WO2016066388A1 - Stromsammler für eine elektrochemische energiespeichervorrichtung - Google Patents

Stromsammler für eine elektrochemische energiespeichervorrichtung Download PDF

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WO2016066388A1
WO2016066388A1 PCT/EP2015/073142 EP2015073142W WO2016066388A1 WO 2016066388 A1 WO2016066388 A1 WO 2016066388A1 EP 2015073142 W EP2015073142 W EP 2015073142W WO 2016066388 A1 WO2016066388 A1 WO 2016066388A1
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energy storage
storage cell
separator
current
storage device
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PCT/EP2015/073142
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Daniel Loos
Robert Lustig
Andreas Schleicher
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Publication date
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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • 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
    • H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
    • H01M50/531—Electrode connections inside a battery casing
    • H01M50/533—Electrode connections inside a battery casing characterised by the shape of the leads or tabs
    • H—ELECTRICITY
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/60—Other road transportation technologies with climate change mitigation effect
    • Y02T10/70—Energy storage systems for electromobility, e.g. batteries

Definitions

  • the invention relates to an electrochemical energy storage device according to the preamble of the first claim.
  • Such an energy storage device is known from EP 2 595 219 A1.
  • accumulators are usually used with highly reactive ingredients. The protection of these accumulators is therefore of great importance. External loads can lead to deformations of the accumulator in the event of an accident. In general, it is considered favorable if the accumulator endures a great deformation without reacting uncontrollably.
  • One reason for an uncontrollable reaction of the accumulator can be caused by a short circuit of the anodes with the cathodes, in this case contents of the accumulator can ignite due to heating or sparking and react further.
  • Such a short circuit can be caused by the penetration of electrical conductors, as they are used as so-called current collector within the accumulator.
  • the Current collectors or current conductors should on the one hand be inexpensive to produce, but must also in regular operation, the function of dissipating electricity from the anodes / cathodes (electrodes) for electrical connection of the battery, which in particular enables an electrical contacting of the energy storage cell to the outside and not in the event of a crash or lead to a small extent to causing a short circuit in the battery or in an energy storage cell.
  • an electrochemical energy storage device at least one or more electrochemical energy storage cells are arranged.
  • anodes and cathodes are layered, wound or stacked and separated from each other by a separator.
  • a separator Such a cell stack or winding can be understood in particular as an electrochemically active part of the energy storage cell.
  • the anodes, or the cathodes at least partially contacted by a current collector means electrically conductive.
  • the current collector device preferably has one or more conductor arms. The conductor arms contact the anodes or cathodes within a current collector contact area.
  • the contact surfaces between the separator and the anodes or cathodes and the StromabieiterCount Structure are aligned in the prior art usually parallel to each other.
  • An energy storage cell preferably has a length, a width and a thickness.
  • the thickness of the memory cell is determined essentially by the number of layers (anode, cathode, separator). It is known from the prior art that the current drain contact surface extends, at least in sections, in the length and width directions.
  • a surface normal on the Stromabieiterutton or preferably on a tangential plane to this contact surface, and a surface normal to the separator contact surface includes an acute angle ⁇ .
  • this acute angle ⁇ is selected from a range of> 5 °, preferably> 15 °, preferably> 25 ° and particularly preferably> 35 °.
  • an electrochemical energy storage cell is to be understood as a device in which electrical energy can be stored in chemically bound form and which has at least two, but preferably a plurality, of layers for this storage.
  • an electrochemical energy storage cell has at least one anode and one cathode, wherein these are preferably layered or preferably stacked, such designs are known in lithium-ion storage cells as so-called jelly roll, Pouch or Coffeebag cells.
  • a memory cell is to be understood as a lithium-ion or lithium-air energy storage cell.
  • such a cell has at least substantially a prismatic basic geometry, in particular in contrast to cylindrical or rod-shaped memory cells.
  • this memory cell is designed as a so-called. Coffeebag-, Pouch- cell or Jellyroll cell.
  • Such cells have in common that they have a longitudinal, a width and a thickness extension, wherein the thickness extension is smaller, in particular substantially smaller (at most 50%), at least one of the two other extensions.
  • the thickness extension is essentially determined by the number of layered anodes, cathodes and separators, whereas the width and longitudinal extent are more or less freely determinable.
  • a current collector device is a device for electrically conductive connection of the electrochemically active part of the energy storage cell to further electrical connections for electrical contacting of the energy storage cell, in particular with the poles of the energy storage cell.
  • the current collecting device can preferably be connected to the electrodes (anodes or cathodes) of the energy storage cell.
  • the current collecting device has at least one conductor arm.
  • a current conductor arm is to be understood as meaning a section of the current collector device which is set up for electrical contacting with at least one electrode. Further preferably, the current conductor arm contacts the electrodes in a current collector contact surface.
  • the Stromleiterarm extends along or in the direction of a side edge of the energy storage cell, preferably in the direction of the longitudinal extent or Favor in the direction of the width extension. Further preferably, the storage arm is inclined around this extension direction, in particular as a result of which the current collector contact area and the separator contact area are not aligned parallel to one another.
  • Stromabieiter are Current collector contact surface and the separator contact surface aligned parallel to each other.
  • a separator contact surface is to be understood as a separating surface between two adjacently arranged electrodes (anode / cathode), wherein these, at least in sections, are separated from one another by a separator and contacted by them.
  • the separator contact surface is to be understood as an at least substantially planar contact surface between a separator and one of the electrodes.
  • the separator contact surface is to be understood as meaning a surface section between an electrode and the separator which extends at least substantially in the longitudinal and the widthwise extent of the electrochemical energy storage cell.
  • the separator contact surface is to be understood in particular as a stack level of the electrode stack.
  • a larger current collector contact surface can be realized within the same space.
  • the electrical resistance of a connection depends in particular on the size of the contact surface and tends to decrease for a larger area.
  • the current collecting device has a second conductor arm.
  • this second conductor arm extends in a basically parallel extension to the first conductor arm.
  • the parallelism does not relate to the inclination of the conductor arms.
  • the second Stromleiterarm contacts at least one electrode in a second StromableiterCount Structure.
  • a surface normal on the separator contact surface and a surface normal, on this second current collector contact surface an acute angle ß. This acute angle ⁇ is preferably selected from a range which is> 5 °, preferably> 15 °, preferably> 25 ° and particularly preferably> 35 °.
  • the angle ⁇ is ⁇ 90 °, preferably ⁇ 75 °, preferably ⁇ 65 ° and particularly preferably ⁇ 45 °.
  • the Stromableiterutton configuration can be further increased or it can be connected to the Stromleiterarmen electrodes with different potential in particular thereby the efficiency and reliability of the energy storage device can be further improved.
  • the first and the second Stromleiterarm are opposite to each other inclined (angle a, ß).
  • this opposite slope of the conductor arms creates a V-like or roof-like profile in a plane which is arranged orthogonal to the inclination axis (a, ß) of the conductor arms.
  • this V-like profile is oriented such that the section with the smallest distances of the first and the second Stromleiterarms facing the energy storage cell. Investigations have shown that, in particular, two oppositely inclined conductor arms have a positive effect on the operational safety of the energy storage cell.
  • the conductor arms are at least partially or completely arranged mirror-symmetrically to each other.
  • the conductor arms are arranged at least in the region of the current collector contact surfaces in sections or preferably completely mirror-symmetrical to each other.
  • the energy storage device has at least a first and a second energy storage cell. Separator contact surfaces of the first and second energy storage cells are preferably arranged parallel to one another at least in sections.
  • the first Stromleiterarm is electrically conductively connected to the first energy storage cell and the second Stromleiterarm is preferably electrically conductively connected to the second energy storage cell.
  • the storage capacity of an energy storage device is expandable, and thus an improved energy storage device can be represented.
  • an imaginary separation surface is arranged between the first energy storage cell and the second energy storage cell.
  • this separation surface has at least partially or completely a flat course.
  • this separation surface is to be understood as a parallel plane to one or more of the separator contact surface.
  • the first Stromleiterarm is arranged such that at least the StromableiterWallet components on the side of the first energy storage cell comes up to this separation surface or partially or completely spaced therefrom by a distance t1.
  • the second Stromleiterarm is arranged such that this, or the second Stromableiterutton construction, on the side of the second energy storage cell comes close to this separation surface or preferably by a distance t.2 sections or completely spaced therefrom.
  • the current conductor arms are arranged as described in particular with a slope.
  • Fig. 1 is an energy storage device as known from the prior art
  • FIG. 2 is a plan view and a perspective view of a Stromableiters invention
  • Fig. 3 shows another embodiment of the invention.
  • FIG. 1 a a portion of an energy storage device, as is known from the prior art, shown.
  • This energy storage device has two energy storage cells 1, 2.
  • the electrodes (not shown) of these energy storage cells 1, 2 are connected to the Stromabieiter owned 5.
  • the current deflection device 5 has a first conductor arm 3 and a second conductor arm 4.
  • the energy storage cells have a width extension B, a longitudinal extent L and a thickness extension D on. In this case, not the complete longitudinal extent L of the energy storage cells is shown.
  • a surface normal points to the cell stack or a separator contact surface (not shown) of an energy storage cell 1 in the direction 1.n.
  • This surface normal n is parallel to the surface normal 3.n.
  • the surface normal 3.n is the surface normal to the surface 3a, which is arranged on the current collector 3, and for contacting the electrodes (not shown) of the first Energy storage cell 1 is set up.
  • the surface normal 4.n is to be understood as the surface normal of the contact surface 4a of the second conductor arm 4.
  • the conductor arms 3, 4 can penetrate into the energy storage cells 1, 2 and cause a short circuit in them. A short circuit in the energy storage cells 1, 2 can cause further damage in the energy storage cells.
  • FIG. 2 a shows a perspective partial view of an energy storage device
  • FIG. 2 b shows a top view of this energy storage device according to the invention.
  • the energy storage cells 2 are separated from one another by a dividing plane T. It can be seen that the conductor arms 3, 4 are rotated about the axis in the width direction B in relation to the solution known from the prior art.
  • the surface normal 4.n includes with the normal 2.n on a separator contact surface 8 the acute angle ß.
  • the normal 3, n of the first current collector 3 on the StromableiterCount Structure 3a with the normal to the separator contact surface 7 of the energy storage cell 1 includes the acute angle ⁇ .
  • the first current conductor 3 is arranged in the region of the thickness extension D of the first energy storage cell 1 and extends up to the distance t.1 to the parting plane T zoom.
  • the second Stromleiterarm 4 is arranged in the thickness range of the second energy storage cell 2 and extends up to the distance t.2 to the separation surface T zoom.
  • the two conductor arms 3, 4 with the StromableiterWallet vom 3a, 4a arranged mirror-symmetrically to the parting plane T.
  • the conductor arms are pushed in the deformation direction F as a kind of plow or wedge into the energy storage cells 1, 2 and the tendency of a short circuit in the energy storage cells is reduced or avoided by this geometric shape.
  • Fig. 3 is a plan view and a partial perspective view of an energy storage device is shown.
  • the flat normal 1.n on the separator contact surface 7 of the memory cell 1 includes with the surface normal 3.n on the StromableiterWallet Structure 3a of the first Stromableiters 3 an acute angle ⁇ .
  • the tendency to produce a short circuit is reduced by the current conductor arm 3 according to the invention of the current deflection device 5 in comparison with the known prior art.

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Abstract

Elektrochemische Energiespeichervorrichtung, insbesondere ein Lithium-Ionen-Akkumulator, mit mindestens einer Stromsammlereinrichtung mit wenigstens einem Stromleiterarm, wenigstens einer Energiespeicherzelle welche wenigstens eine Anode, eine Kathode und einen Separator aufweist, der Separator berührt die Anode und Kathode wenigstens abschnittsweise in jeweils einer Separatorkontaktfläche, der Stromleiterarm ist mit jeweils wenigsten einer Anode oder Kathode über eine Stromableiterkontaktfläche elektrisch leitend verbindbar, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flächennormale auf die Stromableiterkontaktfläche und eine Flächennormale auf die Separatorkontaktfläche einen spitzen Winkel α einschließen und, dass dieser Winkel α aus einem Bereich ausgewählt ist, der größer ist als 5°, vorzugsweise größer als 15°, bevorzugt größer als 25° und besonders bevorzugt größer als 35° und weiter ist der Winkel α kleiner oder gleich 90°, vorzugsweise kleiner als 75°, bevorzugt kleiner 65° und besonders bevorzugt kleiner als 45°.

Description

Stromsammler für eine elektrochemische Energiespeichervorrichtung
Die Erfindung betrifft eine elektrochemische Energiespeichervorrichtung gemäß dem Oberbegriff des ersten Patentanspruchs. Eine derartige Energiespeichervorrichtung ist aus der EP 2 595 219 A1 bekannt.
Nachfolgend wird die Erfindung anhand eines elektrochemischen Energiespeichers für ein Kraftfahrzeug zur Versorgung des Antriebsmotors mit elektrischer Leistung (Traktionsbatterie) beschrieben, dies ist nicht als eine Beschränkung der Erfindung auf eine derartige Anwendung zu verstehen.
In Kraftfahrzeugen werden in der Regel Akkumulatoren mit hochreaktiven Inhaltsstoffen eingesetzt. Der Absicherung dieser Akkumulatoren kommt daher hohe Bedeutung zu. Aufgrund äußerer Belastungen kann es im Falle eines Unfalls zu Deformationen des Akkumulators kommen. Allgemein ist es als günstig anzusehen, wenn der Akkumulator eine große Deformation erträgt, ohne dabei unkontrolliert zu reagieren.
Ein Grund für eine unkontrollierbare Reaktion des Akkumulators kann durch einen Kurzschluss der Anoden mit den Kathoden entstehen, hierbei können sich Inhaltsstoffe des Akkumulators durch Erwärmung oder Funkenschlag entzünden und weiter reagieren. Ein derartiger Kurzschluss kann durch das Eindringen von elektrischen Leitern, wie diese als sogenannte Stromsammler innerhalb des Akkumulators verwendet werden, verursacht werden. Die Stromsammler oder Stromableiter sollen einerseits kostengünstig herstellbar sein, müssen aber auch im regulären Betrieb die Funktion des Ableitens von Strom von den Anoden/Kathoden (Elektroden) zum elektrischen Anschluss des Akkumulators, welcher insbesondere eine elektrisch Kontaktierung der Energiespeicherzelle nach außen ermöglicht und sollen im Crashfall nicht oder nur in geringem Maße zum Verursachen eines Kurzschlusses im Akkumulator oder in einer Energiespeicherzelle führen.
Aus der EP 2 595 219 A1 sind Stromabieitereinrichtungen mit zwei symmetrisch geformten Stromleiterarmen bekannt, wobei die Stromleiterarme parallel zu Separatorkontaktflächen, also zu Trennflächen zwischen den Elektroden, ausgerichtet sind.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung die Betriebssicherheit einer elektrochemischen Energiespeichervorrichtung zu erhöhen, insbesondere ist es eine weitere Aufgabe der Erfindung die Speicherdichte des Akkumulators zu erhöhen. Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst, zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
In einer elektrochemischen Energiespeichervorrichtung ist wenigstens eine oder mehrere elektrochemische Energiespeicherzellen angeordnet. In einer derartigen elektrochemischen Energiespeicherzelle sind Anoden und Kathoden geschichtet, gewickelt oder gestapelt und jeweils durch einen Separator voneinander getrennt. Ein derartiger Zellstapel oder Wickel kann insbesondere als elektrochemisch aktiver Teil der Energiespeicherzelle aufgefasst werden. Vorzugsweise werden die Anoden, bzw. die Kathoden, wenigstens abschnittsweise durch eine Stromsammlereinrichtung elektrisch leitend kontaktiert. Die Stromsammlereinrichtung weist vorzugsweise einen oder mehrere Stromleiterarme auf. Die Stromleiterarme kontaktieren die Anoden bzw. die Kathoden innerhalb einer Stromableiterkontaktfläche. Die Kontaktflächen zwischen dem Separator und den Anoden bzw. Kathoden und die Stromabieiterkontaktfläche sind im bekannten Stand der Technik in der Regel parallel zueinander ausgerichtet. Vorzugsweise weist eine Energiespeicherzelle eine Länge, Breite und eine Dicke auf. Dabei ist die Dicke der Speicherzelle im Wesentlichen durch die Anzahl der Schichten (Anode, Kathode, Separator) bestimmt. Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, dass sich die Stromabieiterkontaktfläche, wenigstens abschnittsweise, in der Längen- und Breitenrichtung erstreckt.
Erfindungsgemäß schließt eine Flächennormale auf die Stromabieiterkontaktfläche, oder vorzugsweise auf einen Tangentialebene auf diese Kontaktfläche, und eine Flächennormale auf die Separatorkontaktfläche einen spitzen Winkel α ein. Weiter vorzugsweise ist dieser spitze Winkel α aus einem Bereich ausgewählt, der > 5°, vorzugsweise > 15°, bevorzugt > 25° und besonders bevorzugt > 35°. Weiter ist dieser Winkel α < 90°, vorzugsweise < 75°, bevorzugt < 65° und besonders bevorzugt < 45°.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer elektrochemischen Energiespeicherzelle eine Einrichtungen zu verstehen, bei welcher elektrische Energie in chemisch gebundener Form abspeicherbar ist und welche für dieses Abspeichern wenigstens zwei, vorzugsweise aber eine Vielzahl, von Schichten aufweist. Vorzugsweise weist eine elektrochemische Energiespeicherzelle wenigstens eine Anode und eine Kathode auf, wobei diese vorzugsweise geschichtet oder bevorzugt gestapelt sind, derartige Bauformen sind bei Lithium-Ionen Speicherzellen als sogenannte Jelly-Roll-, Pouch- oder Coffeebag-Zellen bekannt. Weiter vorzugsweise ist eine derartige Speicherzelle als eine Lithium-Ionen- beziehungsweise Lithium- Luft-Energiespeicherzelle zu verstehen. Weiter vorzugsweise weist eine derartige Zelle wenigstens im Wesentlichen eine prismatische Grundgeometrie auf, insbesondere im Gegensatz zu zylindrischen oder stabförmigen Speicherzellen. Weiter vorzugsweise ist diese Speicherzelle als sog. Coffeebag-, Pouch- Zelle oder Jellyroll-Zelle ausgebildet. Derartige Zellen haben insbesondere gemeinsam, dass diese eine Längs-, eine Breiten- und eine Dickenerstreckung aufweisen, wobei die Dickenerstreckung kleiner ist, insbesondere wesentlich kleiner (max. 50%), wenigstens einer der beiden anderen Erstreckungen. Dabei ist die Dickenerstreckung im Wesentlichen von der Anzahl der geschichteten Anoden, Kathoden und Separatoren bestimmt, wohingegen die Breiten- und Längserstreckung mehr oder weniger frei bestimmbar sind.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Stromsammlereinrichtung eine Einrichtung zum elektrisch leitenden Verbinden des elektrochemisch aktiven Teils der Energiespeicherzelle mit weiteren elektrischen Anschlüssen zur elektrischen Kontaktierung der Energiespeicherzelle zu verstehen, insbesondere mit den Polen der Energiespeicherzelle. Vorzugsweise ist die Stromsammlereinrichtung mit den Elektroden (Anoden oder Kathoden) der Energiespeicherzelle verbindbar. Vorzugsweise weist die Stromsammlereinrichtung wenigstens einen Stromleiterarm auf.
Im Sinne der Erfindung ist unter einem Stromleiterarm ein Abschnitt der Stromsammlereinrichtung zu verstehen, welcher zur elektrischen Kontaktierung mit wenigstens einer Elektrode eingerichtet ist. Weiter vorzugsweise kontaktiert der Stromleiterarm die Elektroden in einer Stromableiterkontaktfläche. Vorzugsweise erstreckt sich der Stromleiterarm entlang beziehungsweise in der Richtung einer Seitenkante der Energiespeicherzelle, vorzugsweise in Richtung der Längserstreckung oder bevorzug in Richtung der Breitenerstreckung. Weiter vorzugsweise ist der Speicherarm um diese Erstreckungsrichtung herum geneigt, insbesondere dadurch sind die Stromableiterkontaktfläche und die Separatorkontaktfläche nicht parallel zueinander ausgerichtet. Im Gegensatz dazu sind bei aus dem Stand der Technik bekannten Stromabieitereinrichtungen die Stromableiterkontaktfläche sowie die Separatorkontaktfläche parallel zueinander ausgerichtet.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Separatorkontaktfläche eine Trennfläche zwischen zwei benachbart angeordneten Elektroden (Anode/Kathode) zu verstehen, wobei diese, wenigstens abschnittsweise, durch einen Separator voneinander getrennt sind und durch diesen kontaktiert werden. Weiter ist die Separatorkontaktfläche als eine wenigstens im Wesentlichen ebene Kontaktfläche zwischen einem Separator und einer der Elektroden zu verstehen. Weiter vorzugweise ist als Separatorkontaktfläche ein Flächenabschnitt zwischen einer Elektrode und dem Seperator zu verstehen, welcher sich wenigstens im Wesentlichen in der Längs- und der Breitenerstreckung der elektrochemischen Energiespeicherzelle erstreckt. Bildlich gesprochen ist die Separatorkontaktfläche insbesondere als eine Stapelebene des Elektrodenstapels zu verstehen.
Insbesondere durch einen erfindungsgemäßen Winkel α zwischen einer Flächennormale auf die Stromableiterkontaktfläche und einer Flächennormale auf die Separatorkontaktfläche, ist innerhalb des gleichen Bauraums eine größere Stromableiterkontaktfläche realisierbar. Allgemein hängt der elektrische Widerstand einer Verbindung insbesondere von der Größe der Kontaktfläche ab und sinkt bei einer größeren Fläche tendenziell. Damit kann mit einer vergrößerten Stromableiterkontaktfläche einerseits, die Effizienz der Energiespeichervorrichtung verbessert werden und andererseits die Betriebssicherheit dieser gesteigert werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Stromsammlereinrichtung einen zweiten Stromleiterarm auf. Vorzugsweise erstreckt weist dieser zweite Stromleiterarm in einer grundsätzlich parallelen Erstreckung zum ersten Stromleiterarm. Vorzugsweise bezieht sich die Parallelität nicht auf die Neigung der Stromleiterarme. Weiter vorzugsweise kontaktiert der zweite Stromleiterarm wenigstens eine Elektrode in einer zweiten Stromableiterkontaktfläche. Weiter vorzugsweise schließt eine Flächennormale auf die Separatorkontaktfläche und eine Flächennormale, auf diese zweite Stromableiterkontaktfläche, einen spitzen Winkel ß ein. Vorzugsweise ist dieser spitze Winkel ß aus einem Bereich ausgewählt, der > 5°, vorzugsweise > 15°, bevorzugt > 25° und besonders bevorzugt > 35° ist. Und Weiter vorzugsweise ist der Winkel ß < 90°, vorzugsweise < 75°, bevorzugt < 65° und besonders bevorzugt < 45°. Insbesondere durch zwei Stromleiterarme kann die Stromableiterkontaktfläche weiter vergrößert werden oder es sind mit den Stromleiterarmen Elektroden mit unterschiedlichem Potential verbindbar insbesondere dadurch ist die Effizienz und Betriebssicherheit der Energiespeichervorrichtung weiter verbesserbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind der erste und der zweite Stromleiterarm gegengleich zueinander geneigt (Winkel a, ß). Insbesondere durch diese gegengleiche Neigung der Stromleiterarme entsteht ein V-artiges oder dachartiges Profil in einer Ebene welche orthogonal zur Neigungsachse (a, ß) der Stromleiterarme angeordnet ist. Weiter vorzugsweise ist dieses V- artige Profil derart orientiert, dass der Abschnitt mit den geringsten Abständen des ersten und des zweiten Stromleiterarms der Energiespeicherzelle zugewandt sind. Untersuchungen haben gezeigt, dass sich insbesondere zwei gegengleich zueinander geneigte Stromleiterarme positiv auf die Betriebssicherheit der Energiespeicherzelle auswirken.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die Stromleiterarme wenigstens abschnittsweise oder vollständig spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet. Vorzugsweise sind die Stromleiterarme wenigstens im Bereich der Stromableiterkontaktflächen abschnittsweise oder vorzugsweise vollständig spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet. Insbesondere durch diese Anordnung der Stromleiterarme ist eine besonders einfache und kostengünstige Herstellung dieser ermöglicht. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Energiespeichervorrichtung wenigstens eine erste und eine zweite Energiespeicherzelie auf. Vorzugsweise sind Separatorkontaktflächen der ersten und zweiten Energiespeicherzelle wenigstens abschnittsweise parallel zueinander angeordnet. Weiter vorzugsweise ist der erste Stromleiterarm mit der ersten Energiespeicherzelle elektrisch leitend verbindbar und der zweite Stromleiterarm ist vorzugsweise mit der zweiten Energiespeicherzelle elektrisch leitend verbindbar. Insbesondere durch die Erhöhung der Anzahl der elektrochemischen Energiespeicherzellen ist die Speicherkapazität einer Energiespeichervorrichtung erweiterbar und damit ist eine verbesserte Energiespeichervorrichtung darstellbar.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist zwischen der ersten Energiespeicherzelle und der zweiten Energiespeicherzelle eine gedachte Trennfläche angeordnet. Vorzugsweise weist diese Trennfläche wenigstens abschnittsweise oder vollständig einen ebenen Verlauf auf. Weiter vorzugsweise ist diese Trennfläche als eine parallele Ebene zu einer oder mehreren der Separatorkontaktfläche zu verstehen.
Vorzugsweise ist der erste Stromleiterarm derart angeordnet, dass wenigstens die Stromableiterkontaktfläche auf der Seite der ersten Energiespeicherzelle bis an diese Trennfläche heranreicht oder abschnittsweise oder vollständig von dieser durch einen Abstand t1 beabstandet ist. Weiter vorzugsweise ist der zweite Stromleiterarm derart angeordnet, dass dieser, bzw. die zweite Stromableiterkontaktfläche, auf der Seite der zweiten Energiespeicherzelle bis an diese Trennfläche heranreicht oder vorzugsweise durch einen Abstand t.2 abschnittsweise oder vollständig von dieser beabstandet ist. Insbesondere im Fall einer unplanmäßigen Deformation der elektrochemischen Energiespeichervorrichtung (Crash-Fall) hat es sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die Stromleiterarme wie beschrieben insbesondere mit einer Neigung angeordnet sind. Bevorzugte Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den nachfolgend erläuterten, teilweise schematisierten Figuren dargestellt. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine Energiespeichervorrichtung wie diese aus dem Stand der Technik bekannt ist,
Fig. 2 die Draufsicht und eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Stromableiters,
Fig. 3 eine weitere Ausführungsform der Erfindung.
In Fig. 1 a ist ein Teilabschnitt einer Energiespeichervorrichtung, wie diese aus dem Stand der Technik bekannt ist, dargestellt. Diese Energiespeichervorrichtung weist zwei Energiespeicherzellen 1 , 2 auf. Die Elektroden (nicht dargestellt) dieser Energiespeicherzellen 1 , 2 sind mit der Stromabieitereinrichtung 5 verbindbar. Dazu weist die Stromabieitereinrichtung 5 einen ersten Stromleiterarm 3 und einen zweiten Stromleiterarm 4 auf. Auf den Stromleiterarmen ist jeweils eine Stromableiterkontaktfläche, hier nur für die Stromleiterarm 3 als Fläche 3a dargestellt, angeordnet.
Die Energiespeicherzellen weisen eine Breitenerstreckung B, eine Längserstreckung L und eine Dickenerstreckung D auf. Dabei ist nicht die vollständige Längserstreckung L der Energiespeicherzellen dargestellt.
In der Draufsicht Fig. 1 b ist erkennbar, dass eine Flächennormale auf den Zellenstapel beziehungsweise eine Separatorkontaktfläche (nicht dargestellt) einer Energiespeicherzelle 1 in Richtung 1.n weist. Diese Flächennormale n ist parallel zu der Flächennormale 3.n. Die Flächennormale 3.n ist die Flächennormale auf die Fläche 3a, welche am Stromableiter 3 angeordnet ist, und zur Kontaktierung der Elektroden (nicht dargestellt) der ersten Energiespeicherzelle 1 eingerichtet ist. Ebenso ist die Flächennormale 4.n als Flächennormale der Kontaktfläche 4a des zweiten Stromleiterarms 4 zu verstehen. Im Falle einer Deformation in Richtung F können die Stromleiterarme 3, 4 in die Energiespeicherzellen 1 , 2 eindringen und in diesen einen Kurzschluss verursachen. Durch einen Kurzschluss in den Energiespeicherzellen 1 , 2 können weitere Schäden in den Energiespeicherzellen auftreten.
In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung dargestellt. Dabei zeigt Fig. 2a eine perspektivische Teildarstellung einer Energiespeichervorrichtung und Fig. 2b eine Draufsicht auf diese erfindungsgemäße Energiespeichervorrichtung. Die Energiespeicherzellen , 2 sind durch eine Trennebene T voneinander getrennt. Es ist erkennbar, dass die Stromleiterarme 3, 4 gegenüber der aus dem Stand der Technik bekannten Lösung um die Achse in Breitenrichtung B gedreht sind. Die Flächennormale 4.n schließt mit der Normalen 2.n auf eine Separatorkontaktfläche 8 den spitzen Winkel ß ein. Gleiches gilt für die erste Energiespeicherzelle 1. Hier schließt die Normale 3,n des ersten Stromableiters 3 auf die Stromableiterkontaktfläche 3a mit der Normalen auf die Separatorkontaktfläche 7 der Energiespeicherzelle 1 den spitzen Winkel α ein.
Der erste Stromableiter 3 ist im Bereich der Dickenerstreckung D der ersten Energiespeicherzelle 1 angeordnet und erstreckt sich bis auf den Abstand t.1 an die Trennebene T heran. Der zweite Stromleiterarm 4 ist im Dickenbereich der zweiten Energiespeicherzelle 2 angeordnet und erstreckt sich bis auf den Abstand t.2 an die Trennfläche T heran. In dieser Ausführungsform sind die beiden Stromleiterarme 3, 4 mit den Stromableiterkontaktflächen 3a, 4a spiegelsymmetrisch zur Trennebene T angeordnet. Die Stromleiterarme werden in Deformationsrichtung F als eine Art Pflug oder Keil in die Energiespeicherzellen 1 , 2 hinein geschoben und die Neigung einen Kurzschluss in den Energiespeicherzellen wird durch diese geometrische Form verringert oder vermieden.
In Fig. 3 ist eine Draufsicht und eine teilweise perspektivische Ansicht einer Energiespeichervorrichtung dargestellt. Die Flachennormale 1.n auf die Separatorkontaktfläche 7 der Speicherzelle 1 schließt mit der Flächennormale 3.n auf die Stromableiterkontaktfläche 3a des ersten Stromableiters 3 einen spitzen Winkel α ein. Im Falle einer Deformation in Richtung F wird die Neigung einen Kurzschluss zu erzeugen durch den erfindungsgemäßen Stromleiterarm 3 der Stromabieitereinrichtung 5 gegenüber dem bekannten Stand der Technik verringert.

Claims

Patentansprüche
1. Elektrochemische Energiespeichervorrichtung, insbesondere ein
Lithium-Ionen-Akkumulator, mit
mindestens einer Stromsammlereinrichtung (5) mit wenigstens einem Stromleiterarm (3),
wenigstens einer Energiespeicherzelle (1 , 2) welche wenigstens eine
Anode, eine Kathode und einen Separator aufweist,
der Separator berührt die Anode und Kathode wenigstens
abschnittsweise in jeweils einer Separatorkontaktfläche,
der Stromleiterarm (3) ist mit jeweils wenigsten einer Anode oder
Kathode über eine Stromablelterkontaktfläche (3a, 4a) elektrisch leitend verbindbar, dadurch gekennzeichnet, dass eine Flächennormale auf die Stromablelterkontaktfläche (3.n, 4.n) und eine Flächennormale auf die Separatorkontaktfläche ( n, 2.n) einen spitzen Winkel α einschließen und,
dass dieser Winkel α aus einem Bereich ausgewählt ist, der größer ist als 5°, vorzugsweise größer als 15°, bevorzugt größer als 25° und besonders bevorzugt größer als 35° und
weiter ist der Winkel α kleiner oder gleich 90°, vorzugsweise kleiner als 75°, bevorzugt kleiner 65° und besonders bevorzugt kleiner als 45°.
2. Elektrochemische Energiespeichervorrichtung, nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,
dass die Stromsammlereinrichtung (5) einen zweiten Stromableiterarm (4) aufweist,
dass eine Flächennormale (4.n) auf eine zweite Stromableiterkontaktfläche (4.n) und die Flächennormale auf die Separatorkontaktfläche (2.n) einen spitzen Winkel ß aufweist, dass der Winkel ß aus einem Bereich ausgewählt ist, der größer ist als 5°, vorzugsweise größer als 15°, bevorzugt größer als 25° und besonders bevorzugt größer als 35° und
weiter ist der Winkel ß kleiner oder gleich 90°, vorzugsweise kleiner als 75°, bevorzugt kleiner 65° und besonders bevorzugt kleiner als 45°.
Elektrochemische Energiespeichervorrichtung, nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
dass der erste und der zweite Stromleiterarm (3, 4) gegengleich zueinander geneigt sind.
Elektrochemische Energiespeichervorrichtung nach einem der
Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet,
dass die Stromleiterarme (3, 4) wenigstens abschnittsweise oder vollständig spiegelsymmetrisch zueinander angeordnet sind.
Elektrochemische Energiespeichervorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet,
dass diese wenigstens eine zweite Energiespeicherzelle (2) aufweist, dass der erste Stromleiterarm (3) mit der ersten Energiespeicherzelle
(1) elektrisch leitend verbindbar ist,
dass der zweite Stromleiterarm (4) mit der zweiten
Energiespeicherzelle (2) elektrisch leitend verbindbar ist.
Elektrochemische Energiespeichervorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
dass eine Trennfläche T zwischen der ersten Energiespeicherzelle (1) und der zweiten Energiespeicherzelle (2) angeordnet ist, dass der erste Stromleiterarm (3) auf der Seite der ersten
Energiespeicherzelle (1) bis an diese Trennfläche (T) heranreicht oder durch einen Abstand t.1 von dieser beabstandet ist,
dass der zweite Stromleiterarm (4) auf der Seite der zweiten
Energiespeicherzelle (2) bis an diese Trennfläche T heranreicht oder durch einen Abstand t.2 von dieser beabstandet ist.
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