WO2022101062A1 - Batteriezelle, gehäuse einer solchen batteriezelle, batterie mit einer mehrzahl an solchen batteriezellen und verfahren zur herstellung eines solchen gehäuses - Google Patents

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Definitions

  • Battery cell housing of such a battery cell, battery with a plurality of such battery cells and method for producing such a housing
  • the invention relates to a housing for a battery cell, in particular in the form of a lithium-ion cell, with a housing body based on aluminum or its alloys for accommodating the battery cell. Furthermore, the invention relates to a battery cell, in particular a lithium-ion cell, with a housing body based on aluminum or its alloys, which accommodates the battery cell. Furthermore, the invention relates to a method for producing a housing for a battery cell, in particular in the form of a lithium-ion cell, with a housing body based on aluminum or its alloys for accommodating the battery cell, and to a battery which at least comprises a cell composite of a plurality of battery cells of the aforementioned type.
  • Battery cells of the aforementioned type are known in various configurations, in particular in the form of rechargeable accumulator cells, and are used to store electrical energy in a large number of fields of application.
  • rechargeable lithium-ion cells have proven themselves, which are characterized by a high energy storage density and consequently also by a high volumetric energy density and a comparatively low weight as well as by a high cycle stability and low self-discharge.
  • Such battery cells include a housing based on aluminum or its alloys, which accommodates the actual battery cell, which usually includes two electrodes in the form of a cathode and an anode, which in the housing body with an electrolyte in elec- trically conductive connection and are usually protected from direct contact with one another by means of a separator.
  • a plurality of such battery cells can be connected electrically in series and/or in parallel to form a cell assembly and housed in a common outer housing.
  • the housing is often made of aluminum or its alloys, in which z.
  • Magnesium, silicon, manganese, copper, tin and zinc can be used, whereby aluminum is not only inexpensive, but also has a large number of advantageous properties.
  • Aluminum has a comparatively low specific density of only about 2.7 g/cm 3 , which results in a low weight of the housing and thus of the entire battery cell, which is particularly desirable for the use of such battery cells in electromobility.
  • aluminum has a high specific electrical conductivity and has proven to be highly corrosion-resistant to the chemical conditions of a battery cell, with the housing made of aluminum or its alloys being able to be electrically conductively connected to the cathode in order to keep it at the electrical potential of the cathode to keep .
  • aluminum and its alloys prove to be very easy to (re)form, so that the housing with a high aspect ratio and thin walls z. B. can be generated easily and quickly in a single production step, such as by means of extrusion methods, such as reverse extrusion or the like.
  • the range of applications for battery cells ranges from notebooks, laptops, cameras and other electrical and/or electronic devices to use as energy storage devices in electromobility, such as e.g. B. for driving hybrid or purely electric vehicles, e-bikes and the like.
  • the batteries used here can be formed from individual battery cells or, in particular, from a plurality of battery cells of the generic type, which are connected together in series and/or in parallel to form one or more cell assemblies.
  • the housing of battery cells can on the one hand be essentially solid or be dimensionally stable in order to protect the battery cell from external influences and, in particular, to ensure the mechanical stability of the battery cell in order to withstand different mechanical loads, such as shocks, vibrations and acceleration forces, without the housing deforming to a critical extent over the life of the battery cell.
  • Battery cells with such a dimensionally stable housing are therefore used in particular in the field of electromobility.
  • the housing of battery cells can comprise a flexible aluminum-based housing foil which is essentially welded to form a bag to form the housing.
  • Such battery cells are also referred to as "pouch cells" and find z. B. in electrical and/or electronic devices.
  • the response time for the thermal runaway can be reduced from a few seconds to fractions of a second, so the heat released cannot be dissipated within this short period of time. This often leads to the electrode stack being heated to red heat, with the housing based on aluminum or its alloys, which have a melting range of up to approximately 660° C., being able to melt almost completely.
  • high-energy pouch cells of the aforementioned type Liquid metal, hot gases and components of the electrode stack are see runaway are consequently released in an uncontrolled manner and, in the case of a battery with a cell assembly made up of a plurality of battery cells, are discharged to neighboring battery cells, which usually leads to events which drive other battery cells or the entire cell assembly into a "thermal runaway". This chain reaction can lead to the complete destruction of an entire cell assembly and to a significant hazard to people and objects in the vicinity, especially since the evaporating electrolyte causes overpressure in the housing of the battery cell or the cell assembly made up of several battery cells.
  • Relief systems are used to release the hot gases and vapors generated during a thermal runaway, which can also carry electrode components and molten metal out of the battery cell, in a controlled manner include the like, to which (s) the outside of the battery cell is connected to a derivation and which (s) should serve in the thermal runaway of the battery cell for a rapid discharge of hot gases and vapors from the battery cell via the derivation.
  • the housing of the battery cell here comprises a first, second and third material layer, the first and second material layer being formed from a metallic material, in particular based on aluminum, copper or stainless steel, and between them the third material layer made from an electrically insulating material, in particular in the form of a ceramic material.
  • a laminated structure consisting of at least three layers of material proves to be complex and expensive, particularly in terms of manufacturing technology.
  • the ceramic intermediate layer proves to be only partially resistant to mechanical loads, such as impacts and vibrations, to which it is constantly exposed, particularly when used in vehicles.
  • DE 10 2014 201 856 A1 discloses a housing for a battery cell which has a housing body made of aluminum or aluminum alloys and a Bende special housing made of an electrically insulating material, in particular in the form of a hot-melt plastic fes, includes. While the electrically insulating special housing serves to avoid having to take any further insulation measures for the usual interconnection of battery cells to form a cell assembly, the housing body is equipped with a safety valve to prevent thermal runaway of the battery cell, which is connected to a connection terminal in order to to derive thermal runaway generated gases from the battery cell.
  • DE 10 2014 214 810 A1 discloses another dimensionally stable housing for a battery cell with a laminated structure made up of a plurality of layers, which include a plurality of composite layers and at least one diffusion barrier layer and at least one reinforcement layer. While the composite layers include a plastic in the form of a thermoplastic or a duroplastic, the diffusion barrier layer consists of metallic materials, in particular aluminum, manganese, chromium or tungsten.
  • the reinforcement layer of the housing is made of paper or cardboard and sealed with a thermosetting potting material such as e.g. B. Resins, silicones or adhesives impregnated.
  • the battery housing offers no protection whatsoever against thermal runaway and, with regard to its multi-layer structure, has proven to be relatively complicated and expensive.
  • DE 10 2013 200 700 A1 discloses a housing for a battery cell which consists of an aluminum foam and is provided with insulation at least on the outside in order to ensure the required gas and liquid tightness of the aluminum foam.
  • the insulation can be designed in the form of a panel applied to the aluminum foam, a paint or a plastic film, but does not offer any protection against thermal runaway of the battery cell.
  • DE 10 2014 005 980 A1 describes a battery and an associated battery housing, which serves to accommodate conventional battery cells of the battery, which are in particular interconnected to form a cell assembly.
  • the battery casing has an aluminum-based wall and is provided with a total or partial sheathing and/or lining made of steel, in particular with a thickness between 0.1 mm and 5 mm, in order to prevent thermal runaway of the battery.
  • a chain reaction occurs here too, as a result of which there is a risk that the entire cell assembly of the battery cells will suffer such a "thermal runaway", although it appears extremely questionable whether the battery housing can withstand such thermal, chemical and mechanical stress.
  • the invention is based on the object of further developing a battery cell, a housing of such a battery cell and at least one cell assembly comprising a plurality of such battery cells of the type mentioned initially while at least largely avoiding the aforementioned disadvantages in a simple and cost-effective manner such that the effects one Thermal runaway ("thermal runaway") can be reduced and in particular it can be prevented that in the event of a thermal runaway of the battery cell neighboring battery cells of a cell assembly of the battery are affected and in turn suffer a thermal runaway. It is also aimed at a method for producing such a housing for a battery cell, which in particular ensures simple and cost-effective mass production.
  • the first part of this task is in a battery cell of the type mentioned or. in a housing of such a battery cell according to the invention in that the housing body is surrounded on the outside at least in regions by a foil made of metal or metal composite with a melting point of at least 1200 ° C and a thickness of 10 ⁇ m to 150 ⁇ m, which in the event of a thermal runaway ( thermal runaway) of the battery cell is gas-tight.
  • the invention also provides a battery which comprises at least one cell assembly made up of a plurality of such battery cells.
  • the invention to solve this problem in a method for producing a housing for a battery cell of the type mentioned at the outset also provides that a foil made of metal or metal composite with a melting point of at least 1200 ° C and a Thickness of 10 pm to 150 pm is applied, which is gas-tight in the event of a thermal runaway (thermal runaway) of the battery cell.
  • the thin film of metal or metal composite according to the invention is able to withstand the high thermal and/or chemical stress, which acts on the housing of the battery cell more or less spontaneously, but over a relatively short period of time, in the event of a thermal runaway of the battery cell, so that a contamination of the environment is therefore largely avoided and the risk of fire with the battery cell according to the invention or with a cell assembly or. -stack provided with a plurality of such battery cells battery is significantly reduced.
  • the housing of the battery cell according to the invention which can be made up of just the aluminum-based housing body and the metal or metal composite foil surrounding it on the outside, proves to be not only extremely simple and cost-effective compared to the laminate-type designs of the housing according to the state of the art described at the outset Technology, but has a very low weight, which is due to the inventive Pertinent film of metal or metal composite of small thickness is practically not increased, so that battery cells according to the invention or. offers batteries equipped with this to a particular extent - although not exclusively - for use in electromobility, where the total weight of the vehicle should be kept as low as possible for economic and environmental reasons.
  • the foil made of metal or metal composite has a thickness between approximately 10 ⁇ m and approximately 125 ⁇ m, in particular between approximately 10 ⁇ m and 100 ⁇ m, preferably between approximately 10 ⁇ m and approximately 75 ⁇ m, for example between approximately 10 ⁇ m and about 60 pm, has .
  • a foil made of metal or metal composite with a thickness between about 10 ⁇ m and about 125 ⁇ m, in particular between about 10 ⁇ m and 100 ⁇ m, preferably between about 10 ⁇ m and about 75 ⁇ m, for example between about 10 pm and about 60 pm, is used.
  • the foil made of metal or metal composite can in principle be made of any metal or metal composite material which has a sufficient melting point of at least about 1200.degree.
  • such metal or metal composite materials can have a density of at least approximately 5 g/cm 3 , in particular at least approximately 6 g/cm 3 , preferably at least approximately 7 g/cm 3 and most preferably at least approximately 7.5 g/cm 3 . cm 3 .
  • the foil made of metal or metal composite can be formed by a metal foil made of steel or stainless steel, which z. B. May contain alloying elements in the form of nickel, zinc, titanium, chromium, molybdenum, tungsten and the like.
  • the foil can be metal or metal composite e.g. B. also be formed by a metal composite film, such as in the form of a metal fiber composite film, in which the metal component is embedded in fiber form in a high-temperature-resistant plastic matrix.
  • the foil made of metal or metal composite is laminated onto the housing body.
  • the housing body is firmly connected to the foil made of metal or metal composite essentially over its entire surface, which optimizes the electrical and also the thermal conductivity (e.g. for the purpose of cooling the battery cell during operation) between the aforementioned housing components will .
  • the foil made of metal or metal composite is laminated onto a flat blank of the housing body, after which the flat blank of the housing body provided with the laminated foil made of metal or metal composite is formed into the housing.
  • any technique known as such from the prior art can be used for laminating the foil made of metal or metal composite onto the housing body, such as hot or cold lamination processes, with z.
  • an adhesive applied to one side of the foil made of metal or metal composite or a hardenable resin is able to produce a material connection between the housing body and the foil made of metal or metal composite.
  • the foil made of metal or metal composite can be laminated onto the flat blank of the housing body, for example by means of roll cladding, electrolytic coating, flame spraying or the like.
  • the one with the laminated foil made of metal tall or metal composite provided blank of the housing body can then z. B. be formed into the housing by deep drawing.
  • the foil made of metal or metal composite is first preformed into a foil section corresponding to the bottom surface of the housing body and into a foil section corresponding to the lateral surface of the housing body, the foil sections z. B. cut by cutting, stamping, laser cutting, water jet cutting or the like and in particular the film section corresponding to the lateral surface of the housing body is prefolded according to the lateral surface and welded to form a hollow body.
  • the film section corresponding to the lateral surface of the housing body may be produced from an endless tube of metal or metal composite film by cutting the endless tube to length for the respective film section and prefolding it in accordance with the lateral surface of the housing body. Then or the foil section corresponding to the bottom surface of the housing body and/or the foil section corresponding to the lateral surface of the housing body are inserted into an extrusion die, after which a blank of the housing body based on aluminum or its alloys is pressed by means of a stamp into the foil section corresponding to the bottom surface of the housing body and /or is formed with the extrusion die equipped with the film section corresponding to the lateral surface of the housing body.
  • the housing body is connected firmly and essentially over the entire surface to the metal foil. tall or metal composite to form the housing of the invention.
  • the mutually facing edge sections of the film section corresponding to the bottom surface of the housing body and the film section corresponding to the lateral surface of the housing body can be welded together in a gas-tight manner before they are placed in the extrusion die or after the extrusion of the housing body.
  • the film section corresponding to the lateral surface of the housing body is inserted into the extrusion tool, after which the blank of the housing body is formed by means of the stamp into the extrusion tool equipped with the film section corresponding to the lateral surface of the housing body will .
  • the film section corresponding to the bottom surface of the housing body can be placed on the bottom of the housing body or preferably also, e.g. B. in the manner described above, after which the facing edge sections of the film section corresponding to the bottom surface of the housing body and the film section corresponding to the lateral surface of the housing body - i.e. after extrusion of the housing body - are welded together in a gas-tight manner.
  • any techniques known as such from the prior art can be used for welding the mutually facing edge sections of the film sections for the base and the lateral surface of the housing body, such as laser welding or soldering, resistance welding, ultrasonic welding, tungsten inert gas welding (TIG) , Metal inert gas welding (MSG) , such as e.g. B. Metal welding with inert gases (MIG) or metal welding with active or reactive gases (MAG), and the like.
  • the foil made of metal or metal composite is folded around the housing body, with the edge sections of the folded foil made of metal or metal composite facing one another being gas-tight are welded together.
  • the prefabricated housing body of the battery cell is held by the foil made of metal or metal composite that is folded and welded around it in the manner of a shell, whereby the foil made of metal or metal composite does not necessarily have to be additionally connected to the housing body, but the latter also loosely into the can be plugged into a sheath formed film.
  • the foil made of metal or metal composite is folded at least according to the bottom and the lateral surface of the housing body, after which the facing edge sections of the folded foil made of metal or metal composite are welded together in a gas-tight manner. While the latter in turn can be done using any techniques known as such, as some are listed above as examples, the foil made of metal or metal composite can in this case z.
  • a blank is produced, for example by means of cutting, stamping, laser cutting, water jet cutting or other known cutting methods.
  • the blank can then be folded according to the bottom and the lateral surface of the housing body of the battery cell, it being either folded around the housing body or pre-folded in a separate operation along corresponding fold lines, e.g. B. by means of a folding or bending machine, after which the housing body in this way formed film envelope can be inserted.
  • the mutually facing edge sections of the folded foil made of metal or metal composite are finally welded together in a gas-tight manner to form the finished housing of the battery cell made up of the housing body and the foil made of metal or metal composite.
  • the housing body of the battery cell according to the invention can be, on the one hand, a flexible aluminum-based housing film of a pouch cell, which is essentially surrounded over its entire surface by the metal or metal composite film.
  • a flexible aluminum-based housing film of a pouch cell which is essentially surrounded over its entire surface by the metal or metal composite film.
  • the material of the flexible aluminum-based housing film of the pouch cell as is known as such from the prior art, it can be in the usual way, e.g. B. be an aluminum foil or an aluminum-plastic composite foil.
  • the housing body of the battery cell according to the invention can in particular be a dimensionally stable housing body based on aluminum or aluminum foam, which is surrounded at least on the casing side and bottom by the metal or metal composite foil.
  • such battery cells can be interconnected in particular in series and/or in parallel to form a cell assembly, as is widely used in many areas of application, such as in electromobility.
  • the housing body of the battery cell according to the invention is a dimensionally stable housing body, which is made of aluminum or its alloys, including foams produced therefrom, it can also be provided in an advantageous embodiment that the housing body has a cover, which z. B.
  • the cover can itself be made of aluminum or its alloys and, for example, also be provided with a metal foil according to the invention on the outside, or the cover can also be made of high-temperature-resistant materials such as steel, stainless steel and the like.
  • the housing can expediently have a safety valve designed to discharge gases generated in the event of a thermal runaway of the battery cell, for example in the form of a pressure relief valve, a bursting disk or membrane or the like.
  • the safety valve(s) can be arranged on the housing body itself or—if present—preferably on the cover that closes it.
  • Such a safety valve makes it possible to discharge the gases, vapors and molten solids generated in the event of a thermal runaway of the battery cell from the battery cell and in particular also from a cell assembly of a battery with a plurality of such battery cells in such a way that the respective neighboring battery cells as little as possible are thermally and/or chemically stressed and do not in turn thermally run away.
  • a chain reaction ("propagation") and the associated risk of fire can consequently be prevented or at least significantly reduced.
  • the foil made of metal or metal composite according to the invention also ensures that the hot gases and vapors can only escape via the open safety valve, whereas failure of the housing body, which led to uncontrolled blowing off of the battery cell, is prevented by the foil made of metal or metal composite .
  • the safety valves of the battery cells can in particular open into one or more discharge lines of a venting system, so that in the event of a thermal runaway of one or more battery cells in the cell group, the remaining battery cells remain intact and the risk of a fire in the environment, such as in a motor vehicle equipped with such a battery, is minimized.
  • the battery cells of the cell assembly have safety valves designed to discharge gases generated in the event of a thermal runaway of a respective battery cell, the safety valves of the battery cells being connected to one or more duct(s) of a blow-off system.
  • the one or more discharge line(s) of the blow-off system advantageously lead out of a battery housing of the battery accommodating the cell assembly, in order to minimize the risk of damage to the other battery cells of the cell assembly, with the environment outside the battery housing of the battery only containing that from the damaged one Battery cell leaked gases is exposed.
  • the battery case additionally at least partially covered by a further film of metal or metal composite with a melting point of at least 1200 ° C and a thickness of 10 ⁇ m to 150 ⁇ m .
  • a further film of metal or metal composite with a melting point of at least 1200 ° C and a thickness of 10 ⁇ m to 150 ⁇ m .
  • the housing body of a respective battery cell is produced as a dimensionally stable housing body based on aluminum or aluminum foam and closed with a cover, which in particular is equipped with a )
  • the battery cell generated gases is provided trained safety valve.
  • the safety valve(s) it is also conceivable for the safety valve(s) to be arranged on the housing body, in which case the foil made of metal or metal composite according to the invention can expediently be provided with a corresponding recess.
  • Fig. 1 is a schematic perspective view of a Embodiment of a foil made of metal or metal composite prefolded at least according to the bottom and lateral surface of a housing body of a battery cell (also not illustrated; cf. FIGS. 4 and 5) to form a foil sleeve;
  • Fig. 2 shows a plan view of a blank of the metal or metal composite foil from which the foil sleeve according to FIG. 1 has been prefolded;
  • Fig. 3 shows a highly schematic view to illustrate the production of a housing body of a battery cell based on aluminum with a foil made of metal or metal composite laminated thereon by means of the reverse extrusion process;
  • Fig. 4 shows a schematic sectional view of a battery with a plurality of battery cells according to the invention, the safety valves of which open into a common discharge line which opens out of the battery housing;
  • FIGS. 4 Corresponding schematic sectional view of a battery with a plurality of battery cells according to the invention, the safety valves of which each open into a separate discharge line which opens out of the battery housing.
  • FIG. 1 is a schematic representation of a foil 1 made of metal or a metal composite that has been pre-folded to form a foil sleeve, which in the present case is a stainless steel foil of the type "1.4404" with a thickness of 50 m, a density of 7.95 g/cm 3 and a melting point of about 1450 ° C and which is provided for a commercially available battery cell with a dimensionally stable aluminum-based housing body, which is well known to the person skilled in the art, in particular in the form of rechargeable lithium-ion cells and therefore no further explanation is required.
  • the film cover has been pre-folded from a blank of the film 1, as shown in an example in FIG. 2, in which the possible fold lines are indicated by dashed lines.
  • the mutually facing edges of the film 1 forming the film casing have also been welded to one another in a gas-tight manner.
  • the foil cover is able to essentially completely surround the housing body (not shown) of the battery cell both on the bottom and on the casing side, in order to form the battery cell housing consisting of the housing body on the one hand and the foil cover on the other.
  • the film sleeve also extends beyond that shown in FIG. 1 upper end face of the housing body of the battery cell or via a lid of the same (not shown), which has also been achieved by folding the foil 1 along the corresponding folding lines.
  • the film 1 is provided with a first cutout 2 on the one hand, which serves to contact the electrodes of the battery cell, and on the other hand with a second cutout 3, which is used to release a safety valve (e.g.
  • a pressure relief valve in the form of a pressure relief valve, a bursting disc, a bursting membrane or the like; also not shown
  • the safety valve serves to relieve the housing in a targeted manner via the safety valve, which then opens, in the event of a thermal runaway of the battery cell, and the resulting hot gases and vapors, in particular, in an externally the safety valve to be able to discharge the subsequent discharge in a controlled manner.
  • the fig . 3 shows a highly schematic view to illustrate the production of a dimensionally stable housing body 4 of an aluminum-based battery cell with a foil 1 made of metal or metal composite laminated thereon by means of the reverse extrusion process, whereby the foil 1 can, for example, again be such a as described above with reference to FIGS. 1 and 2 is described.
  • a film section la corresponding to the lateral surface of the housing body 4 can be inserted into an extrusion die, not shown in the drawing, the film section la having been pre-folded in the present case in accordance with the lateral surface of the housing body 4 and its mutually facing longitudinal edges welded in a gas-tight manner are .
  • a blank (not shown) of the housing body 4 is then formed by means of a stamp (also not shown) into the extrusion tool equipped with the film section la corresponding to the lateral surface of the housing body 4, with the film section la being laminated onto the housing body 4 produced in this way.
  • the housing body 4 provided with the film section la on the jacket side can then be removed from the extrusion tool, after which a film section lb corresponding to the bottom surface of the housing body 4 is applied to the bottom of the housing body 4 and the mutually facing edge sections of the film section lb corresponding to the bottom surface of the housing body 4 and of the the lateral surface of the housing body 4 corresponding film section la are welded together gas-tight to form the housing of the battery cell.
  • the housing which is open at the top, can equipped with the electrodes, the electrolyte and the separator and closed with a cover (not shown), which in turn can preferably be equipped with a safety valve, as described above with reference to FIGS. 1 and 2 is explained.
  • FIG. 4 shows an embodiment of a battery provided overall with the reference number 20 in a schematic cross-sectional view, which comprises a cell assembly made up of a plurality of battery cells 10 in the form of a stack, which each have a battery shown in FIG. 4 film sleeve not shown again in detail, z. B. corresponding to that of FIG. 1 and 2 and housed in a battery case 21 .
  • Each battery cell 10 has at its in FIG. 4 upper side for discharging in the event of a thermal runaway (thermal runaway) of a respective battery cell 10 generated gases safety valve 11, z. B.
  • the safety valves 11 of the battery cells 10 of the cell assembly opening into a common discharge line 12 of a blow-off system, which is arranged inside the battery housing 21 .
  • the discharge line 12 of the blow-off system exits from the rear side of the battery housing 21 in the plane of the drawing in order to discharge the resulting gases to the environment in the event of a thermal runaway of one or more of the individual battery cells 10 and to prevent damage to neighboring battery cells 10 .
  • the entire cell assembly made up of the plurality of battery cells 10 or groups of battery cells in the cell assembly can also be covered at least in some areas by a further foil made of metal or metal composite with a melting point of at least about 1200 °C and a thickness of about 10 ⁇ m to about 150pm to be surrounded, such as B. also with a film as described above with reference to FIGS. 1 and 2 is described. The same applies to the battery housing 21 .
  • FIG. 5 illustrated embodiment of a battery 20 differs from that according to FIG. 4 primarily in that the safety valve 11 of a respective battery cell 10 opens into a separate discharge line 13 of the blow-off system, which in turn is arranged inside the battery housing 21 .
  • the discharge lines 13 of the blow-off system also open out of the battery housing 21 in order to discharge the gases produced in the event of a thermal runaway of one or more of the individual battery cells 10 to the environment and to prevent damage to neighboring battery cells 10 .

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Abstract

Es wird ein Gehäuse für eine Batteriezelle, insbesondere in Form einer wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Zelle, mit einem Gehäusekörper auf der Basis von Aluminium oder dessen Legierungen zur Aufnahme der Batteriezelle vorgeschlagen. Um im Falle eines thermischen Durchgehens ("thermal runaway") der Batteriezelle auf einfache und kostengünstige Weise für einen Schutz der Umgebung vor den gebildeten Heißgasen sowie für eine Verringerung der Brandgefahr zu sorgen, ohne das Gewicht der Batteriezelle in nennenswerter Weise zu vergrößern, sieht die Erfindung vor, dass der Gehäusekörper außenseitig zumindest bereichsweise von einer Folie aus Metall oder Metallverbund mit einem Schmelzpunkt von wenigstens 1200°C und einer Dicke von 10 µm bis 150 µm umgeben ist, welche im Falle des thermischen Durchgehens der Batteriezelle gasdicht ist. Die Erfindung betrifft ferner Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses sowie eine mit einem solchen Gehäuse ausgestattete Batteriezelle und eine Batterie, welche einen Zellenverbund aus einer Mehrzahl an derartigen Batteriezellen umfasst.

Description

Batteriezelle, Gehäuse einer solchen Batteriezelle, Batterie mit einer Mehrzahl an solchen Batteriezellen und Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses
Die Erfindung betrifft ein Gehäuse für eine Batteriezelle, insbesondere in Form einer Lithium-Ionen-Zelle, mit einem Gehäusekörper auf der Basis von Aluminium oder dessen Legierungen zur Aufnahme der Batteriezelle . Ferner betrifft die Erfindung eine Batteriezelle, insbesondere Lithium- Ionen-Zelle, mit einem Gehäusekörper auf der Basis von Aluminium oder dessen Legierungen, welcher die Batteriezelle aufnimmt . Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für eine Batteriezelle, insbesondere in Form einer Lithium-Ionen-Zelle, mit einem Gehäusekörper auf der Basis von Aluminium oder dessen Legierungen zur Aufnahme der Batteriezelle, sowie auf eine Batterie, welche wenigstens einen Zellenverbund aus einer Mehrzahl an Batteriezellen der vorgenannten Art umfasst .
Batteriezellen der vorstehend genannten Art sind insbesondere in Form von wiederaufladbaren Akkumulatorzellen in verschiedenen Ausgestaltungen bekannt und gelangen zur Speicherung von elektrischer Energie in einer Vielzahl von Anwendungsgebieten zum Einsatz . Zu diesem Zweck haben sich vornehmlich wiederaufladbare Lithium-Ionen-Zellen bewährt , welche sich durch eine hohe Energiespeicherdichte und folglich auch durch eine hohe volumetrische Energiedichte und ein vergleichsweise geringes Gewicht sowie durch eine hohe Zyklenstabilität und eine geringe Selbstentladung auszeichnen . Derartige Batteriezellen umfassen ein Gehäuse auf der Basis von Aluminium oder dessen Legierungen, welches die eigentliche Batteriezelle aufnimmt , die üblicherweise zwei Elektroden in Form einer Kathode und einer Anode umfasst , welche in dem Gehäusekörper mit einem Elektrolyt in elek- trisch leitender Verbindung stehen und in der Regel mittels eines Separators vor einem direkten Kontakt miteinander geschützt sind . Dabei kann je nach Anwendungsfall insbesondere eine Mehrzahl solcher Batteriezellen elektrisch in Reihe und/oder parallel zu einem Zellenverbund zusammengeschaltet und in einem gemeinsamen Außengehäuse untergebracht sein .
Während als Elektrodenmaterialien gattungsgemäßer Batteriezellen beispielsweise Nickel, Kobalt etc . einschließlich deren Legierungen für die Anode sowie beispielsweise Graphit für die Anode zum Einsatz gelangen, ist das Gehäuse häufig aus Aluminium oder dessen Legierungen gefertigt , bei welchen z . B . Magnesium, Silicium, Mangan, Kupfer, Zinn und Zink Verwendung finden können, wobei Aluminium nicht nur kostengünstig ist , sondern eine Vielzahl an vorteilhaften Eigenschaften aufweist . So besitzt Aluminium eine vergleichsweise geringe spezifische Dichte von nur etwa 2 , 7 g/cm3, was in einem geringen Gewicht des Gehäuses und somit der gesamte Batteriezelle resultiert , wie es insbesondere für die Anwendung solcher Batteriezellen in der Elektromobilität wünschenswert ist . Darüber hinaus weist Aluminium eine hohe spezifische elektrische Leitfähigkeit und erweist sich gegenüber den chemischen Bedingungen einer Batteriezelle als hoch korrosionsbeständig, wobei das aus Aluminium oder dessen Legierungen gefertigte Gehäuse insbesondere elektrisch leitend mit der Kathode in Verbindung stehen kann, um es auf dem elektrischen Potenzial der Kathode zu halten . Schließlich erweisen sich Aluminium und dessen Legierungen als sehr gut (um) formbar, so dass das Gehäuse mit einem hohen Aspektverhältnis und dünnen Wandstärken z . B . einfach und schnell in einem einzigen Fertigungsschritt erzeugt werden kann, wie beispielsweise mittels Fließpressverfahren, wie dem Rückwärtsfließpressen oder dergleichen . Aufgrund dieser Eigenschaften reicht der Anwendungsbereich von Batteriezellen, insbesondere in Form von wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Zellen, von Notebooks , Laptops , Kameras sowie anderen elektrischen und/oder elektronischen Geräten bis hin zur Anwendung als Energiespeicher in der Elektromobilität , wie z . B . für den Antrieb von Hybrid- oder reinen Elektrofahrzeugen, E-Bikes und dergleichen . Wie bereits erwähnt , können die hierbei zum Einsatz kommenden Batterien aus einzelnen oder insbesondere aus einer Mehrzahl an gattungsgemäßen Batteriezellen gebildet sein, welche seriell und/oder parallel zu einem oder mehreren Zellenverbunden zusammengeschaltet sind .
Das Gehäuse von Batteriezellen kann hierbei im Übrigen einerseits im Wesentlichen massiv bzw . formstabil sein, um die Batteriezelle vor äußeren Einwirkungen zu schützen und insbesondere die mechanische Stabilität der Batteriezelle sicherzustellen, um unterschiedlichen mechanischen Belastungen, wie Stößen, Vibrationen und Beschleunigungskräften, standzuhalten, ohne dass sich das Gehäuse über die Lebensdauer der Batteriezelle in einem kritischen Maße verformt . Batteriezellen mit solchem formstabilen Gehäuse kommen daher insbesondere im Bereich der Elektromobilität zum Einsatz . Andererseits kann das Gehäuse von Batteriezellen eine nachgiebig flexible Gehäusefolie auf Aluminiumbasis umfassen, welche unter Bildung des Gehäuses im Wesentlichen zu einem Beutel verschweißt ist . Derartige Batteriezellen werden auch als "Pouch-Zellen" bezeichnet und finden z . B . in elektrischen und/oder elektronischen Geräten Verwendung .
Als problematisch erweist es sich bei gattungsgemäßen Batteriezellen indes , wenn die Batteriezelle beschädigt wird und es insbesondere zu einem zellinternen Kurzschluss von Anode und Kathode kommt . Dies kann beispielsweise der Fall sein, wenn ein elektrisch leitender Fremdkörper das Gehäuse durchdringt und in die Batteriezelle eindringt oder das Gehäusestark verformt wird, z . B . anlässlich eines Unfalls eines mit einem Zellenverbund aus einer Mehrzahl an Batteriezellen ausgestatteten Fahrzeugs , wenn der die Kathode von der Anode elektrisch isolierende Separator beschädigt wird, z . B . aufgrund mechanischer Einwirkungen oder Schmelzen infolge einer Überhitzung, oder wenn es infolge chemischer Prozesse in der Batteriezelle zu einer Kurzschlussbildung kommt . In den allermeisten Fällen sind diese Prozesse selbstverstärkend, wobei zusätzlich zu der in der Batteriezelle gespeicherten elektrischen Energie, welche in Wärme umgesetzt wird, selbstverstärkende chemische Prozesse einsetzen, welche ihrerseits kurzfristig erhebliche Wärmemengen generieren . Solche Prozessketten werden auch als "thermisches Durchgehen" ("thermal runaway" , TR) bezeichnet , wobei neben einer sehr großen, sehr schnell freigesetzten Wärmemenge erhebliche Mengen an gesundheitsschädlichen Gasen und Dämpfen erzeugt werden . Mit zunehmend nickelreicheren Elektrodenmaterialien, welche zudem zunehmend kompakt in dem zur Verfügung stehenden Aufnahmevolumen des Gehäuses verpackt sind, steigt die Reaktionsgeschwindigkeit im Falle eines solchen thermischen Durchgehens weiter an . Die Reaktionszeit für das thermische Durchgehen kann sich von wenigen Sekunden auf Bruchteile von Sekunden reduzieren, so dass die freigesetzte Wärme innerhalb dieses kurzen Zeitraums nicht abgeleitet werden kann . Dies führt häufig zu einer Erhitzung des Elektrodenstapels bis zur Rotglut , wobei das Gehäuse auf der Basis von Aluminium oder dessen Legierungen, welche einen Schmelzbereich bis maximal etwa 660 ° C aufweisen, praktisch vollständig aufschmelzen kann . Entsprechendes gilt für hochenergetische Pouch-Zellen der vorgenannten Art . Flüssiges Metall, heiße Gase und Bestandteile des Elektrodenstapels werden im Falle eines thermi- sehen Durchgehens folglich unkontrolliert freigesetzt und im Falle einer Batterie mit einem Zellenverbund aus einer Mehrzahl an Batteriezellen an benachbarte Batteriezellen entlassen, was zumeist zu Ereignissen führt , welche weitere Batteriezellen oder den gesamten Zellenverbund in einen "thermal runaway" treiben . Diese Kettenreaktion kann zur völligen Zerstörung eines gesamten Zellenverbundes sowie zu einer erheblichen Gefährdung von Menschen und in der Umgebung befindlichen Gegenständen führen, zumal sich infolge des verdampfenden Elektrolyts ein Überdruck in dem Gehäuse der Batteriezelle oder des Zellenverbundes aus mehreren Batteriezellen bildet .
Während den Bedingungen eines thermischen Durchgehens bislang nur Batteriezellengehäuse aus Stahl standzuhalten vermögen, finden aus den weiter oben genannten Gründen in der Praxis nahezu ausschließlich Batteriezellengehäuse auf der Basis von Aluminium ( legierungen) Verwendung . Um die während eines thermischen Durchgehens erzeugten heißen Gase und Dämpfe, welche auch Elektrodenbestandteile und schmelzflüssiges Metall aus der Batteriezelle mit sich schleppen können, kontrolliert aus der Batteriezelle zu entlassen, kommen Entlastungssysteme zum Einsatz , welche eine an dem Gehäuse angeordnete Berst scheibe, ein Überdruckventil oder dergleichen umfassen, an welche ( s ) sich außenseitig der Batteriezelle eine Ableitung anschließt und welche ( s ) beim thermischen Durchgehen der Batteriezelle für eine schnelle Abführung der heißen Gase und Dämpfe aus der Batteriezelle über die Ableitung dienen soll . Allerdings vermag auch dies in den meisten Fällen ein zumindest teilweises Versagen des Gehäuses nicht zu verhindern, so dass die Heißgase auch in die unmittelbare Umgebung der Batteriezelle sowie insbesondere an benachbarte Batteriezellen eines Zellenverbundes abgeführt werden, welche dann ihrerseits ein thermisches Durchgehen erleiden und es zu der vorbeschriebenen Kettenreaktion und dem hiermit einhergehenden Gefährdungspotenzial kommt , infolgedessen z . B . ein mit einem solchen Zellenverbund aus einer Mehrzahl an Batteriezellen ausgestattetes (Elektro) fahrzeug innerhalb von nur weniger Sekunden in Brand geraten kann . In Bezug auf in Form von Pouch-Zellen ausgestalteter Batteriezellen ist gegenwärtig noch gar keine Maßnahme bekannt , um das unkontrollierte Entlassen von heißen Gasen, Dämpfen und geschmolzenen Zellbestandteilen im Falle eines thermischen Durchgehens zu verhindern .
Die DE 10 2012 223 551 Al beschreibt ein formstabiles Gehäuse für eine Batteriezelle, insbesondere in Form einer Lithium-Ionen-Zelle, bei welchem ein unkontrolliertes thermisches Durchgehen der Batteriezelle durch einen laminatförmigen Aufbau des Gehäuses mit mehreren Schichten verhindert werden soll . Das Gehäuse der Batteriezelle umfasst hierbei eine erste, zweite und dritte Materialschicht , wobei die erste und zweite Materialschicht aus einem metallischen Werkstoff , insbesondere auf der Basis von Aluminium, Kupfer oder Edelstahl, gebildet sind und zwischen sich die dritte Materialschicht aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere in Form eine keramischen Werkstoffes , aufnehmen . Allerdings erweist sich ein solcher laminatförmiger Aufbau aus mindestens drei Materialschichten insbesondere in herstellungstechnischer Hinsicht als aufwändig und teuer . Zudem erweist sich die keramische Zwischenschicht gegenüber mechanischen Belastungen, wie Stößen und Vibrationen, welchen sie insbesondere im Falle eines Einsatzes in Fahrzeugen fortwährend ausgesetzt ist , als nur bedingt widerstandsfähig .
Der DE 10 2014 201 856 Al ist ein Gehäuse für eine Batteriezelle zu entnehmen, welches einen Gehäusekörper aus Aluminium oder Aluminiumlegierungen sowie ein diesen umge- bendes Sondergehäuse aus einem elektrisch isolierenden Material, insbesondere in Form eines Hot-Melt-Kunst stof fes , umfasst . Während das elektrisch isolierende Sondergehäuse dazu dient , für die übliche Zusammenschaltung von Batteriezellen zu einem Zellenverbund keine weiteren I solationsmaßnahmen vornehmen zu müssen, ist der Gehäusekörper zur Verhinderung eines thermischen Durchgehens der Batteriezelle mit einem Sicherheitsventil ausgestattet , welches mit einem Anschlussterminal in Verbindung steht , um beim thermischen Durchgehen erzeugte Gase aus der Batteriezelle ableiten zu können . Wie bereits oben angedeutet , vermag dies allein ein thermisches Durchgehen der Batteriezelle jedoch nicht zu verhindern, da nach wie vor die Gefahr besteht , dass der Gehäusekörper auf Aluminiumbasis zumindest bereichsweise schmilzt und Heißgase unkontrolliert an benachbarte Batteriezellen eines Zellenverbundes gelangen können, wogegen auch das aus Kunststoffen gefertigte Sondergehäuse, welches den Gehäusekörper umgibt , keinen Schutz zu bieten vermag .
DE 10 2014 214 810 Al offenbart ein weiteres formstabiles Gehäuse einer Batteriezelle mit einem laminat förmigen Aufbau aus einer Mehrzahl an Schichten, welche mehrere Verbundschichten sowie mindestens eine Diffusionssperrschicht und mindestens eine Verstärkungsschicht umfassen . Während die Verbundschichten einen Kunststoff in Form eines Thermoplasten oder eines Duroplasten umfassen, besteht die Diffusionssperrschicht aus metallischen Materialien, insbesondere aus Aluminium, Mangan, Chrom oder Wolfram . Die Verstärkungsschicht des Gehäuses ist aus Papier oder Pappe gefertigt und mit einem aushärtbaren Vergussmaterial, wie z . B . Harzen, Silikonen oder Klebstoffen getränkt . Das Batteriegehäuse bietet jedoch keinerlei Schutz vor einem thermischen Durchgehen und erweist sich hinsichtlich seines vielschichtigen Aufbaus als relativ aufwändig und teuer . Aus der DE 10 2013 200 700 Al ist ein Gehäuse für eine Batteriezelle bekannt , welches aus einem Aluminiumschaum besteht und zumindest außenseitig mit einer I solierung versehen ist , um für die erforderliche Gas- und Flüssigkeitsdichtigkeit des Aluminiumschaumes zu sorgen . Die I solierung kann in Form eines auf den Aluminiumschaum aufgebrachten Paneels , eines Lackes oder eines Kunststofffolie ausgestaltet sein, bietet jedoch keinerlei Schutz gegen ein thermisches Durchgehen der Batteriezelle .
Schließlich beschreibt die DE 10 2014 005 980 Al eine Batterie und ein zugehöriges Batteriegehäuse, welches zur Aufnahme von herkömmlichen Batteriezellen der Batterie dient , welche insbesondere zu einem Zellenverbunde zusammengeschaltet sind . Das Batteriegehäuse weist eine Wandung auf der Basis von Aluminium auf und ist mit einer vollständigen oder teilweisen Umhüllung und/oder Auskleidung aus Stahl, insbesondere mit einer Dicke zwischen 0 , 1 mm und 5 mm, versehen, um ein thermisches Durchgehen der Batterie zu verhindern . Indes kommt es auch hier im Falle einer Beschädigung und eines hiermit einhergehenden thermischen Durchgehens einer der Batteriezellen der Batterie zu einer Kettenreaktion, in deren Folge die Gefahr besteht , dass der gesamte Zellenverbund der Batteriezellen eine solchen "thermal runaway" erleidet , wobei es äußerst fraglich erscheint , ob das Batteriegehäuse einer solchen thermischen, chemischen und mechanischen Belastung standzuhalten vermag .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Batteriezelle, ein Gehäuse einer solchen Batteriezelle sowie eine wenigstens einen Zellenverbund aus einer Mehrzahl an solchen Batteriezellen umfassende Batterie der eingangs genannten Art unter zumindest weitestgehender Vermeidung der vorgenannten Nachteile auf einfache und kostengünstige Weise dahingehend weiterzubilden, dass die Auswirkungen eines thermischen Durchgehens ("thermal runaway" ) vermindert werden und insbesondere verhindert werden kann, dass im Falle eines thermischen Durchgehens der Batteriezelle benachbarte Batteriezellen eines Zellenverbundes der Batterie in Mitleidenschaft gezogen werden und ihrerseits ein thermisches Durchgehen erleiden . Sie ist ferner auf ein Verfahren zur Herstellung eines solchen Gehäuses für eine Batteriezelle gerichtet , welches insbesondere eine einfache und kostengünstige Serienfertigung gewährleistet .
Der erste Teil dieser Aufgabe wird bei einer Batteriezelle der eingangs genannten Art bzw . bei einem Gehäuse einer solchen Batteriezelle erfindungsgemäß dadurch gelöst , dass der Gehäusekörper außenseitig zumindest bereichsweise von einer Folie aus Metall oder Metallverbund mit einem Schmelzpunkt von wenigstens 1200 ° C und einer Dicke von 10 pm bis 150 pm umgeben ist , welche im Falle eines thermischen Durchgehens (thermal runaway) der Batteriezelle gasdicht ist .
Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung darüber hinaus eine Batterie vor, welche wenigstens einen Zellenverbund aus einer Mehrzahl an solchen Batteriezellen umfasst .
In verfahrenstechnischer Hinsicht sieht die Erfindung zur Lösung dieser Aufgabe bei einem Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für eine Batteriezelle der eingangs genannten Art ferner vor, dass auf den Gehäusekörper außenseitig zumindest bereichsweise eine Folie aus Metall oder Metallverbund mit einem Schmelzpunkt von wenigstens 1200 ° C und einer Dicke von 10 pm bis 150 pm aufgebracht wird, welche im Falle eines thermischen Durchgehens (thermal runaway) der Batteriezelle gasdicht ist .
Überraschenderweise wurde gefunden, dass bereits eine sehr dünne Folie aus Metall oder Metallverbund mit einem Schmelzpunkt von wenigstens 1200 ° C und einer Dicke von nur etwa 10 pm bis etwa 150 pm, welche außenseitig auf den Gehäusekörper der Batteriezelle auf Aluminiumbasis aufgebracht ist , einem thermischen Durchgehen der Batteriezelle selbst dann standzuhalten vermag, wenn der Gehäusekörper aufschmilzt , indem aus dem Gehäusekörper unkontrolliert entweichende heiße Gase und Dämpfe, schmelzflüssiges Metall des Gehäusekörpers selbst und/oder Bestandteile des Elektrodenstapels von der Folie zurückgehalten werden, so dass insbesondere im Falle einer Batterie mit einem Zellenverbund aus mehreren derartiger Batteriezellen benachbarte Batteriezellen nicht ihrerseits thermisch durchgehen und insbesondere die Möglichkeit besteht , die entweichenden Komponenten kontrolliert abführen zu können, wie es weiter unten im Einzelnen beschrieben ist . Die erfindungsgemäße dünne Folie aus Metall oder Metallverbund vermag dabei der hohen thermischen und/oder chemischen Beanspruchung, welche zwar mehr oder minder spontan, aber über einen relativ kurzen Zeitraum auf das Gehäuse der Batteriezelle einwirkt , im Falle eines thermischen Durchgehens der Batteriezelle standzuhalten, so dass eine Kontamination der Umgebung folglich weitestgehend vermieden und die Gefahr eines Brandes einer mit der erfindungsgemäßen Batteriezelle oder mit einem Zellenverbund bzw . -stapel mit einer Mehrzahl an solchen Batteriezellen versehenen Batterie erheblich vermindert wird . Das erfindungsgemäße Gehäuse der Batteriezelle, welches lediglich aus dem Gehäusekörper auf Aluminiumbasis und der ihn außenseitig umgebenden Folie aus Metall oder Metallverbund aufgebaut sein kann, erweist sich hierbei nicht nur als äußerst einfach und kostengünstig gegenüber den laminatart igen Ausgestaltungen der Gehäuse gemäß dem eingangs beschriebenen Stand der Technik, sondern besitzt ein sehr geringes Gewicht , welches durch die erf indungsge- mäße Folie aus Metall oder Metallverbund geringer Dicke praktisch nicht erhöht wird, so dass sich erfindungsgemäße Batteriezellen bzw . hiermit ausgestattete Batterien in besonderem Maße - wenngleich freilich nicht ausschließlich - zum Einsatz in der Elektromobilität anbietet , wo das Gesamtgewicht des Fahrzeugs aus ökonomischen sowie aus Umweltgründen möglichst gering gehalten werden sollte .
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann vorgesehen sein, dass die Folie aus Metall oder Metallverbund eine Dicke zwischen etwa 10 pm und etwa 125 pm, insbesondere zwischen etwa 10 pm und 100 pm, vorzugsweise zwischen etwa 10 pm und etwa 75 pm, beispielsweise zwischen etwa 10 pm und etwa 60 pm, aufweist . In verfahrenstechnischer Hinsicht kann in diesem Zusammenhang demnach vorzugsweise vorgesehen sein, dass eine Folie aus Metall oder Metallverbund mit einer Dicke zwischen etwa 10 pm und etwa 125 pm, insbesondere zwischen etwa 10 pm und 100 pm, vorzugsweise zwischen etwa 10 pm und etwa 75 pm, beispielsweise zwischen etwa 10 pm und etwa 60 pm, verwendet wird .
Die Folie aus Metall oder Metallverbund kann grundsätzlich aus beliebigen Metall- oder Metallverbundwerkstoffen gefertigt sein, welche einen hinreichenden Schmelzpunkt von wenigstens etwa 1200 ° C besitzen . In vorteilhafter Ausgestaltung können solche Metall- oder Metallverbundwerkstoffe eine Dichte von wenigstens etwa 5 g/cm3, insbesondere von wenigstens etwa 6 g/cm3, vorzugsweise von wenigstens etwa 7 g/cm3 und höchst vorzugsweise von wenigstens etwa 7 , 5 g/cm3, aufweisen . In weiterhin vorteilhafter Ausgestaltung kann die Folie aus Metall oder Metallverbund von einer Metallfolie aus Stahl oder Edelstahl gebildet sein, welche z . B . Legierungselemente in Form von Nickel, Zink, Titan, Chrom, Molybdän, Wolfram und dergleichen enthalten kann . Stattdessen kann die Folie aus Metall oder Metallverbund z . B . auch von einer Metallverbundfolie gebildet sein, wie beispielsweise in Form einer Metallfaser-Verbundfolie, bei welcher die Metallkomponente in Faserform in eine hochtemperaturfeste Kunststoffmatrix eingebettet ist .
Gemäß einer Ausführungsvariante des erfindungsgemäßen Gehäuses der Batteriezelle kann vorgesehen sein, dass die Folie aus Metall oder Metallverbund auf den Gehäusekörper auflaminiert ist . Dies bietet insbesondere den Vorteil, dass der Gehäusekörper mit der Folie aus Metall oder Metallverbund im Wesentlichen vollflächig fest verbunden ist , womit die elektrische und auch die thermische Leitfähigkeit ( z . B . zwecks einer Kühlung der Batteriezelle während ihres Betriebs ) zwischen den vorgenannten Gehäusekomponenten optimiert wird .
In verfahrenstechnischer Hinsicht kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass die Folie aus Metall oder Metallverbund auf einen flächigen Rohling des Gehäusekörpers auflaminiert wird, wonach der mit der auf laminierten Folie aus Metall oder Metallverbund versehene flächige Rohling des Gehäusekörpers zu dem Gehäuse geformt wird . Für das Auf laminieren der Folie aus Metall oder Metallverbund auf den Gehäusekörper können grundsätzlich beliebige, als solche aus dem Stand der Technik bekannte Techniken zum Einsatz gelangen, wie beispielsweise Heiß- oder Kaltlaminierungsprozesse, wobei z . B . ein einseitig an der Folie aus Metall oder Metallverbund angebrachter Klebstoff oder ein aushärtbares Harz eine Stoff schlüssige Verbindung zwischen dem Gehäusekörper und der Folie aus Metall oder Metallverbund zu erzeugen vermag . Darüber hinaus kann die Folie aus Metall oder Metallverbund beispielsweise mittels Walzplattierens , galvanischen Beschichtens , Flammspritzen oder dergleichen auf den flächigen Rohling des Gehäusekörpers auflaminiert werden . Der mit der auf laminierten Folie aus Me- tall oder Metallverbund versehene Rohling des Gehäusekörpers kann sodann, z . B . durch Tiefziehen, zu dem Gehäuse umgeformt werden .
Darüber hinaus kann in verfahrenstechnischer Hinsicht in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass die Folie aus Metall oder Metallverbund zunächst zu einem der Bodenfläche des Gehäusekörpers entsprechenden Folienabschnitt und zu einem der Mantelfläche des Gehäusekörpers entsprechenden Folienabschnitt vorgeformt wird, wobei die Folienabschnitte z . B . durch Schneiden, Stanzen, Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden oder dergleichen zugeschnitten und insbesondere der der Mantelfläche des Gehäusekörpers entsprechende Folienabschnitt gemäß der Mantelfläche vorgefaltet und zu einem Hohlkörper verschweißt wird . Alternativ ist es beispielsweise auch denkbar, dass der der Mantelfläche des Gehäusekörpers entsprechende Folienabschnitt aus einem Endlosschlauch der Folie aus Metall oder Metallverbund erzeugt wird, indem der Endlosschlauch zu dem jeweiligen Folienabschnitt abgelängt und entsprechend der Mantelfläche des Gehäusekörpers vorgefaltet wird . Sodann wird bzw . werden der der Bodenfläche des Gehäusekörpers entsprechende Folienabschnitt und/oder der der Mantelfläche des Gehäusekörpers entsprechende Folienabschnitt in ein Fließpresswerkzeug eingelegt , wonach ein Rohling des Gehäusekörpers auf der Basis von Aluminium oder dessen Legierungen mittels eines Stempels in das mit dem der Bodenfläche des Gehäusekörpers entsprechenden Folienabschnitt und/oder mit dem der Mantelfläche des Gehäusekörpers entsprechenden Folienabschnitt bestückte Fließpresswerkzeug eingeformt wird . Hierbei bei einem solchen Fließpressverfahren, welches vorzugsweise in Form des Rückwärt s-Fließpressens zur Anwendung gelangen kann, kommt es zu einer im Wesentlichen vollflächigen und festen Verbindung des Gehäusekörpers mit der Folie aus Me- tall oder Metallverbund unter Bildung des erfindungsgemäßen Gehäuses . Schließlich können die einander zugewandten Randabschnitte des der Bodenfläche des Gehäusekörpers entsprechenden Folienabschnittes und des der Mantelfläche des Gehäusekörpers entsprechenden Folienabschnittes vor dem Einlegen derselben in das Fließpresswerkzeug oder nach dem Fließpressen des Gehäusekörpers gasdicht miteinander verschweißt werden .
Als in verfahrenstechnischer Hinsicht einfach und günstig hat es sich hierbei insbesondere bewährt , wenn nur der der Mantelfläche des Gehäusekörpers entsprechende Folienabschnitt in das Fließpresswerkzeug eingelegt wird, wonach der Rohling des Gehäusekörpers mittels des Stempels in das mit dem der Mantelfläche des Gehäusekörpers entsprechenden Folienabschnitt bestückte Fließpresswerkzeug eingeformt wird . Sodann kann der der Bodenfläche des Gehäusekörpers entsprechende Folienabschnitt auf den Boden des Gehäusekörpers aufgelegt oder vorzugsweise auch, z . B . in der weiter oben beschriebenen Weise, auflaminiert werden, wonach die einander zugewandten Randabschnitte des der Bodenfläche des Gehäusekörpers entsprechenden Folienabschnittes und des der Mantelfläche des Gehäusekörpers entsprechenden Folienabschnittes - also nach dem Fließpressen des Gehäusekörpers - gasdicht miteinander verschweißt werden .
Für das Verschweißen der einander zugewandten Randabschnitte der Folienabschnitte für den Boden und die Mantelfläche des Gehäusekörpers kommen beliebige, als solche aus dem Stand der Technik bekannte Techniken in Betracht , wie beispielsweise Laserschweißen oder -löten, Widerstandsschweißen, Ultraschallschweißen, Wolf ram-Inertgasschweißen (WIG) , Metallschutzgasschweißen (MSG) , wie z . B . Metallschweißen mit inerten Gasen (MIG) oder Metallschweißen mit aktiven bzw . reaktionsfähigen Gasen (MAG) , und dergleichen . Anstelle einer Auf laminierung der Folie aus Metall oder Metallverbund auf den Gehäusekörper eines erfindungsgemäßen Gehäuses der Batteriezelle kann ferner vorgesehen sein, dass die Folie aus Metall oder Metallverbund um den Gehäusekörper herum gefaltet ist , wobei die einander zugewandten Randabschnitte der gefalteten Folie aus Metall oder Metallverbund gasdicht miteinander verschweißt sind . Der vorgefertigte Gehäusekörper der Batteriezelle ist in diesem Fall von der um ihn herumgefalteten und verschweißten Folie aus Metall oder Metallverbund nach Art einer Hülle aufgenommen, wobei die Folie aus Metall oder Metallverbund nicht notwendigerweise zusätzlich mit dem Gehäusekörper verbunden sein muss , sondern letzterer auch lose in die zu einer Hülle geformte Folie eingesteckt sein kann .
In verfahrenstechnischer Hinsicht kann in diesem Zusammenhang vorgesehen sein, dass die Folie aus Metall oder Metallverbund zumindest gemäß der Boden- und der Mantelfläche des Gehäusekörpers gefaltet wird, wonach die einander zugewandten Randabschnitte der gefalteten Folie aus Metall oder Metallverbund gasdicht miteinander verschweißt werden . Während letzteres wiederum mittels beliebiger, als solcher bekannter Techniken geschehen sind, wie einige weiter oben exemplarisch aufgeführt sind, kann aus der Folie aus Metall oder Metallverbund in diesem Fall z . B . zunächst ein Zuschnitt erzeugt werden, wie beispielsweise mittels Schneidens , Stanzens , Laserschneidens , Wasserstrahlschneidens oder anderer bekannter Schneideverfahren . Der Zuschnitt kann sodann entsprechend der Boden- und der Mantelfläche des Gehäusekörpers der Batteriezelle gefaltet werden, wobei er entweder um den Gehäusekörper herum gefaltet oder in einem separaten Arbeitsgang entlang entsprechender Faltlinien vorgefaltet werden kann, z . B . mittels einer Falt- oder Biegemaschine, wonach der Gehäusekörper in die auf diese Weise gebildete Folienhülle eingesteckt werden kann . Die einander zugewandten Randabschnitte der gefalteten Folie aus Metall oder Metallverbund werden schließlich unter Bildung des fertigen, aus dem Gehäusekörper und der Folie aus Metall oder Metallverbund aufgebauten Gehäuses der Batteriezelle gasdicht miteinander verschweißt .
Bei dem Gehäusekörper der erfindungsgemäßen Batteriezelle kann es sich einerseits um eine flexible Gehäusefolie auf Aluminiumbasis einer Pouch-Zelle handeln welche im Wesentlichen vollflächig von der Folie aus Metall oder Metallverbund umgeben ist . Hinsichtlich des Materials der flexiblen Gehäusefolie auf Aluminiumbasis der Pouch-Zelle, wie sie als solches aus dem Stand der Technik bekannt ist , kann es sich in üblicher Weise z . B . um eine Aluminiumfolie oder um eine Aluminium-Kunststoff-Verbundfolie handeln .
Stattdessen kann es sich bei dem Gehäusekörper der erfindungsgemäßem Batteriezelle insbesondere um einen formstabilen Gehäusekörper auf der Basis von Aluminium oder Aluminiumschaum handeln, welcher zumindest mantelseitig und bodenseitig von der Folie aus Metall oder Metallverbund umgeben ist . Wie bereits angedeutet , können derartige Batteriezellen insbesondere in Reihe und/oder parallel zu einem Zellenverbund zusammengeschaltet sein, wie er in vielen Anwendungsgebieten, wie beispielsweise in der Elektromobilität , verbreitet zum Einsatz gelangt . Handelt es sich bei dem Gehäusekörper der erfindungsgemäßen Batteriezelle um einen formstabilen Gehäusekörper, welcher aus Aluminium oder dessen Legierungen einschließlich hieraus erzeugten Schäumen gebildet ist , so kann in vorteilhafter Ausgestaltung ferner vorgesehen sein, dass der Gehäusekörper einen Deckel aufweist , welcher zum z . B . stirnseitigen Verschließen des Gehäusekörpers dient , nachdem er mit den Elektroden, dem Elektrolyt und gegebenenfalls dem Separator be- stückt worden ist . Der Deckel kann seinerseits aus Aluminium oder dessen Legierungen gefertigt und beispielsweise gleichfalls außenseitig mit einer erfindungsgemäßen Metallfolie versehen sein, oder der Deckel kann insbesondere auch aus hochtemperaturfesten Materialien, wie Stahl, Edelstahl und dergleichen gebildet sein .
Wie ebenfalls bereits angedeutet , kann das Gehäuse zweckmäßigerweise ein zum Abführen von im Falle eines thermischen Durchgehens (thermal runaway) der Batteriezelle erzeugten Gasen ausgebildetes Sicherheitsventil aufweisen, wie beispielsweise in Form eines Überdruckventils , einer Berstscheibe oder -membran oder dergleichen . Das oder die Sicherheitsventil (e ) können dabei an dem Gehäusekörper selbst oder - soweit vorhanden - vorzugsweise an dem diesen verschließenden Deckel angeordnet sein . Mittels eines solchen Sicherheitsventils besteht die Möglichkeit , die im Falle eines thermischen Durchgehens der Batteriezelle erzeugten Gase, Dämpfe und geschmolzenen Feststoffe derart aus der Batteriezelle sowie insbesondere auch aus einem Zellenverbund einer Batterie mit einer Mehrzahl an solchen Batteriezellen abzuführen, dass die jeweils benachbarten Batteriezellen möglichst wenig thermisch und/oder chemisch belastet werden und nicht ihrerseits thermisch durchgehen . Eine Kettenreaktion ("Propagation" ) sowie die hiermit einhergehende Brandgefahr lässt sich folglich verhindern oder zumindest erheblich verringern . Durch die erfindungsgemäße Folie aus Metall oder Metallverbund wird zugleich sichergestellt , dass die heißen Gase und Dämpfe nur über das geöffnete Sicherheitsventil entweichen können, wohingegen ein Versagen des Gehäusekörpers , welches zu einem unkontrolliertes Abblasen der Batteriezelle führte, durch die Folie aus Metall oder Metallverbund verhindert wird . Sofern mehrere Batteriezellen zu einem Zellenverbund einer Batterie zusammengeschaltet sind, können die Sicherheitsventile der Batteriezellen insbesondere in eine oder mehrere Ableitungen eines Abblassystems einmünden, so dass im Falle eines thermischen Durchgehens einer oder mehrerer Batteriezellen des Zellenverbundes die übrigen Batteriezellen intakt bleiben und die Gefahr eines Brandes in der Umgebung, wie beispielsweise in einem mit einer solchen Batterie ausgestatteten Kraftfahrzeug, minimiert wird . Dementsprechend kann in vorteilhafter Ausgestaltung einer erfindungsgemäßen Batterie vorgesehen sein, dass die Batteriezellen des Zellenverbundes zum Abführen von im Falle eines thermischen Durchgehens (thermal runaway) einer jeweiligen Batteriezelle erzeugten Gasen ausgebildete Sicherheitsventile aufweisen, wobei die Sicherheitsventile der Batteriezellen in eine oder mehrere Ableitung (en) eines Abblassystems einmünden .
Die eine oder mehreren Ableitung (en) des Abblassystems münden vorteilhafterweise aus einem den Zellenverbund aufnehmenden Batteriegehäuse der Batterie aus , um die Gefahr einer Schädigung der übrigen Batteriezellen des Zellenverbundes zu minimieren, wobei auch die Umgebung außerhalb des Batteriegehäuses der Batterie lediglich den aus der jeweils beschädigten Batteriezelle ausgetretenen Gasen exponiert wird .
Darüber hinaus kann in vorteilhafter Ausgestaltung vorgesehen sein, dass
- der gesamte Zellenverbund aus der Mehrzahl an Batteriezellen und/oder
- Gruppen von Batteriezellen des Zellenverbundes und/oder
- das Batteriegehäuse zusätzlich zumindest bereichsweise von einer weiteren Folie aus Metall oder Metallverbund mit einem Schmelzpunkt von wenigstens 1200 ° C und einer Dicke von 10 pm bis 150 pm umgeben ist . Bei einer Batterie mit einem solchen Zellenverbundes aus einer Mehrzahl an erfindungsgemäßen Batteriezellen kann es sich demnach als sinnvoll erweisen, den gesamten Zellenverbund und/oder Gruppen von Batteriezellen desselben und/oder das Batteriegehäuse selbst mit einer weiteren Folie aus Metall oder Metallverbund mit einem Schmelzpunkt von wenigstens 1200 ° C und einer Dicke von etwa 10 pm bis etwa 150 pm zu umgeben, um auf sehr einfache und kostengünstige Weise für einen zusätzlichen Schutz sowohl des Zellenverbundes der Batterie als auch der Umgebung vor einem thermischen Durchgehen einzelner Batteriezellen zu sorgen, ohne das Gesamtgewicht der Batterie in nennenswerter Weise zu erhöhen .
In verfahrenstechnischer Hinsicht kann in diesem Zusammenhang folglich vorgesehen sein, dass der Gehäusekörper einer jeweiligen Batteriezelle als formstabiler Gehäusekörper auf der Basis von Aluminium oder Aluminiumschaum erzeugt und mit einem Deckel verschlossen wird, welcher insbesondere mit einem zum Abführen von im Falle eines thermischen Durchgehens (thermal runaway) der Batteriezelle erzeugten Gasen ausgebildeten Sicherheitsventil versehen wird . Wie bereits erwähnt , ist es allerdings auch denkbar, wenn das oder die Sicherheitsventil (e ) an dem Gehäusekörper angeordnet werden, wobei die erfindungsgemäße Folie aus Metall oder Metallverbund in diesem Fall zweckmäßigerweise mit einer entsprechenden Aussparung versehen werden kann .
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnungen . Dabei zeigen :
Fig . 1 eine schematische perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer zumindest gemäß der Boden- und der Mantelfläche eines nicht zeichnerisch wiedergegebenen Gehäusekörpers einer Batteriezelle (ebenfalls nicht zeichnerisch dargestellt ; vgl . hierzu die Fig . 4 und 5 ) zu einer Folienhülle vorgefalteten Folie aus Metall oder Metallverbund;
Fig . 2 eine Draufsicht auf einen Zuschnitt der Folie aus Metall oder Metallverbund, aus welcher die Folienhülle gemäß der Fig . 1 vorgefaltet worden ist ;
Fig . 3 eine stark schematisierte Ansicht zur Veranschaulichung der Herstellung eines Gehäusekörpers einer Batteriezelle auf Aluminiumbasis mit einer hierauf auf laminierten Folie aus Metall oder Metallverbund mittels des Rückwärt s-Fließpress- verf ährens ;
Fig . 4 eine schematische Schnittansicht einer Batterie mit einer Mehrzahl an erfindungsgemäßen Batteriezellen, deren Sicherheitsventile in eine gemeinsame Ableitung einmünden, welche aus dem Batteriegehäuse ausmündet ; und
Fig . 5 eine der Fig . 4 entsprechende schematische Schnittansicht einer Batterie mit einer Mehrzahl an erfindungsgemäßen Batteriezellen, deren Sicherheitsventile in je eine separate Ableitung einmünden, welche aus dem Batteriegehäuse ausmünden .
In der Fig . 1 ist eine zu einer Folienhülle vorgefaltete Folie 1 aus Metall oder Metallverbund schematisch wiedergegeben, bei welcher es sich im vorliegenden Fall um eine Edelstahlfolie des Typs " 1 , 4404" mit einer Dicke von 50 m, einer Dichte von 7 , 95 g/cm3 und einem Schmelzpunkt von etwa 1450 ° C handelt und welche für eine handelsübliche Batteriezelle mit einem formstabilen Gehäusekörper auf Aluminiumbasis vorgesehen ist , welche dem Fachmann insbesondere in Form von wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Zellen wohlbekannt ist und daher keiner näheren Erläuterung bedarf . Die Folienhülle ist aus einem Zuschnitt der Folie 1 vorgefaltet worden, wie er exemplarisch in der Fig . 2 wiedergegeben ist , in welcher die möglichen Faltlinien strichliniert angedeutet sind . Die einander zugewandten Ränder der die Folienhülle bildenden Folie 1 sind ferner gasdicht miteinander verschweißt worden .
Wie in der Fig . 1 ferner erkennbar, vermag die Folienhülle den (nicht dargestellten) Gehäusekörper der Batteriezelle sowohl boden- als auch mantelseitig im Wesentlich vollständig zu umgeben, um das einerseits aus dem Gehäusekörper, andererseits aus der Folienhülle bestehende Gehäuse der Batteriezelle zu bilden . Bei dem vorliegenden Ausführungsbeispiel erstreckt sich die Folienhülle darüber hinaus über die in der Fig . 1 obere Stirnseite des Gehäusekörpers der Batteriezelle bzw . über einen Deckel desselben (nicht gezeigt ) , was gleichfalls durch Falten der Folie 1 entlang der entsprechenden Faltlinien erreicht worden ist . Die Folie 1 ist dabei einerseits mit ersten Aussparungen 2 , welche zur Kontaktierung der Elektroden der Batteriezelle dienen, andererseits mit einer zweiten Aussparung 3 versehen worden, welche zum Freilassen eines Sicherheitsventils ( z . B . in Form eines Überdruckventils , einer Berst scheibe, einer Berstmembran oder dergleichen; ebenfalls nicht gezeigt ) dient , um im Falle eines thermischen Durchgehens der Batteriezelle das Gehäuse gezielt über das dann geöffnete Sicherheitsventil zu entlasten und die entstehenden heißen Gase und Dämpfe insbesondere in eine sich außenseitig an das Sicherheitsventil anschließende Ableitung kontrolliert abführen zu können .
Die Fig . 3 zeigt eine stark schematisierte Ansicht zur Veranschaulichung der Herstellung eines formstabilen Gehäusekörpers 4 einer Batteriezelle auf Aluminiumbasis mit einer hierauf auf laminierten Folie 1 aus Metall oder Metallverbund mittels des Rückwärts-Fließpressverfahrens , wobei es sich bei der Folie 1 beispielsweise wiederum um eine solche handeln kann, wie sie oben unter Bezugnahme auf die Fig . 1 und 2 beschrieben ist . Wie in der Fig . 3 erkennbar, kann in diesem Fall beispielsweise ein der Mantelfläche des Gehäusekörpers 4 entsprechender Folienabschnitt la in ein nicht zeichnerisch dargestelltes Fließpresswerkzeug eingelegt werden, wobei der Folienabschnitt la im vorliegenden Fall entsprechend der Mantelfläche des Gehäusekörpers 4 vorgefaltet worden ist und seine einander zugewandten Längsränder gasdicht verschweißt worden sind . Sodann wird ein Rohling (nicht gezeigt ) des Gehäusekörpers 4 mittels eines Stempels (ebenfalls nicht gezeigt ) in das mit dem der Mantelfläche des Gehäusekörpers 4 entsprechenden Folienabschnitt la bestückte Fließpresswerkzeug eingeformt , wobei der Folienabschnitt la auf den hierdurch erzeugten Gehäusekörper 4 auflaminiert wird . Anschließend kann der mit dem mantelseitigen Folienabschnitt la versehene Gehäusekörper 4 dem Fließpresswerkzeug entnommen werden, wonach ein der Bodenfläche des Gehäusekörpers 4 entsprechende Folienabschnitt lb auf den Boden des Gehäusekörpers 4 aufgebracht wird und die einander zugewandten Randabschnitte des der Bodenfläche des Gehäusekörpers 4 entsprechenden Folienabschnittes lb und des der Mantelfläche des Gehäusekörpers 4 entsprechenden Folienabschnittes la unter Bildung des Gehäuses der Batteriezelle gasdicht miteinander verschweißt werden . Schließlich kann das nach oben offene Gehäuse mit den Elektroden, dem Elektrolyt und dem Separator bestückt und mit einem Deckel (nicht gezeigt ) verschlossen werden, welcher vorzugsweise wiederum mit einem Sicherheitsventil ausgestattet sein kann, wie es oben unter Bezugnahme auf die Fig . 1 uns 2 erläutert ist .
In der Fig . 4 ist eine Ausführungsform einer insgesamt mit dem Bezugszeichen 20 versehenen Batterie in einer schematischen Querschnittsansicht wiedergegeben, welche einen Zellenverbund aus einer Mehrzahl an Batteriezellen 10 in Form eines Stapels umfasst , welche jeweils mit einer in der Fig . 4 nicht nochmals im Einzelnen dargestellten Folienhülle, z . B . entsprechend jener der Fig . 1 und 2 , versehen und in einem Batteriegehäuse 21 untergebracht sind . Jede Batteriezelle 10 besitzt an ihrer in der Fig . 4 oberen Seite ein zum Abführen von im Falle eines thermischen Durchgehens (thermal runaway) einer jeweiligen Batteriezelle 10 erzeugten Gasen ausgebildetes Sicherheitsventil 11 , z . B . in Form einer Berstscheibe oder dergleichen, wobei die Sicherheitsventile 11 der Batteriezellen 10 des Zellenverbundes in eine gemeinsame Ableitung 12 eines Abblassystems einmünden, welche im Innern des Batteriegehäuses 21 angeordnet ist . Die Ableitung 12 des Abblassystems mündet aus der in der Zeichnungsebene hinteren Seite des Batteriegehäuses 21 aus diesem aus , um im Falle eines thermischen Durchgehens einer oder mehrerer der einzelnen Batteriezellen 10 die hierbei entstehenden Gase an die Umgebung abzuführen und eine Schädigung benachbarter Batteriezellen 10 zu verhindern . Der gesamte Zellenverbund aus der Mehrzahl an Batteriezellen 10 oder auch Gruppen von Batteriezellen des Zellenverbundes können zwecks einer noch höheren Sicherheit zusätzlich zumindest bereichsweise von einer weiteren Folie aus Metall oder Metallverbund mit einem Schmelzpunkt von wenigstens etwa 1200 ° C und einer Dicke von etwa 10 pm bis etwa 150 pm umgeben sein, wie z . B . gleichfalls mit einer Folie, wie sie oben unter Bezugnahme auf die Fig . 1 und 2 beschrieben ist . Entsprechendes gilt für das Batteriegehäuse 21 .
Die in der Fig . 5 dargestellte Ausführungsform einer Batterie 20 unterscheidet sich von jener gemäß der Fig . 4 vornehmlich dadurch, dass das Sicherheitsventil 11 einer jeweiligen Batteriezelle 10 in eine separate Ableitung 13 des Abblassystems einmündet , welche wiederum im Innern des Batteriegehäuses 21 angeordnet sind . Die Ableitungen 13 des Abblassystems münden gleichfalle aus dem Batteriegehäuse 21 aus , um im Falle eines thermischen Durchgehens einer oder mehrerer der einzelnen Batteriezellen 10 die hierbei entstehenden Gase an die Umgebung abzuführen und eine Schädigung benachbarter Batteriezellen 10 zu verhindern .

Claims

Patentansprüche Gehäuse für eine Batteriezelle (10) , insbesondere in Form einer Lithium-Ionen-Zelle, mit einem Gehäusekörper (4) auf der Basis von Aluminium oder dessen Legierungen zur Aufnahme der Batteriezelle, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper (4) außenseitig zumindest bereichsweise von einer Folie (1) aus Metall oder Metallverbund mit einem Schmelzpunkt von wenigstens 1200 °C und einer Dicke von 10 pm bis 150 pm umgeben ist, welche im Falle eines thermischen Durchgehens (thermal runaway) der Batteriezelle (10) gasdicht ist. Gehäuse nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (1) aus Metall oder Metallverbund eine Dicke zwischen 10 pm und 125 pm, insbesondere zwischen 10 pm und 100 pm, vorzugsweise zwischen 10 pm und 75 pm, aufweist . Gehäuse nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (1) aus Metall oder Metallverbund aus Stahl oder Edelstahl gefertigt ist. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (1) aus Metall oder Metallverbund
- auf den Gehäusekörper (4) auflaminiert ist; oder
- um den Gehäusekörper (4) herum gefaltet ist, wobei die einander zugewandten Randabschnitte der gefalteten Folie (1) aus Metall oder Metallverbund gasdicht miteinander verschweißt sind. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Gehäusekörper (4) um eine flexible Gehäusefolie auf Aluminiumbasis einer Pouch-Zelle handelt, welche im Wesentlichen vollflächig von der Folie (1) aus Metall oder Metallverbund umgeben ist . Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Gehäusekörper (4) um einen formstabilen Gehäusekörper (4) auf der Basis von Aluminium oder Aluminiumschaum handelt, welcher zumindest mantelseitig und bodenseitig von der Folie (1) aus Metall oder Metallverbund umgeben ist, wobei der Gehäusekörper (4) insbesondere einen Deckel aufweist. Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass es ein zum Abführen von im Falle eines thermischen Durchgehens (thermal runaway) der Batteriezelle (10) erzeugten Gasen ausgebildetes Sicherheitsventil (11) aufweist. Batteriezelle (10) , insbesondere Lithium-Ionen-Zelle, gekennzeichnet durch ein Gehäuse nach einem der Ansprüche 1 bis 7. Batterie (20) , umfassend wenigstens einen Zellenverbund aus einer Mehrzahl an Batteriezellen (10) nach Anspruch 8. Batterie nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezellen (10) des Zellenverbundes zum Abführen von im Falle eines thermischen Durchgehens (thermal runaway) einer jeweiligen Batteriezelle (10) erzeugten Gasen ausgebildete Sicherheitsventile (11) aufweisen, wobei die Sicherheitsventile (11) der Batteriezellen (10) in eine oder mehrere Ableitung (en) (12, 13) eines
Abblassystems einmünden. Batterie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die eine oder mehreren Ableitung (en) (12, 13) des Abblassystems aus einem den Zellenverbund aufnehmenden Batteriegehäuse (21) ausmünden. Batterie nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass
- der gesamte Zellenverbund aus der Mehrzahl an Batteriezellen (10) und/oder
- Gruppen von Batteriezellen des Zellenverbundes und/ oder
- das Batteriegehäuse (21) zusätzlich zumindest bereichsweise von einer weiteren Folie aus Metall oder Metallverbund mit einem Schmelzpunkt von wenigstens 1200°C und einer Dicke von 10 pm bis 150 pm umgeben ist. Verfahren zur Herstellung eines Gehäuses für eine Batteriezelle (10) , insbesondere in Form einer Lithium- lonen-Zelle, mit einem Gehäusekörper (4) auf der Basis von Aluminium oder dessen Legierungen zur Aufnahme der Batteriezelle (10) , dadurch gekennzeichnet, dass auf den Gehäusekörper (4) außenseitig zumindest bereichsweise eine Folie (1) aus Metall oder Metallverbund mit einem Schmelzpunkt von wenigstens 1200°C und einer Dicke von 10 pm bis 150 pm aufgebracht wird, welche im Falle eines thermischen Durchgehens (thermal runaway) der Batteriezelle gasdicht ist. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Folie (1) aus Metall oder Metallverbund mit einer Dicke zwischen 10 pm und 125 pm, insbesondere zwischen 10 pm und 100 pm, vorzugsweise zwischen 10 pm und 75 pm, verwendet wird, welche insbesondere aus Stahl oder Edelstahl gefertigt ist. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (1) aus Metall oder Metallverbund auf einen flächigen Rohling des Gehäusekörpers (4) auflaminiert wird, wonach der mit der auf laminierten Folie (1) aus Metall oder Metallverbund versehene flächige Rohling des Gehäusekörpers (4) zu dem Gehäuse geformt wird. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Folie (1) aus Metall oder Metallverbund zu einem der Bodenfläche des Gehäusekörpers (4) entsprechenden Folienabschnitt (lb) und zu einem der Mantelfläche des Gehäusekörpers (4) entsprechenden Folienabschnitt
(la) vorgeformt wird,
- wonach der der Bodenfläche des Gehäusekörpers (4) entsprechende Folienabschnitt (lb) und/oder der der Mantelfläche des Gehäusekörpers (4) entsprechende Folienabschnitt (la) in ein Fließpresswerkzeug eingelegt wird bzw. werden,
- wonach ein Rohling des Gehäusekörpers (4) mittels eines Stempels in das mit dem der Bodenfläche des Gehäusekörpers (4) entsprechenden Folienabschnitt
(lb) und/oder mit dem der Mantelfläche des Gehäuse-
28 körpers (4) entsprechenden Folienabschnitt (la) bestückte Fließpresswerkzeug eingeformt wird, wobei die einander zugewandten Randabschnitte des der Bodenfläche des Gehäusekörpers (4) entsprechenden Folienabschnittes (lb) und des der Mantelfläche des Gehäusekörpers (4) entsprechenden Folienabschnittes (la) vor dem Einlegen derselben in das Fließpresswerkzeug oder nach dem Fließpressen des Gehäusekörpers (4) gasdicht miteinander verschweißt werden. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (1) aus Metall oder Metallverbund zumindest gemäß der Boden- und der Mantelfläche des Gehäusekörpers (4) gefaltet wird, wonach die einander zugewandten Randabschnitte der gefalteten Folie (1) aus Metall oder Metallverbund gasdicht miteinander verschweißt werden. Verfahren nach einem der Ansprüche 13 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass der Gehäusekörper (4) als formstabiler Gehäusekörper (4) auf der Basis von Aluminium oder Aluminiumschaum erzeugt und mit einem Deckel verschlossen wird, welcher insbesondere mit einem zum Abführen von im Falle eines thermischen Durchgehens (thermal runaway) der Batteriezelle (10) erzeugten Gasen ausgebildeten Sicherheitsventil (11) versehen wird.
29
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