DE102009035484A1

DE102009035484A1 - Galvanische Flachzelle für eine Batterie

Info

Publication number: DE102009035484A1
Application number: DE102009035484A
Authority: DE
Inventors: Johann Dipl.-Chem. Dr. Mehlstäubl; Horst Wanek
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2009-07-31
Filing date: 2009-07-31
Publication date: 2011-02-03

Abstract

Die Erfindung betrifft eine galvanische Flachzelle (1) für eine Batterie, wobei die Flachzelle aus einem Elektrodenstapel (2) gebildet ist und Elektroden gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol (4.1 und 4.2) verbunden sind. Erfindungsgemäß ist der Elektrodenstapel (2) allseitig und gasdicht von einer Folie (3) umgeben.

Description

Die Erfindung betrifft eine galvanische Flachzelle für eine Batterie gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
Nach dem Stand der Technik sind Hochvolt-Batterien, z. B. Lithium-Ionen-Batterien, für Fahrzeuganwendungen bekannt, die insbesondere aus mehreren elektrisch in Reihe und/oder parallel verschalteten Einzelzellen aufgebaut sind.
Insbesondere in Elektrofahrzeugen, Hybridfahrzeugen und Mildhybridfahrzeugen werden aus galvanischen Flachzellen (auch Einzelzellen genannt) gebildete Batterien eingesetzt.
Aus der DE 42 40 339 C1 sind Flachzellen bekannt, in denen Elektrodenfolien in Form von mit elektrochemisch wirksamen Materialien beschichteten Alu- und Kupferfolien ausgebildet sind. Die Elektrodenfolien sind zu einem Elektrodenstapel zusammengefasst, wobei die einzelnen Elektrodenfolien durch einen Separator, vorzugsweise eine Folie, voneinander elektrisch und auch räumlich getrennt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine gegenüber dem Stand der Technik verbesserte galvanische Flachzelle für eine Batterie anzugeben.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine galvanische Flachzelle für eine Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 1.
Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
Bei der erfindungsgemäßen galvanischen Flachzelle für eine Batterie, wobei die Flachzelle aus einem Elektrodenstapel (2) gebildet ist und Elektroden gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol (4.1 und 4.2) verbunden sind, ist der Elektrodenstapel allseitig und gasdicht von einer Folie umgeben.
Somit wird ein Kontakt des Elektrodenstapels mit dem Luftsauerstoff verringert oder verhindert. Dadurch wird eine Explosionsgefahr der galvanischen Flachzelle vermindert.
Die erfindungsgemäße galvanische Flachzelle ist insbesondere zu einer Verwendung in einer Batterie vorgesehen, wobei mehrere galvanische Flachzellen elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind, um in vorteilhafter Weise die Eigenschaften der Batterie an einen Verwendungszweck dieser anzupassen.
Ferner eignet sich die galvanische Flachzelle aufgrund ihrer Eigenschaften insbesondere zu einer Verwendung in einer Batterie eines Fahrzeugs, wobei wiederum mehrere galvanische Flachzellen elektrisch seriell und/oder parallel miteinander verschaltet sind. Bei dem Fahrzeug handelt es sich insbesondere um ein Hybridfahrzeug oder ein Elektrofahrzeug.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im Folgenden anhand von Zeichnungen näher erläutert.
Dabei zeigen:
1 eine galvanische Flachzelle, bei der der Elektrodenstapel gasdicht von einer Folie umgeben ist, und
2 einen in eine beutelartig ausgeformte Folie eingebrachten Elektrodenstapel vor dem Verschweißen der Stirnkante.
Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
In 1 ist eine galvanische Flachzelle 1, bei der der Elektrodenstapel 2 gasdicht von einer Folie 3 umgeben ist, dargestellt.
Der Elektrodenstapel 2 ist aus einzelnen Elektroden unterschiedlicher Polarität, vorzugsweise Elektrodenfolien, gebildet. Die einzelnen Elektroden unterschiedlicher Polarität sind abwechselnd übereinander gestapelt und jeweils durch einen Separator, insbesondere eine Separatorfolie, isolierend getrennt.
Dabei sind die Elektroden bzw. die Elektrodenfolien jeweils mit einem elektrochemisch aktiven Anodenmaterial bzw. Kathodenmaterial beschichtet. Da es sich bei der galvanischen Flachzelle 1 insbesondere um eine Lithium-Ionen-Flachzelle handelt, sind mögliche Anodenmaterialien beispielsweise Graphit, nanokristallines, amorphes Silizium oder Lithium-Titanat. Als Kathodenmaterialien sind u. a. Lithium-Cobalt-Oxid, Lithium-Nickel-Oxid oder Lithium-Eisen-Phosphat verwendbar. Die als Anode ausgebildeten Elektroden sind vorzugsweise aus Aluminiumfolie und die als Kathode ausgebildeten Elektroden vorzugsweise aus Kupferfolie gebildet.
Ein nach außerhalb des Elektrodenstapels 2 geführter Randbereich der jeweiligen Elektrode bzw. Elektrodenfolie bildet jeweils eine Stromableiterfahne wobei die Stromableiterfahnen einer Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol 4.1 bzw. 4.2 verbunden sind. Der Bereich der Stromableiterfahnen ist dabei nicht mit Anodenmaterial bzw. Kathodenmaterial beschichtet.
Gemäß einer nicht näher dargestellten Weiterführung der Erfindung werden die Stromableiterfahnen in einem gesonderten Verfahren zu den Polen 4.1 bzw. 4.2 verpresst und/oder verschweißt.
Zu einer externen elektrischen Verschaltung mehrerer Flachzellen 1 zu einer Batterie ist von den Polen 4.1 und. 4.2 jeweils eine Polableiterfahne 5 abgeführt.
Der Elektrodenstapel 2 ist von der Folie 3 gasdicht umgeben. Die Folie 3 ist aus einem Kunststoff gebildet. Dieser Kunststoff ist beispielsweise Teflon.
In einer möglichen Ausführungsform der Erfindung werden zwei gleich große Folien 3 deckungsgleich übereinander angeordnet und zwischen den beiden Folien 3 wird der Elektrodenstapel 2 flach liegend angeordnet. Die beiden Folien 3 weisen dabei eine solche Größe auf, dass sie randseitig derart über eine Grundfläche des Elektrodenstapels 2 hinausragen, dass eine Verschweißung aller Außenkanten der Folien 3 miteinander ermöglicht ist.
Die Größe der beiden Folien 3 ist derart ausgebildet, dass die zumindest zwei Polableiterfahnen 5 über die Folien 3 hinausragen. Somit ist eine elektrische Kontaktierung der galvanischen Flachzelle 1 ermöglicht. An den Stellen, an denen die Polableiterfahnen 5 über die Folien 3 hinausragen, erfolgt die Verschweißung der Folien 3 derart, dass die Polableiterfahnen 5 im Bereich der Schweißnaht gasdicht von dem während der Verschweißung geschmolzenen Material der Folie 3 umgeben sind.
In 2 ist der in die beutelartig ausgeformte Folie 3 eingebrachte Elektrodenstapel 2 vor dem Verschweißen der Stirnkante 7 dargestellt.
In einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Folie 3 schlauchartig, d. h. beide Stirnkanten 7 sind unverschlossen bzw. nicht verschweißt, ausgebildet. Dabei wird der Elektrodenstapel 2 flach liegend im Innenraum der Folie 3 angeordnet. Die schlauchartig ausgeformte Folie 3 weist dabei eine solche Größe auf, dass sie randseitig derart über eine Grundfläche des Elektrodenstapels 2 hinausragt, dass eine Verschweißung der Stirnkanten 7 der Folie 3 miteinander ermöglicht ist.
Die Größe der Folie 3 ist derart ausgebildet, dass die zumindest zwei Polableiterfahnen 5 über die Folie 3 hinausragen. Somit ist eine elektrische Kontaktierung der galvanischen Flachzelle 1 ermöglicht. An den Stellen, an denen die Polableiterfahnen 5 über die Folie 3 hinausragen, erfolgt die Verschweißung der Stirnkanten 7 der Folie 3 derart, dass die Polableiterfahnen 5 im Bereich der Schweißnaht gasdicht von dem während der Verschweißung geschmolzenen Material der Folie 3 umgeben sind.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist die Folie 3 bereits beutelartig, d. h. eine Stirnkante 7 ist unverschlossen bzw. nicht verschweißt, ausgebildet und der Elektrodenstapel 2 wird an der Stirnseite in einen Innenraum des Folienbeutels flach liegend eingebracht. Dazu weist die beutelartig ausgeformte Folie 3 eine solche Größe auf, dass sie randseitig derart über eine Grundfläche des Elektrodenstapels 2 hinausragt, dass eine Verschweißung der Stirnkanten 7 der Folie 3 miteinander ermöglicht ist.
Auch in dieser Ausführungsform ist die Größe der Folie 3 derart ausgebildet, dass die zumindest zwei Polableiterfahnen 5 über die Folie 3 hinausragen. Somit ist eine elektrische Kontaktierung der galvanischen Flachzelle 1 ermöglicht. An den Stellen, an denen die Polableiterfahnen 5 über die Folie 3 hinausragt, erfolgt die Verschweißung der Stirnkanten 7 der Folie 3 derart, dass die Polableiterfahnen 5 im Bereich der Schweißnaht gasdicht von dem während der Verschweißung geschmolzenen Material der Folie 3 umgeben sind.
In allen Ausführungsformen der Erfindung wird das Restvolumen innerhalb der Folie mit einem Inertgas 6 gefüllt. Das Restvolumen wird dabei durch den Zwischenraum zwischen Elektrodenstapel 2 und der Innenseite der Folie 3 gebildet.
Das Inertgas 6 ist beispielsweise Argon.
Durch die gasdichte Umhüllung des Elektrodenstapels 2 mittels der Folie 3 wird ein Kontakt der elektrochemisch aktiven Anodenmaterialien bzw. Kathodenmaterialien des Elektrodenstapels 2 mit einer äußeren Atmosphäre, insbesondere mit Luftsauerstoff, verhindert. Dadurch wird eine Explosionsgefahr der galvanische Flachzelle 1 vermindert.
Durch die zusätzliche Anordnung des Inertgases 6 innerhalb der Folie 3 ist der Elektrodenstapel 2 vollständig von einem sehr reaktionsträgen Gas umgeben, wodurch eine Explosions- und/oder Brandgefahr reduziert wird.
Zur Herstellung einer nicht näher dargestellten Batterie sind mehrere der Einzelzellen 1 seriell und/oder parallel elektrisch miteinander verschaltet.
Bezugszeichenliste

1: galvanische Flachzelle
2: Elektrodenstapel
3: Folie
4.1 und 4.2: Pol
5: Polableiterfahne
6: Inertgas
7: Stirnkante

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

- DE 4240339 C1 [0004]

Claims

Galvanische Flachzelle (1) für eine Batterie, wobei die Flachzelle aus einem Elektrodenstapel (2) gebildet ist und Elektroden gleicher Polarität elektrisch leitend miteinander zu einem Pol (4.1 und 4.2) verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrodenstapel (2) allseitig und gasdicht von einer Folie (3) umgeben ist.
Galvanische Flachzelle (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (3) aus einem Kunststoff gebildet ist.
Galvanische Flachzelle (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Kunststoff Teflon ist.
Galvanische Flachzelle (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass elektrische Anschlusselemente durch mit den Polen (4.1 und 4.2) verbundene Polableiterfahnen (5) gebildet sind
Galvanische Flachzelle (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Folie (3) zumindest zwei Polableiterfahnen (5) hindurchgeführt sind.
Galvanische Flachzelle (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Folie (3) mittels eines Schweißverfahrens verschlossen wird.
Galvanische Flachzelle (1) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Restvolumen innerhalb der Folie (3), wobei das Restvolumen durch den Zwischenraum zwischen Elektrodenstapel (2) und Folie (3) gebildet ist, mit einem Inertgas (6) ausgefüllt ist.
Galvanische Flachzelle (1) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Inertgas (6) Argon ist.