WO2017080801A1 - Electrode unit for a battery cell and method for the examination of an electrode unit - Google Patents
Electrode unit for a battery cell and method for the examination of an electrode unit Download PDFInfo
- Publication number
- WO2017080801A1 WO2017080801A1 PCT/EP2016/075518 EP2016075518W WO2017080801A1 WO 2017080801 A1 WO2017080801 A1 WO 2017080801A1 EP 2016075518 W EP2016075518 W EP 2016075518W WO 2017080801 A1 WO2017080801 A1 WO 2017080801A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- electrode
- conductor layer
- metallic conductor
- electrode unit
- layer
- Prior art date
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/36—Selection of substances as active materials, active masses, active liquids
- H01M4/362—Composites
- H01M4/366—Composites as layered products
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
- H01M10/48—Accumulators combined with arrangements for measuring, testing or indicating the condition of cells, e.g. the level or density of the electrolyte
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
-
- H—ELECTRICITY
- 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
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/058—Construction or manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M2220/00—Batteries for particular applications
- H01M2220/20—Batteries in motive systems, e.g. vehicle, ship, plane
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
Definitions
- the invention relates to an electrode unit for a battery cell, which comprises an electrode, a counter electrode and a separator layer, which is arranged between the electrode and the counter electrode.
- the invention further relates to two methods for the investigation of an inventive
- Electrical energy can be stored by means of batteries. Batteries convert chemical reaction energy into electrical energy. Here are batteries.
- Primary batteries and secondary batteries distinguished. Primary batteries are only functional once, while secondary batteries, also referred to as accumulators, are rechargeable.
- a battery comprises one or more battery cells.
- lithium-ion battery cells are used in an accumulator. These are characterized among other things by high energy densities, thermal stability and extremely low self-discharge. Lithium-ion battery cells are used, inter alia, in motor vehicles, in particular in electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (H EV) and plug-in hybrid electric vehicles (PHEV).
- EV electric vehicles
- H EV hybrid electric vehicles
- PHEV plug-in hybrid electric vehicles
- Lithium-ion battery cells have a positive electrode, also known as
- Cathode is called, and a negative electrode, which is also referred to as anode on.
- the cathode and the anode each include one
- the active material for the cathode is, for example, a metal oxide.
- Active material for the anode is, for example, graphite or silicon.
- the current collector and the active material of an electrode can also be formed in one piece.
- Lithiumins are embedded.
- Battery cell ie during a discharge process, electrons flow in an external circuit from the anode to the cathode.
- lithium ions migrate from the anode to the cathode during a discharge process.
- the lithium ions from the active material of the anode store reversibly, which is also called deintercalation.
- the lithium ions migrate from the cathode to the anode.
- the lithium ions reversibly store back into the active material of the anode, which is also referred to as intercalation.
- the electrodes of the battery cell are formed like a film and under
- a battery cell usually includes one or more
- the two electrodes of the electrode unit are electrically connected by means of collectors to poles of the battery cell, which are also referred to as terminals.
- the electrodes and the separator layer are surrounded by a generally liquid electrolyte.
- the electrolyte is conductive to the lithium ions and allows the transport of the lithium ions between them
- the transport properties for lithium ions in the electrode unit are of the electrolyte used, the separator layer, the temperature, the
- Layer thickness and the structure of the active material of the electrodes depends. This also determines the dynamics of the charging processes and of the discharging processes in the electrode unit.
- To investigate the transport properties of lithium ions in the electrolyte are various investigation methods known, for example, “galvanostatic intermittent titration technique” (GITT), “potentiostatic intermittent titration technique” (PITT), and “pulsed gradient spin-echo nuclear magnetic resonance spectroscopy” (PGSE-NMR).
- GITT galvanostatic intermittent titration technique
- PITT potentialostatic intermittent titration technique
- PGSE-NMR pulsesed gradient spin-echo nuclear magnetic resonance spectroscopy
- the document DE 10 2014 220 993 Al discloses a lithium battery with a positive and a negative electrode.
- the battery includes a housing.
- the housing is designed as a metal cup.
- the battery cell additionally comprises a reference electrode, which on the inside of the metal cup
- the reference electrode serves to evaluate the state of
- Document DE 10 2011 114 613 A1 discloses a battery cell with an electrode unit.
- the electrode unit in this case comprises a positive electrode, a negative electrode and a separator arranged therebetween.
- Each of the two electrodes comprises two active material layers, as well as a Stromabieiter Mrs.
- the document DE 11 2013 000 826 T5 discloses an electrode stack for a battery cell.
- the positive electrode as well as the negative include
- Electrode in each case a centrally located current collector, as well as on both sides of an active material layer.
- the positive electrode and two separator layers each form a structural unit. Disclosure of the invention
- An electrode unit for a battery cell which comprises an electrode, a counterelectrode and a separator layer.
- the electrode unit serves primarily for examinations of transport properties for lithium ions in the active material of a
- the electrode unit preferably has only one layer, which comprises the electrode, the counter electrode and the separator layer.
- the electrode, the counter electrode and the separator layer therefore do not have to be wound or stacked into several layers.
- the electrode of the electrode unit has a first metallic conductor layer and a second metallic conductor layer. Between the two metallic conductor layers of the electrode are a first
- Active material layer and a second active material layer arranged. Between the two active material layers of the electrode, a separator layer is arranged.
- the electrode is thus constructed symmetrically with respect to the centrally located separator layer.
- the second metallic conductor layer faces the separator layer, and the first metallic conductor layer is the
- the first active material layer is located between the first metallic conductor layer and the separator layer, and the second active material layer is located between the second metallic conductor layer and the separator layer.
- the first metallic conductor layer of the electrode is electrically connected to a first connection contact
- the second metallic conductor layer of the electrode is electrically connected to a second connection contact
- the counterelectrode is electrically connected to a mating connection contact.
- the electrode unit thus has three externally accessible connection contacts, which can be contacted, for example, to carry out measurements of electrical variables within the electrode unit.
- the first metallic conductor layer of the electrode is designed as a metal mesh network.
- the second metallic conductor layer of the electrode is advantageously designed as a metal mesh with meshes. The meshes of the metal net ensure one
- the meshes of the metal mesh have a mesh size in the range of 1 ⁇ to 200 ⁇ .
- Wire mesh diameter should be as high as possible.
- the thickness of the metal mesh is preferably in a range of less than 100 ⁇ .
- the first active material layer of the electrode and the second active material layer of the electrode are made of the same material.
- the two active material layers of the electrode thus correspond to one
- Separator layer is electrically insulating and prevents electrical conductivity between the first metallic conductor layer and the second metallic conductor layer.
- the counter electrode of the electrode unit is designed as a lithium-metal electrode.
- Counter electrode is thus formed in one piece and combines current collector and active material in a single layer.
- Electrode unit proposed. According to this method, while the first metallic conductor layer of the electrode and the second metallic
- Conductor layer of the electrode are electrically short-circuited, for example, by closing a switch, the electrode unit by applying a voltage between the first metallic conductor layer and the counter electrode electrically charged.
- Counter electrode is located, a higher state of charge than the first active material layer of the electrode, which is located away from the counter electrode.
- a charge state gradient arises within the active material of the electrode. The reason for this is an inhibition of the transport of
- Lithium ions pass through the active material.
- Conductor layer and the second metallic conductor layer measured. Due to the measured potential difference between the first metallic conductor layer and the second metallic conductor layer, it is possible to respond to the different states of charge of the first active material layer and the second
- Transport properties for lithium ions in the second active material layer of the electrode are evaluated.
- a potential difference between the first metallic conductor layer and the counter electrode and a potential difference between the second metallic conductor layer and the counter electrode can be measured.
- Charge state of the two active material layers of the electrode can be determined. There is also a space between the two active material layers
- Electrode unit proposed. According to this further method, while the first metallic conductor layer of the electrode and the second metallic conductor layer of the electrode are electrically separated, the
- Electrode unit by applying a voltage between the first
- the second metallic conductor layer is not connected, that is isolated from the first metallic conductor layer and the counter electrode.
- the second active material layer of the electrode acts like an additional separator beside the Separator layer of the electrode and the separator layer of the electrode unit.
- the second active material layer of the electrode thus hinders the transport of the lithium ions, which migrate through the second active material layer of the electrode.
- an internal resistance of the electrode unit between the first metallic conductor layer and the counter electrode is measured.
- the transport properties of lithium ions in the second active material layer of the electrode can be evaluated by the internal resistance of the electrode unit.
- an additional voltage may be applied between the second metallic conductor layer and the counter electrode.
- the second active material layer of the electrode can likewise be charged or discharged.
- Conductor layer and the counter electrode and the transport properties for lithium ions in the second active material layer of the electrode can thus be measured and evaluated at different states of charge of the second active material layer.
- the electrode unit according to the invention in conjunction with the methods according to the invention, permits an investigation of the transport properties for lithium ions in the active material layer of the electrode. Furthermore, they are separate
- the transport properties of lithium ions in the active material layer of the electrode can be qualitatively and quantitatively evaluated.
- the rate of charge equalization perpendicular to the electrode surface, that is along a charge state gradient within the active material of the electrode can be determined.
- Figure 1 a first circuit for the investigation of an inventive
- Figure 2 a second circuit for the investigation of an inventive
- FIG. 1 shows a first circuit for examining an electrode unit 10 according to the invention.
- the electrode unit 10 comprises an electrode 20, a counter electrode 27 and a separator layer 26, which is arranged between the electrode 20 and the counter electrode 27.
- the counter electrode 27 is embodied here as a one-piece lithium-metal electrode.
- the electrode 20 has a multilayer structure and in the present case has five layers. These are a first metallic conductor layer 21, a second metallic conductor layer 25, a first active material layer 22, a second active material layer 24 and a separator layer 23.
- the first metallic conductor layer 21 and the second metallic conductor layer 25 are designed as a metal mesh network.
- the first active material layer 22 and the second active material layer 24 are configured identically and in particular made of the same active material.
- the separator layer 23 of the electrode 20 is centrally located and surrounded by the first active material layer 22 and the second active material layer 24.
- the first metallic conductor layer 21 is arranged on one of the Separators 23 opposite side of the first active material layer 22, the first metallic conductor layer 21 is arranged.
- the second metallic conductor layer 25 is arranged.
- the electrode 20 is thus configured symmetrically with respect to the centrally arranged separator layer 23.
- the electrode 20 is arranged inside the electrode unit 10 such that the second metallic conductor layer 25 faces the separator layer 26.
- the first metallic conductor layer 21 of the electrode 20 is thus the
- Separator layer 26 facing away. On a side facing away from the electrode 20 of the separator layer 26, the counter electrode 27 is arranged.
- a first terminal contact 31 is electrically connected to the first metallic one
- Conductor layer 21 is connected, a second terminal contact 35 is electrically connected to the second metallic conductor layer 25, and a
- Counter connection contact 37 is electrically connected to the counter electrode 27.
- the electrode unit 10 has three externally contactable
- Terminal contacts 31, 35, 37 by means of which measurements of electrical variables within the electrode unit 10 can be carried out. Furthermore serve the
- Connection contacts 31, 35, 37 also for loading or unloading the
- Electrode unit 10 in particular the active material layers 22, 24th
- a switch 41 is arranged between the first connection contact 31 and the second connection contact 35. By closing the switch 41, a switch 41 is arranged.
- Short circuit between the first metallic conductor layer 21 and the second metallic conductor layer 25 are generated.
- Terminal contact 35 a voltmeter 42 is arranged.
- Voltage measuring device 42 is thus arranged parallel to the switch 41.
- a voltage, or a potential difference, between the first metallic conductor layer 21 and the second metallic conductor layer 25 can then be measured by means of the voltage measuring device 42.
- Counter electrode 27 may be arranged. Likewise, between the second terminal contact 35 and the mating terminal contact 37 another, also not shown here measuring device for measuring a voltage between the second metallic conductor layer 25 and the counter electrode 27 may be arranged.
- a voltage source 45 is connected between the first terminal contact 31 and the mating terminal contact 37.
- the electrode unit 10 in particular the first active material layer 22 of the electrode 20, can be charged.
- FIG. 2 shows a second circuit for examining the electrode unit 10 according to the invention.
- the electrode unit 10 is constructed identically to the electrode unit 10 shown in FIG. 1 and comprises an electrode 20 having five layers, a counterelectrode 27 and a
- Separator layer 26 which is disposed between the electrode 20 and the counter electrode 27.
- a first terminal contact 31 is electrically connected to the first metal conductor layer 21
- a second terminal contact 35 is electrically connected to the second metal conductor layer 25
- a mating terminal contact 37 is electrically connected to the counter electrode 27 connected.
- a voltage source 45 is connected between the first connection contact 31 and the mating contact 37. By applying a voltage by means of the voltage source 45 between the first terminal contact 31 and the mating terminal contact 37, the electrode unit 10, in particular the first active material layer 22 of the electrode 20, can be charged. Between the second connection contact 35 and the mating terminal contact 37, a voltage source 45 is also connected. By applying a voltage by means of the voltage source 45 between the second
- Electrode unit 10 in particular the second active material layer 24 of the electrode 20, are charged.
- a measuring device is arranged between the first connection contact 31 and the mating contact 37.
- an internal resistance of the electrode unit 10 between the first metallic conductor layer 21 of the electrode 20 and the counter electrode 27 can be measured.
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Composite Materials (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
Abstract
The invention relates to an electrode unit (10) for a battery cell, comprising an electrode (20), a counter electrode (27) and a separator layer (26) which is arranged between the electrode (20) and the counter electrode (27). The electrode (20) has a first metal conductor layer (21) and a second metal conductor layer (25), between which a first active material layer (22) and a second active material layer (24) are arranged, between which a separator layer (23) is arranged. The invention also relates to a method for the examination of an electrode unit (10) according to the invention, wherein the first metal conductor layer (21) and the second metal conductor layer (25) are electrically short circuited; the electrode unit (10) is electrically charged by applying a voltage between the first metal conductor layer (21) and the counter electrode (27); after charging the electrode unit (10), the first metal conductor layer (21) and the second metal conductor layer (25) are electrically separated; and a potential difference is measured between the first metal conductor layer (21) and the second metal conductor layer (25). The invention likewise relates to a method for the examination of an electrode unit (10) according to the invention, wherein, while the first metal conductor layer (21) and the second metal conductor layer (25) are electrically separated, the electrode unit (10) is electrically charged by applying a voltage between the first metal conductor layer (21) and the counter electrode (27); and during the charging of the electrode unit (10), an internal resistance of the electrode unit (10) is measured between the first metal conductor layer (21) and the counter electrode (27).
Description
Elektrodeneinheit für eine Batteriezelle und Verfahren zur Untersuchung einer Elektrodeneinheit Electrode unit for a battery cell and method for examining an electrode unit
Die Erfindung betrifft eine Elektrodeneinheit für eine Batteriezelle, welche eine Elektrode, eine Gegenelektrode und eine Separatorlage, welche zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode angeordnet ist, umfasst. Die Erfindung betrifft ferner zwei Verfahren zur Untersuchung einer erfindungsgemäßen The invention relates to an electrode unit for a battery cell, which comprises an electrode, a counter electrode and a separator layer, which is arranged between the electrode and the counter electrode. The invention further relates to two methods for the investigation of an inventive
Elektrodeneinheit. Electrode unit.
Stand der Technik State of the art
Elektrische Energie ist mittels Batterien speicherbar. Batterien wandeln chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie um. Hierbei werden Electrical energy can be stored by means of batteries. Batteries convert chemical reaction energy into electrical energy. Here are
Primärbatterien und Sekundärbatterien unterschieden. Primärbatterien sind nur einmal funktionsfähig, während Sekundärbatterien, die auch als Akkumulator bezeichnet werden, wieder aufladbar sind. Eine Batterie umfasst dabei eine oder mehrere Batteriezellen. Primary batteries and secondary batteries distinguished. Primary batteries are only functional once, while secondary batteries, also referred to as accumulators, are rechargeable. A battery comprises one or more battery cells.
In einem Akkumulator finden insbesondere sogenannte Lithium-Ionen- Batteriezellen Verwendung. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten, thermische Stabilität und eine äußerst geringe Selbstentladung aus. Lithium-Ionen-Batteriezellen kommen unter anderem in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Elektrofahrzeugen (Electric Vehicle, EV), Hybridfahrzeugen (Hybrid Electric Vehicle, H EV) sowie Plug-In-Hybridfahrzeugen (Plug-In-Hybrid Electric Vehicle, PHEV) zum Einsatz. In particular, so-called lithium-ion battery cells are used in an accumulator. These are characterized among other things by high energy densities, thermal stability and extremely low self-discharge. Lithium-ion battery cells are used, inter alia, in motor vehicles, in particular in electric vehicles (EV), hybrid electric vehicles (H EV) and plug-in hybrid electric vehicles (PHEV).
Lithium-Ionen-Batteriezellen weisen eine positive Elektrode, die auch als Lithium-ion battery cells have a positive electrode, also known as
Kathode bezeichnet wird, und eine negative Elektrode, die auch als Anode bezeichnet wird, auf. Die Kathode sowie die Anode umfassen je einen Cathode is called, and a negative electrode, which is also referred to as anode on. The cathode and the anode each include one
Stromableiter, auf den ein Aktivmaterial aufgebracht ist. Bei dem Aktivmaterial für die Kathode handelt es sich beispielsweise um ein Metalloxid. Bei dem
Aktivmaterial für die Anode handelt es sich beispielsweise um Graphit oder Silizium. Der Stromableiter und das Aktivmaterial einer Elektrode können auch einstückig ausgebildet sein. In das Aktivmaterial der Anode sind Lithiuminen eingelagert. Beim Betrieb derCurrent conductor, on which an active material is applied. The active material for the cathode is, for example, a metal oxide. In which Active material for the anode is, for example, graphite or silicon. The current collector and the active material of an electrode can also be formed in one piece. In the active material of the anode Lithiumins are embedded. When operating the
Batteriezelle, also bei einem Entladevorgang, fließen Elektronen in einem äußeren Stromkreis von der Anode zur Kathode. Innerhalb der Batteriezelle wandern Lithiumionen bei einem Entladevorgang von der Anode zur Kathode. Dabei lagern die Lithiumionen aus dem Aktivmaterial der Anode reversibel aus, was auch als Deinterkalation bezeichnet wird. Bei einem Ladevorgang derBattery cell, ie during a discharge process, electrons flow in an external circuit from the anode to the cathode. Within the battery cell, lithium ions migrate from the anode to the cathode during a discharge process. The lithium ions from the active material of the anode store reversibly, which is also called deintercalation. When charging the
Batteriezelle wandern die Lithiumionen von der Kathode zu der Anode. Dabei lagern die Lithiumionen wieder in das Aktivmaterial der Anode reversibel ein, was auch als Interkalation bezeichnet wird. Die Elektroden der Batteriezelle sind folienartig ausgebildet und unter Battery cell, the lithium ions migrate from the cathode to the anode. In this case, the lithium ions reversibly store back into the active material of the anode, which is also referred to as intercalation. The electrodes of the battery cell are formed like a film and under
Zwischenlage einer Separatorlage, welche die Anode von der Kathode trennt, zu einem Elektrodenwickel gewunden. Ein solcher Elektrodenwickel wird auch als Jelly-Roll bezeichnet. Die Elektroden können auch zu einem Elektrodenstapel übereinander geschichtet sein oder auf eine andere Art eine Elektrodeneinheit bilden. Eine Batteriezelle umfasst in der Regel eine oder mehrere Interlayer of a Separatorlage, which separates the anode from the cathode, wound into an electrode coil. Such an electrode winding is also referred to as a jelly roll. The electrodes can also be stacked to form an electrode stack or in another way form an electrode unit. A battery cell usually includes one or more
Elektrodeneinheiten. Electrode units.
Die beiden Elektroden der Elektrodeneinheit werden mittels Kollektoren elektrisch mit Polen der Batteriezelle, welche auch als Terminals bezeichnet werden, verbunden. Die Elektroden und die Separatorlage sind von einem in Regel flüssigen Elektrolyt umgeben. Der Elektrolyt ist für die Lithiumionen leitfähig und ermöglicht den Transport der Lithiumionen zwischen den The two electrodes of the electrode unit are electrically connected by means of collectors to poles of the battery cell, which are also referred to as terminals. The electrodes and the separator layer are surrounded by a generally liquid electrolyte. The electrolyte is conductive to the lithium ions and allows the transport of the lithium ions between them
Elektroden. Electrodes.
Die Transporteigenschaften für Lithiumionen in der Elektrodeneinheit sind von dem verwendeten Elektrolyt, der Separatorlage, der Temperatur, der The transport properties for lithium ions in the electrode unit are of the electrolyte used, the separator layer, the temperature, the
Schichtdicke sowie der Struktur des Aktivmaterials der Elektroden abhängig. Hiervon wird auch die Dynamik der Ladevorgänge sowie der Entladevorgänge in der Elektrodeneinheit bestimmt. Zur Untersuchung der Transporteigenschaften für Lithiumionen in dem Elektrolyt sind verschiedene Untersuchungsmethoden
bekannt, beispielsweise "galvanostatic intermittent titration technique" (GITT), "potentiostatic intermittent titration technique" (PITT), sowie "pulsed gradient spin-echo nuclear magnetic resonance Spektroskopie" (PGSE-NMR). Das Dokument DE 10 2011 015 792 AI offenbart eine Lithium-Ionenzelle, welche eine positive Elektrode, eine negative Elektrode sowie eine dazwischen angeordnete Referenzelektrode aufweist. Die positive Elektrode und die negative Elektrode weisen dabei jeweils zwei Schichten aus Aktivmaterial eine Layer thickness and the structure of the active material of the electrodes depends. This also determines the dynamics of the charging processes and of the discharging processes in the electrode unit. To investigate the transport properties of lithium ions in the electrolyte are various investigation methods known, for example, "galvanostatic intermittent titration technique" (GITT), "potentiostatic intermittent titration technique" (PITT), and "pulsed gradient spin-echo nuclear magnetic resonance spectroscopy" (PGSE-NMR). Document DE 10 2011 015 792 A1 discloses a lithium-ion cell which has a positive electrode, a negative electrode and a reference electrode arranged therebetween. The positive electrode and the negative electrode each have two layers of active material
Stromabieiterschicht auf. Stromabieiterschicht on.
Das Dokument DE 10 2014 220 993 AI offenbart eine Lithiumbatterie mit einer positiven und einer negativen Elektrode. Die Batterie umfasst ein Gehäuse. Das Gehäuse ist als Metallbecher ausgestaltet. Die Batteriezelle umfasst zusätzlich eine Referenzelektrode, welche auf der Innenseite des Metallbechers The document DE 10 2014 220 993 Al discloses a lithium battery with a positive and a negative electrode. The battery includes a housing. The housing is designed as a metal cup. The battery cell additionally comprises a reference electrode, which on the inside of the metal cup
abgeschieden ist. Die Referenzelektrode dient zur Bewertung des Zustandes deris deposited. The reference electrode serves to evaluate the state of
Batteriezelle. Battery cell.
Das Dokument DE 10 2011 114 613 AI offenbart eine Batteriezelle mit einer Elektrodeneinheit. Die Elektrodeneinheit umfasst dabei eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und einen dazwischen angeordneten Separator. Jede der beiden Elektroden umfasst dabei zwei aktive Materialschichten, sowie eine Stromabieiterschicht. Document DE 10 2011 114 613 A1 discloses a battery cell with an electrode unit. The electrode unit in this case comprises a positive electrode, a negative electrode and a separator arranged therebetween. Each of the two electrodes comprises two active material layers, as well as a Stromabieiterschicht.
Das Dokument DE 11 2013 000 826 T5 offenbart einen Elektrodenstapel für eine Batteriezelle. Dabei umfassen die positive Elektrode ebenso wie die negativeThe document DE 11 2013 000 826 T5 discloses an electrode stack for a battery cell. In this case, the positive electrode as well as the negative include
Elektrode jeweils einen zentral gelegenen Stromableiter, sowie beidseitig eine Aktivmaterialschicht. Die positive Elektrode sowie zwei Separatorschichten bilden dabei jeweils eine bauliche Einheit. Offenbarung der Erfindung Electrode in each case a centrally located current collector, as well as on both sides of an active material layer. The positive electrode and two separator layers each form a structural unit. Disclosure of the invention
Es wird eine Elektrodeneinheit für eine Batteriezelle vorgeschlagen, welche eine Elektrode, eine Gegenelektrode und eine Separatorlage umfasst. Die An electrode unit for a battery cell is proposed which comprises an electrode, a counterelectrode and a separator layer. The
Separatorlage ist dabei zwischen der Elektrode und der Gegenelektrode angeordnet. Die Elektrodeneinheit dient dabei in erster Linie zu Untersuchungen
von Transporteigenschaften für Lithiumionen in dem Aktivmaterial einer Separator layer is arranged between the electrode and the counter electrode. The electrode unit serves primarily for examinations of transport properties for lithium ions in the active material of a
Elektrode. Die Elektrodeneinheit weist vorzugsweise nur eine Schicht auf, welche die Elektrode, die Gegenelektrode und die Separatorlage umfasst. Die Elektrode, die Gegenelektrode und die Separatorlage müssen also nicht zu mehreren Schichten gewunden oder gestapelt werden. Electrode. The electrode unit preferably has only one layer, which comprises the electrode, the counter electrode and the separator layer. The electrode, the counter electrode and the separator layer therefore do not have to be wound or stacked into several layers.
Erfindungsgemäß weist die Elektrode der Elektrodeneinheit eine erste metallische Leiterschicht und eine zweite metallische Leiterschicht auf. Zwischen den beiden metallischen Leiterschichten der Elektrode sind eine erste According to the invention, the electrode of the electrode unit has a first metallic conductor layer and a second metallic conductor layer. Between the two metallic conductor layers of the electrode are a first
Aktivmaterialschicht und eine zweite Aktivmaterialschicht angeordnet. Zwischen den beiden Aktivmaterialschichten der Elektrode ist eine Separatorschicht angeordnet. Die Elektrode ist somit symmetrisch bezüglich der zentral gelegenen Separatorschicht aufgebaut. Dabei ist die zweite metallische Leiterschicht der Separatorlage zugewandt, und die erste metallische Leiterschicht ist der Active material layer and a second active material layer arranged. Between the two active material layers of the electrode, a separator layer is arranged. The electrode is thus constructed symmetrically with respect to the centrally located separator layer. In this case, the second metallic conductor layer faces the separator layer, and the first metallic conductor layer is the
Separatorlage abgewandt. Die erste Aktivmaterialschicht ist zwischen der ersten metallischen Leiterschicht und der Separatorschicht gelegen, und die zweite Aktivmaterialschicht ist zwischen der zweiten metallischen Leiterschicht und der Separatorschicht gelegen. Facing away separator layer. The first active material layer is located between the first metallic conductor layer and the separator layer, and the second active material layer is located between the second metallic conductor layer and the separator layer.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die erste metallische Leiterschicht der Elektrode mit einem ersten Anschlusskontakt elektrisch verbunden, die zweite metallische Leiterschicht der Elektrode ist mit einem zweiten Anschlusskontakt elektrisch verbunden, und die Gegenelektrode ist mit einem Gegenanschlusskontakt elektrisch verbunden. Die Elektrodeneinheit weist somit drei von außen zugängliche Anschlusskontakte auf, welche beispielsweise zur Durchführung von Messungen von elektrischen Größen innerhalb der Elektrodeneinheit kontaktierbar sind. According to an advantageous development of the invention, the first metallic conductor layer of the electrode is electrically connected to a first connection contact, the second metallic conductor layer of the electrode is electrically connected to a second connection contact, and the counterelectrode is electrically connected to a mating connection contact. The electrode unit thus has three externally accessible connection contacts, which can be contacted, for example, to carry out measurements of electrical variables within the electrode unit.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die erste metallische Leiterschicht der Elektrode als Metallnetz mit Maschen ausgeführt. Vorteilhaft ist ferner die zweite metallische Leiterschicht der Elektrode als Metallnetz mit Maschen ausgeführt. Die Maschen des Metallnetzes gewährleisten eine According to an advantageous embodiment of the invention, the first metallic conductor layer of the electrode is designed as a metal mesh network. Furthermore, the second metallic conductor layer of the electrode is advantageously designed as a metal mesh with meshes. The meshes of the metal net ensure one
Durchlässigkeit der metallischen Leiterschicht für Elektrolyt. Somit ist ein Permeability of the metallic conductor layer for electrolyte. Thus, one is
Transport von Lithiumionen mittels Elektrolyt durch die metallische Leiterschicht hindurch möglich.
Vorzugsweise weisen die Maschen des Metallnetzes eine Maschenweite im Bereich von 1 μηη bis 200 μηη auf. Das Verhältnis von Maschenweite zu Transport of lithium ions by means of electrolyte through the metallic conductor layer possible. Preferably, the meshes of the metal mesh have a mesh size in the range of 1 μηη to 200 μηη. The ratio of mesh size to
Maschendrahtdurchmesser sollte dabei möglichst hoch sein. Die Dicke des Metallnetzes liegt dabei vorzugsweise in einem Bereich von weniger als 100 μηη. Wire mesh diameter should be as high as possible. The thickness of the metal mesh is preferably in a range of less than 100 μηη.
Vorteilhaft sind die erste Aktivmaterialschicht der Elektrode und die zweite Aktivmaterialschicht der Elektrode aus dem gleichen Material gefertigt. Die beiden Aktivmaterialschichten der Elektrode entsprechen somit einer Advantageously, the first active material layer of the electrode and the second active material layer of the electrode are made of the same material. The two active material layers of the electrode thus correspond to one
Aktivmaterialschicht, welche durch die zentrale Separatorschicht getrennt ist. DieActive material layer separated by the central separator layer. The
Separatorschicht ist elektrisch isolierend und unterbindet eine elektrische Leitfähigkeit zwischen der ersten metallischen Leiterschicht und der zweiten metallischen Leiterschicht. Separator layer is electrically insulating and prevents electrical conductivity between the first metallic conductor layer and the second metallic conductor layer.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist die Gegenelektrode der Elektrodeneinheit als Lithium-Metall-Elektrode ausgeführt. Die According to an advantageous embodiment of the invention, the counter electrode of the electrode unit is designed as a lithium-metal electrode. The
Gegenelektrode ist somit einstückig ausgebildet und vereint Stromableiter und Aktivmaterial in einer einzigen Schicht. Counter electrode is thus formed in one piece and combines current collector and active material in a single layer.
Es wird auch ein Verfahren zur Untersuchung einer erfindungsgemäßen It is also a method for examining an inventive
Elektrodeneinheit vorgeschlagen. Gemäß diesem Verfahren wird, während die erste metallische Leiterschicht der Elektrode und die zweite metallische Electrode unit proposed. According to this method, while the first metallic conductor layer of the electrode and the second metallic
Leiterschicht der Elektrode elektrisch kurzgeschlossen sind, beispielsweise durch Schließen eines Schalters, die Elektrodeneinheit durch Anlegen einer Spannung zwischen der ersten metallische Leiterschicht und der Gegenelektrode elektrisch geladen. Conductor layer of the electrode are electrically short-circuited, for example, by closing a switch, the electrode unit by applying a voltage between the first metallic conductor layer and the counter electrode electrically charged.
Dabei erreicht die zweite Aktivmaterialschicht der Elektrode, welche der In this case, the second active material layer of the electrode, which reaches the
Gegenelektrode näher gelegen ist, einen höheren Ladezustand als die erste Aktivmaterialschicht der Elektrode, welche der Gegenelektrode entfernt gelegen ist. Es entsteht also ein Ladungszustandsgradient innerhalb des Aktivmaterials der Elektrode. Ursache hierfür ist eine Hemmung des Transports der Counter electrode is located, a higher state of charge than the first active material layer of the electrode, which is located away from the counter electrode. Thus, a charge state gradient arises within the active material of the electrode. The reason for this is an inhibition of the transport of
Lithiumionen durch das Aktivmaterial hindurch. Die erste metallische Lithium ions pass through the active material. The first metallic
Leiterschicht und die zweite metallische Leiterschicht weisen, aufgrund des Kurzschlusses, gleiches Potential auf.
Nach dem Laden der Elektrodeneinheit werden die erste metallische Conductor layer and the second metallic conductor layer have, due to the short circuit, the same potential. After loading the electrode unit, the first metallic
Leiterschicht und die zweite metallische Leiterschicht, beispielsweise durch Öffnen des Schalters, elektrisch getrennt, der Kurzschluss wird also aufgehoben. Anschließend wird ein Potentialunterschied zwischen der ersten metallischenConductor layer and the second metallic conductor layer, for example, by opening the switch, electrically isolated, the short circuit is therefore canceled. Subsequently, a potential difference between the first metallic
Leiterschicht und der zweiten metallischen Leiterschicht gemessen. Durch den gemessenen Potentialunterschied zwischen der ersten metallischen Leiterschicht und der zweiten metallischen Leiterschicht kann auf die unterschiedlichen Ladezustände der ersten Aktivmaterialschicht und der zweiten Conductor layer and the second metallic conductor layer measured. Due to the measured potential difference between the first metallic conductor layer and the second metallic conductor layer, it is possible to respond to the different states of charge of the first active material layer and the second
Aktivmaterialschicht geschlossen werden. Dadurch können die Active material layer are closed. This allows the
Transporteigenschaften für Lithiumionen in der zweiten Aktivmaterialschicht der Elektrode bewertet werden. Transport properties for lithium ions in the second active material layer of the electrode are evaluated.
Zusätzlich kann ein Potentialunterschied zwischen der ersten metallischen Leiterschicht und der Gegenelektrode sowie ein Potentialunterschied zwischen der zweiten metallische Leiterschicht und der Gegenelektrode gemessen werden. Durch Messung der beiden Potentialunterschiede zwischen den metallischen Leiterschichten und der Gegenelektrode kann ein mittlerer In addition, a potential difference between the first metallic conductor layer and the counter electrode and a potential difference between the second metallic conductor layer and the counter electrode can be measured. By measuring the two potential differences between the metallic conductor layers and the counter electrode, a middle
Ladungszustand der beiden Aktivmaterialschichten der Elektrode bestimmt werden. Zwischen den beiden Aktivmaterialschichten findet ferner ein Charge state of the two active material layers of the electrode can be determined. There is also a space between the two active material layers
Ladungsausgleich statt. Nach einer gewissen Zeitspanne ist somit das Potential der ersten Aktivmaterialschicht annähernd gleich dem Potential der zweiten Aktivmaterialschicht. Es wird ein weiteres Verfahren zur Untersuchung einer erfindungsgemäßen Charge balance instead. After a certain period of time, the potential of the first active material layer is thus approximately equal to the potential of the second active material layer. It will be another method for examining an inventive
Elektrodeneinheit vorgeschlagen. Gemäß diesem weiteren Verfahren wird, während die erste metallische Leiterschicht der Elektrode und die zweite metallische Leiterschicht der Elektrode elektrisch getrennt sind, die Electrode unit proposed. According to this further method, while the first metallic conductor layer of the electrode and the second metallic conductor layer of the electrode are electrically separated, the
Elektrodeneinheit durch Anlegen einer Spannung zwischen der ersten Electrode unit by applying a voltage between the first
metallischen Leiterschicht und der Gegenelektrode elektrisch geladen. Die zweite metallische Leiterschicht ist dabei nicht angeschlossen, also von ersten metallische Leiterschicht und der Gegenelektrode isoliert. metallic conductor layer and the counter electrode electrically charged. The second metallic conductor layer is not connected, that is isolated from the first metallic conductor layer and the counter electrode.
Dabei wird nur die erste Aktivmaterialschicht der Elektrode geladen. Die zweite Aktivmaterialschicht der Elektrode wirkt wie ein zusätzlicher Separator neben der
Separatorschicht der Elektrode und der Separatorlage der Elektrodeneinheit. Die zweite Aktivmaterialschicht der Elektrode behindert somit den Transport der Lithiumionen, welche durch die zweite Aktivmaterialschicht der Elektrode hindurch wandern. In this case, only the first active material layer of the electrode is charged. The second active material layer of the electrode acts like an additional separator beside the Separator layer of the electrode and the separator layer of the electrode unit. The second active material layer of the electrode thus hinders the transport of the lithium ions, which migrate through the second active material layer of the electrode.
Während des Ladens der Elektrodeneinheit wird ein Innenwiderstand der Elektrodeneinheit zwischen der ersten metallischen Leiterschicht und der Gegenelektrode gemessen. Die Transporteigenschaften für Lithiumionen in der zweiten Aktivmaterialschicht der Elektrode können durch den Innenwiderstand der Elektrodeneinheit bewertet werden. During charging of the electrode unit, an internal resistance of the electrode unit between the first metallic conductor layer and the counter electrode is measured. The transport properties of lithium ions in the second active material layer of the electrode can be evaluated by the internal resistance of the electrode unit.
Optional kann eine zusätzliche Spannung zwischen der zweiten metallischen Leiterschicht und der Gegenelektrode angelegt werden. Dadurch kann die zweite Aktivmaterialschicht der Elektrode ebenfalls geladen oder entladen werden. Der Innenwiderstand der Elektrodeneinheit zwischen der ersten metallischen Optionally, an additional voltage may be applied between the second metallic conductor layer and the counter electrode. As a result, the second active material layer of the electrode can likewise be charged or discharged. The internal resistance of the electrode unit between the first metallic
Leiterschicht und der Gegenelektrode sowie die Transporteigenschaften für Lithiumionen in der zweiten Aktivmaterialschicht der Elektrode können somit bei verschiedenen Ladezuständen der zweiten Aktivmaterialschicht gemessen sowie bewertet werden. Conductor layer and the counter electrode and the transport properties for lithium ions in the second active material layer of the electrode can thus be measured and evaluated at different states of charge of the second active material layer.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Die erfindungsgemäße Elektrodeneinheit gestattet, in Verbindung mit den erfindungsgemäßen Verfahren, eine Untersuchung der Transporteigenschaften für Lithiumionen in der Aktivmaterialschicht der Elektrode. Ferner sind getrennteThe electrode unit according to the invention, in conjunction with the methods according to the invention, permits an investigation of the transport properties for lithium ions in the active material layer of the electrode. Furthermore, they are separate
Messungen des Elektrodenpotentials in einem Bereich nahe eines Stromableiters und einem von dem Stromableiter entfernten Bereich, beziehungsweise in einem der Separatorlage entfernten Bereich und einem der Separatorlage nahen Bereich möglich. Somit können die Transporteigenschaften für Lithiumionen in der Aktivmaterialschicht der Elektrode qualitativ und quantitativ bewertet werden.Measurements of the electrode potential in a region near a Stromableiters and a remote from the current collector range, or in a separator layer remote area and a separator layer near range possible. Thus, the transport properties of lithium ions in the active material layer of the electrode can be qualitatively and quantitatively evaluated.
Insbesondere kann die Geschwindigkeit eines Ladungsausgleichs senkrecht zu der Elektrodenoberfläche, also entlang eines Ladungszustandsgradienten innerhalb des Aktivmaterials der Elektrode, bestimmt werden. In particular, the rate of charge equalization perpendicular to the electrode surface, that is along a charge state gradient within the active material of the electrode, can be determined.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Brief description of the drawings Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below.
Figur 1: eine erste Schaltung zur Untersuchung einer erfindungsgemäßen Figure 1: a first circuit for the investigation of an inventive
Elektrodeneinheit und Electrode unit and
Figur 2: eine zweite Schaltung zur Untersuchung einer erfindungsgemäßen Figure 2: a second circuit for the investigation of an inventive
Elektrodeneinheit. Electrode unit.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference numerals, wherein a repeated description of these elements is dispensed with in individual cases. The figures illustrate the subject matter of the invention only schematically.
In Figur 1 ist eine erste Schaltung zur Untersuchung einer erfindungsgemäßen Elektrodeneinheit 10 dargestellt. Die Elektrodeneinheit 10 umfasst eine Elektrode 20, eine Gegenelektrode 27 und eine Separatorlage 26, welche zwischen der Elektrode 20 und der Gegenelektrode 27 angeordnet ist. Die Gegenelektrode 27 ist vorliegend als einstückige Lithium-Metall-Elektrode ausgeführt. FIG. 1 shows a first circuit for examining an electrode unit 10 according to the invention. The electrode unit 10 comprises an electrode 20, a counter electrode 27 and a separator layer 26, which is arranged between the electrode 20 and the counter electrode 27. The counter electrode 27 is embodied here as a one-piece lithium-metal electrode.
Die Elektrode 20 ist mehrschichtig aufgebaut und weist vorliegend fünf Schichten auf. Dabei handelt es sich um eine erste metallische Leiterschicht 21, eine zweite metallische Leiterschicht 25, eine erste Aktivmaterialschicht 22, eine zweite Aktivmaterialschicht 24 und eine Separatorschicht 23. Die erste metallische Leiterschicht 21 und die zweite metallische Leiterschicht 25 sind dabei als Metallnetz mit Maschen ausgeführt. Die erste Aktivmaterialschicht 22 und die zweite Aktivmaterialschicht 24 sind gleichartig ausgestaltet und insbesondere aus dem gleichen Aktivmaterial gefertigt. The electrode 20 has a multilayer structure and in the present case has five layers. These are a first metallic conductor layer 21, a second metallic conductor layer 25, a first active material layer 22, a second active material layer 24 and a separator layer 23. The first metallic conductor layer 21 and the second metallic conductor layer 25 are designed as a metal mesh network. The first active material layer 22 and the second active material layer 24 are configured identically and in particular made of the same active material.
Die Separatorschicht 23 der Elektrode 20 ist zentral gelegen und von der ersten Aktivmaterialschicht 22 und der zweiten Aktivmaterialschicht 24 umgeben. Auf
einer der Separatorschicht 23 abgewandten Seite der ersten Aktivmaterialschicht 22 ist die erste metallische Leiterschicht 21 angeordnet. Auf einer der The separator layer 23 of the electrode 20 is centrally located and surrounded by the first active material layer 22 and the second active material layer 24. On one of the Separatorschicht 23 opposite side of the first active material layer 22, the first metallic conductor layer 21 is arranged. On one of the
Separatorschicht 23 abgewandten Seite der zweiten Aktivmaterialschicht 24 ist die zweite metallische Leiterschicht 25 angeordnet. Die Elektrode 20 ist somit, bezüglich der zentral angeordneten Separatorschicht 23, symmetrisch ausgestaltet. Separator layer 23 opposite side of the second active material layer 24, the second metallic conductor layer 25 is arranged. The electrode 20 is thus configured symmetrically with respect to the centrally arranged separator layer 23.
Die Elektrode 20 ist dabei innerhalb der Elektrodeneinheit 10 derart angeordnet, dass die zweite metallische Leiterschicht 25 der Separatorlage 26 zugewandt ist. Die erste metallische Leiterschicht 21 der Elektrode 20 ist somit der The electrode 20 is arranged inside the electrode unit 10 such that the second metallic conductor layer 25 faces the separator layer 26. The first metallic conductor layer 21 of the electrode 20 is thus the
Separatorlage 26 abgewandt. Auf einer der Elektrode 20 abgewandten Seite der Separatorlage 26 ist die Gegenelektrode 27 angeordnet. Separator layer 26 facing away. On a side facing away from the electrode 20 of the separator layer 26, the counter electrode 27 is arranged.
Ein erster Anschlusskontakt 31 ist elektrisch mit der ersten metallischen A first terminal contact 31 is electrically connected to the first metallic one
Leiterschicht 21 verbunden, ein zweiter Anschlusskontakt 35 ist elektrisch mit der zweiten metallischen Leiterschicht 25 verbunden, und ein Conductor layer 21 is connected, a second terminal contact 35 is electrically connected to the second metallic conductor layer 25, and a
Gegenanschlusskontakt 37 ist elektrisch mit der Gegenelektrode 27 verbunden. Somit weist die Elektrodeneinheit 10 drei von außen kontaktierbare Counter connection contact 37 is electrically connected to the counter electrode 27. Thus, the electrode unit 10 has three externally contactable
Anschlusskontakte 31, 35, 37 auf, mittels denen Messungen von elektrischen Größen innerhalb der Elektrodeneinheit 10 durchführbar sind. Ferner dienen dieTerminal contacts 31, 35, 37, by means of which measurements of electrical variables within the electrode unit 10 can be carried out. Furthermore serve the
Anschlusskontakte 31, 35, 37 auch zum Laden oder Entladen der Connection contacts 31, 35, 37 also for loading or unloading the
Elektrodeneinheit 10, insbesondere der Aktivmaterialschichten 22, 24. Electrode unit 10, in particular the active material layers 22, 24th
Zwischen dem ersten Anschlusskontakt 31 und dem zweiten Anschlusskontakt 35 ist ein Schalter 41 angeordnet. Durch Schließen des Schalters 41 kann einBetween the first connection contact 31 and the second connection contact 35, a switch 41 is arranged. By closing the switch 41, a
Kurzschluss zwischen der ersten metallischen Leiterschicht 21 und der zweiten metallischen Leiterschicht 25 erzeugt werden. Short circuit between the first metallic conductor layer 21 and the second metallic conductor layer 25 are generated.
Ferner ist zwischen dem ersten Anschlusskontakt 31 und dem zweiten Further, between the first terminal contact 31 and the second
Anschlusskontakt 35 ein Spannungsmessgerät 42 angeordnet. Das Terminal contact 35 a voltmeter 42 is arranged. The
Spannungsmessgerät 42 ist also parallel zu dem Schalter 41 angeordnet. Bei geöffnetem Schalter 41 ist dann mittels des Spannungsmessgeräts 42 eine Spannung, beziehungsweise eine Potentialdifferenz, zwischen der ersten metallischen Leiterschicht 21 und der zweiten metallischen Leiterschicht 25 messbar.
Zwischen dem ersten Anschlusskontakt 31 und dem Gegenanschlusskontakt 37 kann ein weiteres, hier nicht dargestelltes Messgerät zur Messung einer Voltage measuring device 42 is thus arranged parallel to the switch 41. When the switch 41 is opened, a voltage, or a potential difference, between the first metallic conductor layer 21 and the second metallic conductor layer 25 can then be measured by means of the voltage measuring device 42. Between the first terminal contact 31 and the mating terminal contact 37, another, not shown here measuring device for measuring a
Spannung zwischen der ersten metallischen Leiterschicht 21 und der Voltage between the first metallic conductor layer 21 and the
Gegenelektrode 27 angeordnet sein. Ebenso kann zwischen dem zweiten Anschlusskontakt 35 und dem Gegenanschlusskontakt 37 ein weiteres, hier ebenfalls nicht dargestelltes Messgerät zur Messung einer Spannung zwischen der zweiten metallischen Leiterschicht 25 und der Gegenelektrode 27 angeordnet sein. Counter electrode 27 may be arranged. Likewise, between the second terminal contact 35 and the mating terminal contact 37 another, also not shown here measuring device for measuring a voltage between the second metallic conductor layer 25 and the counter electrode 27 may be arranged.
Zwischen dem ersten Anschlusskontakt 31 und dem Gegenanschlusskontakt 37 ist eine Spannungsquelle 45 angeschlossen. Durch Anlegen einer Spannung mittels der Spannungsquelle 45 zwischen dem ersten Anschlusskontakt 31 und dem Gegenanschlusskontakt 37 kann die Elektrodeneinheit 10, insbesondere die erste Aktivmaterialschicht 22 der Elektrode 20, geladen werden. Between the first connection contact 31 and the mating contact 37, a voltage source 45 is connected. By applying a voltage by means of the voltage source 45 between the first terminal contact 31 and the mating terminal contact 37, the electrode unit 10, in particular the first active material layer 22 of the electrode 20, can be charged.
In Figur 2 ist eine zweite Schaltung zur Untersuchung der erfindungsgemäßen Elektrodeneinheit 10 dargestellt. Die Elektrodeneinheit 10 ist dabei identisch zu der in Figur 1 gezeigten Elektrodeneinheit 10 aufgebaut und umfasst eine fünf Schichten aufweisende Elektrode 20, eine Gegenelektrode 27 und eine FIG. 2 shows a second circuit for examining the electrode unit 10 according to the invention. The electrode unit 10 is constructed identically to the electrode unit 10 shown in FIG. 1 and comprises an electrode 20 having five layers, a counterelectrode 27 and a
Separatorlage 26, welche zwischen der Elektrode 20 und der Gegenelektrode 27 angeordnet ist. Separator layer 26 which is disposed between the electrode 20 and the counter electrode 27.
Ferner ist, wie bei der in Figur 1 gezeigten Elektrodeneinheit 10, ein erster Anschlusskontakt 31 elektrisch mit der ersten metallischen Leiterschicht 21 verbunden, ein zweiter Anschlusskontakt 35 ist elektrisch mit der zweiten metallischen Leiterschicht 25 verbunden, und ein Gegenanschlusskontakt 37 ist elektrisch mit der Gegenelektrode 27 verbunden. Further, like the electrode unit 10 shown in FIG. 1, a first terminal contact 31 is electrically connected to the first metal conductor layer 21, a second terminal contact 35 is electrically connected to the second metal conductor layer 25, and a mating terminal contact 37 is electrically connected to the counter electrode 27 connected.
Zwischen dem ersten Anschlusskontakt 31 und dem Gegenanschlusskontakt 37 ist eine Spannungsquelle 45 angeschlossen. Durch Anlegen einer Spannung mittels der Spannungsquelle 45 zwischen dem ersten Anschlusskontakt 31 und dem Gegenanschlusskontakt 37 kann die Elektrodeneinheit 10, insbesondere die erste Aktivmaterialschicht 22 der Elektrode 20, geladen werden.
Zwischen dem zweiten Anschlusskontakt 35 und dem Gegenanschlusskontakt 37 ist ebenfalls eine Spannungsquelle 45 angeschlossen. Durch Anlegen einer Spannung mittels der Spannungsquelle 45 zwischen dem zweiten Between the first connection contact 31 and the mating contact 37, a voltage source 45 is connected. By applying a voltage by means of the voltage source 45 between the first terminal contact 31 and the mating terminal contact 37, the electrode unit 10, in particular the first active material layer 22 of the electrode 20, can be charged. Between the second connection contact 35 and the mating terminal contact 37, a voltage source 45 is also connected. By applying a voltage by means of the voltage source 45 between the second
Anschlusskontakt 35 und dem Gegenanschlusskontakt 37 kann die Terminal contact 35 and the mating terminal 37, the
Elektrodeneinheit 10, insbesondere die zweite Aktivmaterialschicht 24 der Elektrode 20, geladen werden. Electrode unit 10, in particular the second active material layer 24 of the electrode 20, are charged.
Zwischen dem ersten Anschlusskontakt 31 und dem Gegenanschlusskontakt 37 ist ein hier nicht dargestelltes Messgerät angeordnet. Mittels dieses Messgeräts kann ein Innenwiderstand der Elektrodeneinheit 10 zwischen der ersten metallischen Leiterschicht 21 der Elektrode 20 und der Gegenelektrode 27 gemessen werden. Between the first connection contact 31 and the mating contact 37, a measuring device, not shown here, is arranged. By means of this measuring device, an internal resistance of the electrode unit 10 between the first metallic conductor layer 21 of the electrode 20 and the counter electrode 27 can be measured.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.
Claims
1. Elektrodeneinheit (10) für eine Batteriezelle, umfassend An electrode unit (10) for a battery cell, comprising
eine Elektrode (20), an electrode (20),
eine Gegenelektrode (27) und a counter electrode (27) and
eine Separatorlage (26), welche zwischen der Elektrode (20) und der Gegenelektrode (27) angeordnet ist, a separator layer (26) disposed between the electrode (20) and the counter electrode (27),
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die Elektrode (20) the electrode (20)
eine erste metallische Leiterschicht (21) und eine zweite metallische Leiterschicht (25) aufweist, a first metallic conductor layer (21) and a second metallic conductor layer (25),
zwischen denen eine erste Aktivmaterialschicht (22) und eine zweite between which a first active material layer (22) and a second
Aktivmaterialschicht (24) angeordnet sind, Active material layer (24) are arranged,
zwischen denen eine Separatorschicht (23) angeordnet ist. between which a separator layer (23) is arranged.
2. Elektrodeneinheit (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste metallische Leiterschicht (21) mit einem ersten 2. electrode unit (10) according to claim 1, characterized in that the first metallic conductor layer (21) with a first
Anschlusskontakt (31) elektrisch verbunden ist, und dass Terminal contact (31) is electrically connected, and that
die zweite metallische Leiterschicht (25) mit einem zweiten the second metallic conductor layer (25) with a second
Anschlusskontakt (35) elektrisch verbunden ist, und dass Terminal contact (35) is electrically connected, and that
die Gegenelektrode (27) mit einem Gegenanschlusskontakt (37) elektrisch verbunden ist. the counter electrode (27) is electrically connected to a mating terminal contact (37).
3. Elektrodeneinheit (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, 3. electrode unit (10) according to any one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that
die erste metallische Leiterschicht (21) und/oder die zweite metallische Leiterschicht (25) als Metallnetz mit Maschen ausgeführt sind. the first metallic conductor layer (21) and / or the second metallic conductor layer (25) are designed as a metal mesh network.
4. Elektrodeneinheit (10) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Maschen eine Maschenweite im Bereich von 1 μηη bis 200 μηη aufweisen.
4. electrode unit (10) according to claim 3, characterized in that the meshes have a mesh size in the range of 1 μηη to 200 μηη.
Elektrodeneinheit (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Electrode unit (10) according to one of the preceding claims, characterized in that
die erste Aktivmaterialschicht (22) und die zweite Aktivmaterialschichtthe first active material layer (22) and the second active material layer
(24) aus dem gleichen Material gefertigt sind. (24) are made of the same material.
Elektrodeneinheit (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass Electrode unit (10) according to one of the preceding claims, characterized in that
die Gegenelektrode (27) als Lithium-Metall-Elektrode ausgeführt ist. the counter electrode (27) is designed as a lithium-metal electrode.
Verfahren zur Untersuchung einer Elektrodeneinheit (10) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei A method of inspecting an electrode assembly (10) according to any one of the preceding claims, wherein
während die erste metallische Leiterschicht (21) und die zweite metallische Leiterschicht (25) elektrisch kurzgeschlossen sind, die Elektrodeneinheit (10) durch Anlegen einer Spannung zwischen der ersten metallische Leiterschicht (21) und der Gegenelektrode (27) elektrisch geladen wird, while the first metallic conductor layer (21) and the second metallic conductor layer (25) are electrically short-circuited, the electrode unit (10) is electrically charged by applying a voltage between the first metallic conductor layer (21) and the counter electrode (27),
nach dem Laden der Elektrodeneinheit (10) die erste metallische Leiterschicht (21) und die zweite metallische Leiterschicht (25) elektrisch getrennt werden, und after charging the electrode unit (10), the first metallic conductor layer (21) and the second metallic conductor layer (25) are electrically separated, and
ein Potentialunterschied zwischen der ersten metallischen Leiterschicht (21) und der zweiten metallischen Leiterschicht (25) gemessen wird. a potential difference between the first metallic conductor layer (21) and the second metallic conductor layer (25) is measured.
Verfahren zur Untersuchung einer Elektrodeneinheit (10) nach Anspruch 7, wobei anschließend A method of inspecting an electrode assembly (10) according to claim 7, wherein subsequently
ein Potentialunterschied zwischen der ersten metallische Leiterschicht (21) und der Gegenelektrode (27) und/oder a potential difference between the first metallic conductor layer (21) and the counter electrode (27) and / or
ein Potentialunterschied zwischen der zweiten metallische Leiterschichta potential difference between the second metallic conductor layer
(25) und der Gegenelektrode (27) gemessen wird.
(25) and the counter electrode (27) is measured.
9. Verfahren zur Untersuchung einer Elektrodeneinheit (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei 9. A method for examining an electrode unit (10) according to any one of claims 1 to 6, wherein
während die erste metallische Leiterschicht (21) und die zweite metallische Leiterschicht (25) elektrisch getrennt sind, while the first metallic conductor layer (21) and the second metallic conductor layer (25) are electrically separated,
die Elektrodeneinheit (10) durch Anlegen einer Spannung zwischen der ersten metallische Leiterschicht (21) und der Gegenelektrode (27) elektrisch geladen wird und the electrode unit (10) is electrically charged by applying a voltage between the first metallic conductor layer (21) and the counter electrode (27), and
während des Ladens der Elektrodeneinheit (10) ein Innenwiderstand der Elektrodeneinheit (10) zwischen der ersten metallischen Leiterschicht (21) und der Gegenelektrode (27) gemessen wird. during charging of the electrode unit (10), an internal resistance of the electrode unit (10) between the first metallic conductor layer (21) and the counter electrode (27) is measured.
10. Verfahren zur Untersuchung einer Elektrodeneinheit (10) nach Anspruch 9, wobei während des Ladens der Elektrodeneinheit (10) A method of inspecting an electrode unit (10) according to claim 9, wherein during charging the electrode unit (10)
eine Spannung zwischen der zweiten metallischen Leiterschicht (25) und der Gegenelektrode (27) angelegt wird.
a voltage is applied between the second metallic conductor layer (25) and the counter electrode (27).
Applications Claiming Priority (2)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102015222051.6 | 2015-11-10 | ||
DE102015222051.6A DE102015222051A1 (en) | 2015-11-10 | 2015-11-10 | Electrode unit for a battery cell and method for examining an electrode unit |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
WO2017080801A1 true WO2017080801A1 (en) | 2017-05-18 |
Family
ID=57184478
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
PCT/EP2016/075518 WO2017080801A1 (en) | 2015-11-10 | 2016-10-24 | Electrode unit for a battery cell and method for the examination of an electrode unit |
Country Status (2)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102015222051A1 (en) |
WO (1) | WO2017080801A1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110270519A (en) * | 2019-06-11 | 2019-09-24 | 河南电池研究院有限公司 | A method of screening micro-short circuit lithium ion battery cell |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102018221456A1 (en) * | 2018-12-12 | 2020-06-18 | Robert Bosch Gmbh | Device for the electrochemical determination of the amount of in particular liquid components in components for battery cells, method for operating the same and their use |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1950780A1 (en) * | 2005-11-14 | 2008-07-30 | Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha | Lithium ion capacitor |
DE102011015792A1 (en) | 2010-04-08 | 2011-12-15 | GM Global Technology Operations LLC | Lithium ion cell with an array of reference electrodes |
DE102011114613A1 (en) | 2011-09-30 | 2013-04-04 | Karlsruher Institut für Technologie | Electrochemical cell arrangement for lithium ion battery, has positively and negatively active material layers arranged on respective sides of separator membrane, where lithium ions are depositable on negatively active material layers |
DE102013203620A1 (en) * | 2013-03-04 | 2014-09-04 | Robert Bosch Gmbh | Battery cell i.e. lithium ion battery cell, for battery module for e.g. hybrid car for transportation of human, has electrode assembly provided with housing and inactive layer with insulation layer made of high-melting polymer or ceramic |
DE112013000826T5 (en) | 2012-02-03 | 2014-12-04 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | Separator having an electrode, electrical storage device and vehicle |
WO2014204479A1 (en) * | 2013-06-20 | 2014-12-24 | Hrl Laboratories, Llc | Battery with reference electrode for voltage monitoring |
DE102014220993A1 (en) | 2013-10-18 | 2015-04-23 | Ford Global Technologies, Llc | Lithium battery with reference electrode |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7641992B2 (en) * | 2004-10-29 | 2010-01-05 | Medtronic, Inc. | Medical device having lithium-ion battery |
-
2015
- 2015-11-10 DE DE102015222051.6A patent/DE102015222051A1/en not_active Withdrawn
-
2016
- 2016-10-24 WO PCT/EP2016/075518 patent/WO2017080801A1/en active Application Filing
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1950780A1 (en) * | 2005-11-14 | 2008-07-30 | Fuji Jukogyo Kabushiki Kaisha | Lithium ion capacitor |
DE102011015792A1 (en) | 2010-04-08 | 2011-12-15 | GM Global Technology Operations LLC | Lithium ion cell with an array of reference electrodes |
DE102011114613A1 (en) | 2011-09-30 | 2013-04-04 | Karlsruher Institut für Technologie | Electrochemical cell arrangement for lithium ion battery, has positively and negatively active material layers arranged on respective sides of separator membrane, where lithium ions are depositable on negatively active material layers |
DE112013000826T5 (en) | 2012-02-03 | 2014-12-04 | Kabushiki Kaisha Toyota Jidoshokki | Separator having an electrode, electrical storage device and vehicle |
DE102013203620A1 (en) * | 2013-03-04 | 2014-09-04 | Robert Bosch Gmbh | Battery cell i.e. lithium ion battery cell, for battery module for e.g. hybrid car for transportation of human, has electrode assembly provided with housing and inactive layer with insulation layer made of high-melting polymer or ceramic |
WO2014204479A1 (en) * | 2013-06-20 | 2014-12-24 | Hrl Laboratories, Llc | Battery with reference electrode for voltage monitoring |
DE102014220993A1 (en) | 2013-10-18 | 2015-04-23 | Ford Global Technologies, Llc | Lithium battery with reference electrode |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN110270519A (en) * | 2019-06-11 | 2019-09-24 | 河南电池研究院有限公司 | A method of screening micro-short circuit lithium ion battery cell |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
DE102015222051A1 (en) | 2017-05-11 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
DE102014220993B4 (en) | Lithium battery with reference electrode | |
DE102014218277A1 (en) | Method and device for detecting lithium dendrites in a battery cell and for battery management | |
EP3685465B1 (en) | Solid electrolyte cell and method for producing a solid electrolyte cell | |
DE102014206990A1 (en) | Electrochemical energy cell and accumulator for repeatedly storing electrical energy and method for determining an electrode potential of an electrode of an electrochemical energy storage cell | |
EP3363059A1 (en) | Cell module for storing electrical energy, battery and housing | |
DE102016203918A1 (en) | Method for producing an electrode stack, electrode stack and battery cell | |
DE102017207439A1 (en) | Electrodes with improved coating and process for their preparation | |
WO2017080801A1 (en) | Electrode unit for a battery cell and method for the examination of an electrode unit | |
DE102011082288B4 (en) | Energy storage device with a plurality of integrated electrical energy stores | |
DE102012018126A1 (en) | Device for monitoring secondary lithium-ion-cell in lithium-ion-battery, has reference electrode and negative electrode connected with measuring unit for determining electrical voltage between reference and negative electrodes | |
WO2016192961A1 (en) | Method for determining a potential of an anode and/or a potential of a cathode in a battery cell | |
DE102009035484A1 (en) | Galvanic flat cell for lithium ion battery in vehicle e.g. electric vehicle, has electrode stack with electrodes that are of same polarity, where electrode stack is gas tightly surrounded by foil made of plastic | |
EP3093905B1 (en) | Battery cell and method for controlling ion flux within the battery cell | |
WO2016050430A1 (en) | Electrode for a battery cell and battery cell | |
DE102013215316A1 (en) | Method for detecting the state of an energy storage | |
WO2016177575A1 (en) | Separator for a battery cell and battery cell | |
EP3216073B1 (en) | Electrode for a battery cell and battery cell | |
DE102015223141A1 (en) | Circuit arrangement and method for detecting a short circuit in a battery cell | |
WO2016184654A1 (en) | Method for operating a rechargeable battery cell and battery control device | |
WO2022079169A1 (en) | Method for providing a battery cell and use of such a battery cell | |
DE102015217815A1 (en) | Method for operating a battery cell | |
DE102015215500A1 (en) | Electrode unit for a battery cell, battery cell and method for operating the battery cell | |
DE102017213244A1 (en) | Electrode unit for a battery cell, battery cell and method for producing an electrode unit | |
DE102018003328B4 (en) | Method for producing a battery cell, preferably a Li-ion bi-stack cell with solid | |
EP3513208B1 (en) | Method for operating a battery cell |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 16784925 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 16784925 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |