to the improved rectangular configuration 26. As a result, housing 4 requires less electrolyte material for filling.

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Abstract

The invention relates to a battery cell (2) comprising a conductive support layer (8). The support layer (8) has an accumulator material coating (10) and the battery cell (2) is designed as a jelly roll battery. The battery cell is characterised in that the accumulator material coating (10) of the support layer is non-continuous (12).

Description

Jelly Roll-Batteriezelle  Jelly roll battery cell
Die vorliegende Erfindung betrifft Akkumulatortechnologie. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen neuartigen Aufbau einer Batteriezelle. Weiter insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Batteriezelle, ein The present invention relates to accumulator technology. In particular, the present invention relates to a novel structure of a battery cell. More particularly, the present invention relates to a battery cell
Akkumulatorsystem für ein Transportmittel sowie ein Transportmittel, insbesondere Automobil, weiter insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug. Accumulator for a means of transport and a means of transport, in particular automobile, more particularly electric or hybrid vehicle.
Stand der Technik State of the art
Herkömmliche Batterie- bzw. Akkumulatorzellen weisen unterschiedliche Bauformen auf. Eine mögliche Bauform ist die Ausgestaltung als sogenannte Jelly Roll. Conventional battery cells have different designs. One possible design is the design as a so-called jelly roll.
Hierbei wird eine flexible Trägerschicht mit einer Akkumulatormaterial- Beschichtung versehen und nachfolgend rollenförmig aufgerollt. Die In this case, a flexible carrier layer is provided with a Akkumulatormaterial- coating and rolled up roll-shaped below. The
Trägerschicht kann hierbei eine metallische Trägerschicht, insbesondere ausgebildet als eine Kupferfolie oder Aluminiumfolie sein. Die unterschiedlichen Trägerschichten der Batteriezelle ergeben im gerollten Aufbau, insbesondere nach Durchtränkung mit Elektrolyt, die Anschlusspole der fertigen Batteriezelle. In einer herkömmlichen Batteriezelle sind dabei regelmäßig zumindest eine Kupferfolie sowie eine Aluminiumfolie mit zwischenliegender Carrier layer may in this case be a metallic carrier layer, in particular formed as a copper foil or aluminum foil. The different carrier layers of the battery cell result in the rolled-up structure, in particular after impregnation with electrolyte, the terminal poles of the finished battery cell. In a conventional battery cell are regularly at least one copper foil and an aluminum foil with intermediate
Akkumulatormaterial-Beschichtung vorgesehen, die nachfolgend rollenförmig verarbeitet werden. Accumulator material coating provided, which are subsequently processed roll-shaped.
Herkömmlich wird die Akkumulatormaterial-Beschichtung , auch genannt Pastendruck, großflächig über die gesamte Trägerschicht aufgebracht. Die Akkumulatormaterial-Beschichtung weist dabei somit einen im Wesentlichen einstückigen bzw. durchgehenden Aufbau je Batteriezelle auf. Conventionally, the accumulator material coating, also called paste printing, is applied over a large area over the entire carrier layer. The accumulator material coating thus has an essentially one-piece or continuous structure per battery cell.
Bekannte Batteriezellen könne hierbei einen kreisrunden Querschnitt aufweisen, jedoch auch, je nach gewünschtem Einsatzszenario, einen im Wesentlichen ovalen Querschnitt bzw. eine O-Form aufweisen, wobei eine Seite meist länger, insbesondere signifikant, länger als die andere Seite ausgebildet ist. Known battery cells may in this case have a circular cross-section, but also, depending on the desired application scenario, a substantially have oval cross-section or an O-shape, wherein one side is usually longer, especially significant, longer than the other side is formed.
Offenbarung der Erfindung Disclosure of the invention
Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines neuartig Aufbaus einer Batteriezelle, insbesondere einer Jelly Roll- Batteriezelle. One aspect of the present invention is the provision of a novel construction of a battery cell, in particular a Jelly Roll battery cell.
Demgemäß wird eine Batteriezelle, ein Akkumulatorsystem für ein Accordingly, a battery cell, a storage battery for a
Transportmittel sowie ein Transportmittel, insbesondere Automobil, weiter insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug gemäß den unabhängigen Means of transport and a means of transport, in particular automobile, further in particular electric or hybrid vehicle according to the independent
Ansprüchen angezeigt. Bevorzugte Ausgestaltungen ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen. Claims are displayed. Preferred embodiments will be apparent from the dependent claims.
Insbesondere im Falle, dass eine Jelly Roll-Batteriezelle mit einem ovalen oder o-förmigen Querschnitt ausgeführt ist, sorgt die Akkumulatormaterial- Beschichtung insbesondere an der Stirnseite des Ovals, welche kleiner ausgeführt ist, aufgrund des dort auftretenden Biegeradius und des Materials der Akkumulatormaterial-Beschichtung auf der Trägerschicht dafür, dass dieser Randbereich, welcher für die Energiespeicher- und Energielieferfunktion der Batteriezelle im Wesentlichen vernachlässigbar ist, nicht eckig ausgeführt werden kann, sondern noch immer eine gewisse Rundung aufweisen muss. In particular, in the case that a Jelly Roll battery cell is designed with an oval or O-shaped cross section, the Akkumulatormaterial- coating provides in particular on the front side of the oval, which is made smaller, due to the bending radius occurring there and the material of the accumulator material coating on the carrier layer that this edge region, which is essentially negligible for the energy storage and energy supply function of the battery cell, can not be executed angular, but still must have a certain rounding.
Unter Akkumulatormaterial-Beschichtung ist im Weitern im Wesentlichen ein Kathoden- /Anoden-Aktivmaterial zu verstehen. Under Akkumulatormaterial coating is further to be understood essentially a cathode / anode active material.
Durch diese gezwungene Rundung ergeben sich Toträume um die Batteriezelle, insbesondere bei Verwendung eines im Wesentlichen rechteckigen Gehäuses, welche unnötigerweise mit Elektrolytmaterial befüllt werden müssen. Es ist somit in der Batteriezelle mehr Elektrolytmaterial als für die reine Funktion benötigt vorzusehen. Meist werden auch mehrere ovale Batteriezellen nebeneinander in ein rechteckiges Gehäuse eingebracht, wodurch aufgrund der zuvor This forced rounding results in dead spaces around the battery cell, especially when using a substantially rectangular housing, which must be unnecessarily filled with electrolyte material. It is thus provided in the battery cell more electrolyte material than needed for pure function. Most are also several oval battery cells side by side introduced into a rectangular housing, which due to the previously
beschriebenen Rundungen der kurzen Seiten des Ovals die genannten Toträume entstehen, welche mit Elektrolyt aufgefüllt werden müssen. Eine erfindungsgemäße Batteriezelle weist nun eine nicht durchgängige described curves of the short sides of the oval, the aforementioned dead spaces arise, which must be filled with electrolyte. A battery cell according to the invention now has a non-continuous
Akkumulatormaterial-Beschichtung der Trägerschicht auf. Insbesondere die Bereiche der Trägerschicht, welche nach Ausbildung der Jelly Roll im Bereich der kurzen Seite des Ovals angeordnet sind, können dabei ausgespart werden. Eine solche Aussparung an Akkumulatormaterial-Beschichtung stellt dabei einenAccumulator material coating of the carrier layer. In particular, the areas of the carrier layer, which are arranged after formation of the jelly roll in the region of the short side of the oval, can be recessed. Such a recess of accumulator material coating provides a
Radienbereich bereit, welcher aufgrund der fehlenden Akkumulatormaterial- Beschichtung flexibler und dünner ausgebildet ist. Somit können Trägerschichten in diesem Radienbereich der kurzen Ovalseite platzsparend aufeinandergelegt, insbesondere„eckig" verformt werden, wodurch sich der Platz zwischen einem rechteckigen Gehäuse und der Jelly Roll-Batteriezelle effizienten ausnützen lässt. Radienbereich ready, which is formed due to the lack of Akkumulatormaterial- coating flexible and thinner. Thus, carrier layers in this radius region of the short oval side can be stacked in a space-saving manner, in particular "square", whereby the space between a rectangular housing and the Jelly Roll battery cell can be efficiently utilized.
Insbesondere reduziert sich aufgrund der eckig ausgestalteten kurzen Ovalseiten ein auftretender Totraum, insbesondere zwischen Gehäuse und Batteriezelle, was zu einer Reduzierung der vorzusehenden Elektrolytmenge führt. DieIn particular, owing to the angularly configured short oval sides, an occurring dead space is reduced, in particular between the housing and the battery cell, which leads to a reduction of the quantity of electrolyte to be provided. The
Batteriezelle mag somit bei gleicher Kapazität kleiner ausfallen, alternativ kann ein bestehendes Gehäuse mit einer geeignet vergrößerten Batteriezelle mit erhöhter Kapazität versehen sein. Auch ergibt sich eine Kosteneinsparung aufgrund der reduzierten Elektrolytmenge. Battery cell may thus be smaller with the same capacity, alternatively, an existing housing may be provided with a suitably enlarged battery cell with increased capacity. Also results in a cost savings due to the reduced amount of electrolyte.
Ausführungsformen der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.
Es zeigen Show it
Figur la-c einen exemplarischen Aufbau einer Batteriezelle gemäß der Figure la-c an exemplary structure of a battery cell according to the
vorliegenden Erfindung; und  present invention; and
Figur 2 einen exemplarischen Aufbau eines Akkumulatorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung. FIG. 2 shows an exemplary construction of a rechargeable battery system according to the present invention.
Weiter Bezug nehmend auf Figuren la-c wird ein exemplarischer Aufbau Batteriezelle gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. With further reference to FIGS. 1 a - c, an exemplary construction battery cell according to the present invention is illustrated.
Figur la zeigt eine Trägerschicht 8, welche beispielsweise aus Metall, z.B. aus Aluminium oder Kupfer bestehen, insbesondere als Aluminiumfolie oder Figure la shows a carrier layer 8 which is made of metal, e.g. made of aluminum or copper, in particular as aluminum foil or
Kupferfolie ausgeführt sein kann. Auf die Trägerschicht aufgebracht wird eine Akkumulatormaterial-Beschichtung 10, welche nichtdurchgängig ausgebildet ist und insbesondere nichtdurchgängige Bereiche 12 zwischen den einzelnen Beschichtungsbereichen 10 aufweist. Die genaue Dimensionierung der Größe der Beschichtungsbereiche 10, der nichtbeschichteten Bereiche 12 sowie die jeweilige Abfolge der Bereiche ist einer konkreten Ausgestaltung einer Copper foil can be executed. Applied to the carrier layer is a Accumulator material coating 10, which is not formed consistently and in particular non-continuous regions 12 between the individual coating regions 10 has. The exact dimensioning of the size of the coating areas 10, the uncoated areas 12 and the respective sequence of the areas is a concrete embodiment of a
Batteriezelle geschuldet. Insbesondere hängen diese von einer beabsichtigten Wicklung der Batteriezelle ab.  Battery cell owed. In particular, these depend on an intended winding of the battery cell.
Die im Wesentlichen plane Trägerschicht 8 gemäß Figur la wird nachfolgend gemäß Figur lb aufgerollt und somit als Jelly Roll- Batteriezelle 2 ausgebildet.The essentially planar carrier layer 8 according to FIG. 1 a is subsequently rolled up according to FIG. 1 b and thus formed as a jelly roll battery cell 2.
Figur lb zeigt exemplarisch eine im Wesentlichen ovale Form bzw. O-Form 14 mit einer langen Seite 16 sowie einer kurzen Seite 18. Akkumulatormaterial- Beschichtung 10 ist dabei im Wesentlichen ausschließlich derart auf der Trägerschicht 8 aufgebraucht, so dass die Akkumulatormaterial-Beschichtung 10 nach Rollung der Batteriezelle 2 im Bereich der langen Seite 16 auftritt. ImFIG. 1b shows by way of example a substantially oval shape or O-shape 14 with a long side 16 and a short side 18. The accumulator material coating 10 is used up substantially exclusively on the carrier layer 8, so that the accumulator material coating 10 after Rolling of the battery cell 2 in the region of the long side 16 occurs. in the
Bereich der kurzen Seite 18 wiederum ist im Wesentlichen keine Beschichtung 12 vorgesehen. In the area of the short side 18, in turn, essentially no coating 12 is provided.
Das normalerweise durch Akkumulatormaterial-Beschichtung 10 auf der langen Seite 16 benötigte Volumen zwischen zwei Lagen der Trägerschicht 8 bzw. verschiedenen Trägerschichten 8 stellt sich auf der kurzen Seite 18 als im Wesentlichen freier Raum dar. Dadurch kann das Trägerelement 8 auf den kurzen Seiten 18 kompaktiert, gemäß Figur lc„eckig" geformt werden, wodurch sich aus der Ovalform bzw. O-Form 14 eine im Wesentlichen Rechteckform 26 ergibt. The volume normally required by the accumulator material coating 10 on the long side 16 between two layers of the carrier layer 8 or different carrier layers 8 presents itself as substantially free space on the short side 18. As a result, the carrier element 8 can be compacted on the short sides 18 , According to Figure lc "square" shaped, resulting in the oval shape or O-shape 14 is a substantially rectangular shape 26.
Aufgrund des Kompaktierens der Trägerschichten 8 an den kurzen Seiten 18 ergibt sich der eckige Bereich 20, wobei gleichzeitig der dortige Freiraum reduziert wird. Gegenüber der Form der Figur lb weist somit die Form der Figur lc eine Längeneinsparung 22 auf. Diese ermöglicht, die Baugröße einesDue to the compacting of the carrier layers 8 on the short sides 18 results in the angular region 20, at the same time the local space is reduced. Compared with the shape of FIG. 1b, the shape of FIG. 1c thus has a length saving 22. This allows the size of a
Akkumulatorsystems 24 zu reduzieren oder alternativ die Kapazität eines Akkumulatorsystems 24 bei gleichbleibender Baugröße zu erhöhen. Accumulator system 24 to reduce or alternatively increase the capacity of an accumulator system 24 with the same size.
Weiter Bezug nehmend auf Figur 2 wird ein exemplarischer Aufbau Still referring to Figure 2, an exemplary construction will be made
Akkumulatorsystems gemäß der vorliegenden Erfindung dargestellt. Figur 2 zeigt den exemplarischen Aufbau eines Akkumulatorsystems 24 gemäß der vorliegenden Erfindung. Das Akkumulatorsystem 24 weist ein im Accumulator system according to the present invention shown. FIG. 2 shows the exemplary structure of a rechargeable battery system 24 according to the present invention. The accumulator system 24 has an im
Wesentlichen rechteckiges Gehäuse 4 auf, welches an zwei Seiten jeweils einen Stromkollektor 6 aufweist, der die exemplarisch 4 Batteriezellen der Figur 2 parallel verbindet und nach außen führt. Substantially rectangular housing 4, which in each case has a current collector 6 on two sides, which connects the exemplary 4 battery cells of Figure 2 in parallel and leads to the outside.
Aufgrund der eckigen Ausgestaltung des Gehäuses 4 weisen Batteriezellen 2, welche gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind, einen reduzierten Totraum aufgrund der verbesserten rechteckigen Ausgestaltung 26 auf. Dadurch benötigt Gehäuse 4 weniger Elektrolytmaterial zur Füllung. Due to the angular configuration of the housing 4, battery cells 2, which are formed according to the present invention, have a reduced dead space due to the improved rectangular configuration 26. As a result, housing 4 requires less electrolyte material for filling.

Claims

Ansprüche claims
1. Batteriezelle (2), aufweisend 1. Battery cell (2), comprising
eine leitfähige Trägerschicht (8);  a conductive carrier layer (8);
wobei die Trägerschicht (8) eine Akkumulatormaterial-Beschichtung (10) aufweist; und  wherein the carrier layer (8) comprises an accumulator material coating (10); and
wobei die Batteriezelle (2) als eine Jelly Roll-Batteriezelle ausgebildet ist; dadurch gekennzeichnet, dass  wherein the battery cell (2) is formed as a jelly roll battery cell; characterized in that
dass die Akkumulatormaterial-Beschichtung (10) der Trägerschicht nichtdurchgängig (12) ausgebildet ist.  the accumulator material coating (10) of the carrier layer is non-continuous (12).
2. Batteriezelle gemäß Anspruch 1 , 2. Battery cell according to claim 1,
wobei die Batteriezelle (2) eine ovale, O-förmige bzw. rechteckige  wherein the battery cell (2) an oval, O-shaped or rectangular
Rollenform (14,26) mit zwei ersten Seiten (16) und zwei zweiten Seiten (18) aufweist;  Roller mold (14,26) having two first sides (16) and two second sides (18);
wobei die nichtdurchgängige Akkumulatormaterial-Beschichtung (10) im Bereich einer der ersten und der zweiten Seiten (16,18) angeordnet ist.  wherein the non-continuous accumulator material coating (10) in the region of one of the first and the second sides (16,18) is arranged.
3. Batteriezelle gemäß einem der Ansprüche 1 oder 2, 3. Battery cell according to one of claims 1 or 2,
wobei die Trägerschicht (8) als eine Folienträgerschicht ausgebildet ist.  wherein the carrier layer (8) is formed as a film carrier layer.
4. Batteriezelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, 4. Battery cell according to one of claims 1 to 3,
wobei die Trägerschicht (8) als eine metallische Trägerschicht ausgebildet ist, insbesondere aus Aluminium oder Kupfer ausgebildet ist.  wherein the carrier layer (8) is formed as a metallic carrier layer, in particular made of aluminum or copper.
5. Batteriezelle gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, 5. Battery cell according to one of claims 1 to 4,
aufweisend zumindest zwei Trägerschichten (8);  comprising at least two carrier layers (8);
wobei die zumindest zwei Trägerschichten (8) parallel ineinander gerollt in der Jelly Roll-Batteriezelle (2) angeordnet sind.  wherein the at least two carrier layers (8) are arranged rolled into each other in parallel in the jelly roll battery cell (2).
6. Akkumulatorystem (24) für ein Transportmittel; aufweisend 6. accumulator system (24) for a means of transport; including
ein Gehäuse (4), und zumindest eine Batteriezelle (2) gemäß einem der vorhergehenden a housing (4), and at least one battery cell (2) according to one of the preceding
Ansprüche.  Claims.
7. Akkumulatorystem (24) gemäß Anspruch 6; 7. accumulator system (24) according to claim 6;
wobei das Gehäuse (4) ausgebildet ist als ein rechteckiges Gehäuse (4); und  wherein the housing (4) is formed as a rectangular housing (4); and
wobei die zumindest eine Batteriezelle (2) im Wesentlichen rechteckig (26) ausgebildet ist.  wherein the at least one battery cell (2) is substantially rectangular (26).
8. Transportmittel, insbesondere Automobil, weiter insbesondere Elektro- oder Hybridfahrzeug, aufweisend eine Batteriezelle (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 und/oder ein Akkumulatorsystem (24) gemäß Anspruch 6 oder 7. 8. means of transport, in particular automobile, further in particular electric or hybrid vehicle, comprising a battery cell (2) according to one of claims 1 to 5 and / or an accumulator system (24) according to claim 6 or 7.
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