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Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle umfassend ein die Batteriezelle umgebendes Zellgehäuse und ein in das Zellgehäuse eingesetztes Sicherheitsventil, welches ausgebildet ist, bei einem Anstieg eines innerhalb des Zellgehäuses herrschenden Zellinnendrucks über einen ersten Schwellenwert hinaus zu öffnen und somit ein Ausströmen eines Mediums aus dem Zellgehäuse zu ermöglichen.
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Darüber hinaus betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Batteriezelle.
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Stand der Technik
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Eingangs genannte Batteriezellen werden in vielfältiger Weise als Energiespeicher eingesetzt. Insbesondere werden derartige Batteriezellen in Batteriesystemen eingesetzt, welche eine Mehrzahl solcher Batteriezellen aufweisen, die elektrisch miteinander zu einem oder mehreren Batteriemodulen verschaltet sind. Derartige Batteriesysteme werden insbesondere zur Bereitstellung der für den Betrieb von Hybrid-, Plug-In-Hybrid- oder Elektrofahrzeugen erforderlichen Energie eingesetzt. Besonders bevorzugt werden hierbei Lithium-Ionen-Zellen als Batteriezellen eingesetzt. Besonders häufig werden dabei prismatische Batteriezellen eingesetzt, welche ein festes metallisches Zellgehäuse aufweisen. Dieses metallische Zellgehäuse (auch als Hardcase bezeichnet) schützt dabei die Batteriezellen insbesondere vor dem Eindringen von Feuchtigkeit sowie der Diffusion von Elektrolytlösemittelmolekülen aus dem Zellinneren nach außen.
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Erwärmt sich eine solche Batteriezelle über eine bestimmte Temperatur hinaus, so kann es zu einer sogenannten Entgasung der Batteriezelle kommen. Störungen, wie ein Kurzschluss zwischen den Elektroden der Batteriezelle, ein Überladen der Batteriezelle bei einem Ladevorgang oder eine extrem hohe Umgebungstemperatur, können dabei zu einer solchen kritischen Erwärmung der Batteriezelle führen. In Folge einer solchen kritischen Erwärmung können dabei ungewollte chemische Reaktionen in der Batteriezelle einsetzen, die zu einem sogenannten thermischen Durchgehen (engl.: „thermal runaway“) führen können. Insbesondere kann sich ein für den Ionentransport zwischen den Elektroden einer Batteriezelle erforderlicher Elektrolyt in Folge der kritischen Erwärmung zersetzen und in einen gasförmigen Zustand übergehen. Durch diese Gasbildung entsteht in kurzer Zeit ein hoher Druck innerhalb der Batteriezelle. Ein in das Zellgehäuse eingesetztes Sicherheitsventil verhindert dabei ein Platzen der Batteriezelle, da das Sicherheitsventil bei einem Überschreiten eines bestimmten Zellinnendrucks definiert öffnet, sodass über das geöffnete Sicherheitsventil ein innerhalb der Batteriezelle gebildetes Gas sowie gegebenenfalls weitere gebildete Zersetzungsprodukte als Fluid aus dem Zellgehäuse entweichen können. Eine Lithium-Ionen-Zelle mit einem solchen Sicherheitsventil ist beispielsweise aus der Druckschrift
DE 103 28 862 B4 bekannt, wobei das Sicherheitsventil als metallische Berstmembran ausgebildet ist. Eine solche Berstmembran kann beispielsweise derart ausgebildet sein, dass diese bei einem Anstieg eines innerhalb des Zellgehäuses herrschenden Zellinnendrucks von etwa 6 bar birst.
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Nachteilig bei bislang bekannten Batteriezellen mit einem solchen Sicherheitsventil ist, dass dieses auch ungewollt öffnen kann. So sind insbesondere für die Nutzung in Elektrofahrzeugen vorgesehene Batteriezellen für eine Lebensdauer von wenigstens zehn bis fünfzehn Jahren ausgelegt. Dabei kann es insbesondere bei höheren, aber im Hinblick auf ein thermisches Durchgehen der Batteriezelle als unkritisch zu bewertenden Temperaturen durch chemische Reaktionen im Inneren des Zellgehäuses, insbesondere durch chemische Reaktionen zwischen den Elektroden der Batteriezelle und dem Elektrolyten, ebenfalls zu einer Gasbildung kommen. Hierbei entstehen in der Regel jedoch jeweils nur geringe Gasmengen, die nicht zu einem Platzen der Batteriezelle führen würden. Da allerdings diese geringen Gasmengen durch das gasdicht ausgebildete Zellgehäuse nicht aus dem Zellgehäuse entweichen können, steigt der Zellinnendruck mit der Zeit aufgrund dieser kontinuierlich zunehmenden Gasmenge ebenfalls an und erreicht nach einer gewissen Zeit ebenfalls einen solch hohen Wert, beispielsweise einen Wert von 6 bar, dass das Sicherheitsventil öffnet. Durch das Öffnen des Sicherheitsventils wird die Batteriezelle dabei derart geschädigt, dass eine weitere Verwendung der Batteriezelle nicht möglich ist.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Batteriezelle bereitzustellen, welche insbesondere ein ungewolltes Öffnen des Sicherheitsventils durch eine sich über einen längeren Zeitraum in dem Zellgehäuse bildende Gasmenge verhindert.
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Offenbarung der Erfindung
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Zur Lösung der Aufgabe wird eine Batteriezelle umfassend ein die Batteriezelle umgebendes Zellgehäuse und ein in das Zellgehäuse eingesetztes Sicherheitsventil, welches ausgebildet ist, bei einem Anstieg eines innerhalb des Zellgehäuses herrschenden Zellinnendrucks über einen ersten Schwellenwert hinaus zu öffnen, insbesondere definiert zu öffnen, und somit ein Ausströmen eines Mediums aus dem Zellgehäuse zu ermöglichen, vorgeschlagen, wobei die Batteriezelle ferner ein in das Zellgehäuse eingesetztes Druckausgleichsventil aufweist, welches ausgebildet ist, bei einem Anstieg eines innerhalb des Zellgehäuses herrschenden Zellinnendrucks über einen zweiten Schwellenwert hinaus zu öffnen und bei einem Absinken eines innerhalb des Zellgehäuses herrschenden Zellinnendrucks unter den zweiten Schwellenwert zu schließen, wobei der zweite Schwellenwert kleiner ist als der erste Schwellenwert. Vorzugsweise ist die Batteriezelle eine Lithium-Ionen-Zelle. Des Weiteren ist insbesondere vorgesehen, dass das Sicherheitsventil ein nichtreversibles Ventil ist, das heißt das Sicherheitsventil schließt sich nach dem Öffnen nicht wieder selbständig, selbst wenn der Zellinnendruck wieder unter den ersten Schwellenwert absinkt. Vorzugsweise ist das Sicherheitsventil eine metallische Berstscheibe. Eine solche ist vorteilhafterweise kostengünstig. Darüber hinaus gibt eine Berstscheibe vorteilhafterweise eine große Auslassöffnung frei. Dies ist vorteilhaft, damit die bei einem kritischen Temperaturanstieg innerhalb kurzer Zeit gebildete Gasmenge schnell aus dem Zellgehäuse entweichen kann und somit ein Platzen des Zellgehäuses verhindert wird.
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Das Druckausgleichsventil ist dagegen vorteilhafterweise ein reversibel öffnendes und schließendes Ventil. Bilden sich in dem Zellgehäuse der Batteriezelle unterhalb von kritischen Batteriezelltemperaturen mit der Zeit geringere Gasmengen, wie zuvor erläutert, die zu einem nichtkritischen Anstieg des Zellgehäuseinnendrucks führen, so ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass dieser Druckanstieg über das Druckausgleichsventil ausgeglichen wird, wenn der Zellinnendruck einen zweiten Schwellenwert übersteigt. Das Druckausgleichsventil öffnet dabei vorteilhafterweise bei einem niedrigeren Zellinnendruck als das Sicherheitsventil.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass die Differenz zwischen dem ersten Schwellenwert und dem zweiten Schwellenwert einen Wert zwischen 0,9 bar und 1,6 bar aufweist, vorzugsweise einen Wert zwischen 1 bar und 1,5 bar. Hierdurch wird vorteilhafterweise sichergestellt, dass bei einer alterungsbedingten Gasentwicklung innerhalb des Zellgehäuses der Batteriezelle frühzeitig über das Druckausgleichsventil ein Entweichen dieses Gases aus der Batteriezelle ermöglicht ist, insbesondere ohne dass das Sicherheitsventil hierbei zerstört wird. Erst bei einem starken Druckanstieg, wie er in Folge eines thermischen Durchgehens entsteht, wird das Sicherheitsventil der Batteriezelle öffnen, damit ein Platzen der Batteriezelle verhindert wird.
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Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der zweite Schwellenwert einen Wert zwischen 3,0 bar und 3,8 bar aufweist, vorzugsweise einen Wert von 3,5 bar aufweist. Der erste Schwellenwert weist dabei vorzugsweise einem Wert von 5,0 bar auf. Durch diese Ausgestaltung wird vorteilhafterweise realisiert, dass ein alterungsbedingter Anstieg des Zellgehäuseinnendrucks, welcher zu einem langsamen Anstieg des Drucks im Inneren des Zellgehäuses führt, deutlich vor dem ersten Schwellenwert, bei dem das Sicherheitsventil öffnet, über das Druckausgleichsventil abgebaut werden kann. Sinkt durch das Entweichen des Gases aus dem Zellgehäuse über das Druckausgleichsventil der Druck im Inneren des Zellgehäuses, sodass der zweite Schwellenwert, welcher vorzugsweise etwa 3,5 bar beträgt, wieder unterschritten wird, schließt das Druckausgleichsventil vorteilhafterweise wieder. Ein Einbringen von Feuchtigkeit in das Gehäuse wird somit vorteilhafterweise verhindert. Das Druckausgleichsventil öffnet erst dann wieder, wenn der Zellgehäuseinnendruck wieder über den zweiten Schwellenwert steigt.
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Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung weist das Druckausgleichsventil eine Hysterese auf, sodass das Druckausgleichsventil bei einem geringfügig niedrigerem Schwellenwert schließt als öffnet. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Druckausgleichsventil bei einem Überschreiten eines Zellgehäuseinnendrucks von 3,5 bar öffnet und erst bei einem Unterschreiten eines Zellgehäuseinnendrucks von 3,3 bar wieder schließt. Hierdurch wird in Grenzfällen verhindert, dass das Druckausgleichsventil ständig öffnet und schließt, um einen Druckausgleich zu ermöglichen.
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Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Druckausgleichsventil ein Rückschlagventil ist. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Druckausgleichsventil ein federbelastetes Rückschlagventil ist, insbesondere ein Kugelrückschlagventil oder ein Tellerrückschlagventil.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Batteriezelle einen flüssigen Elektrolyten aufweist, welcher im Rahmen der Herstellung der Batteriezelle über eine Einfüllöffnung des Zellgehäuses in das Zellgehäuse eingebracht wurde, wobei die Einfüllöffnung mit dem Druckausgleichsventil verschlossen ist. Diese vorteilhafte Ausgestaltung bringt mehrere Vorteile mit sich. Insbesondere muss keine weitere Öffnung, in welche das Druckausgleichsventil eingesetzt werden kann in dem Zellgehäuse vorgesehen werden, sodass ein entsprechender Arbeitsschritt vorteilhafterweise entfällt. Darüber hinaus kann das Druckausgleichsventil vorteilhafterweise direkt nach dem Befüllen des Zellgehäuses mit dem flüssigen Elektrolyten in die Einfüllöffnung eingesetzt werden, vorteilhafterweise sogar vor dem ersten Laden, der sogenannten Formation. Dies ist vorteilhaft, denn normalerweise wird die Einfüllöffnung erst einige Zeit nach dem Befüllen und nach dem ersten Laden (der Formation) des Zellgehäuses mit dem flüssigen Elektrolyten mit einem Dichtelement verschlossen. Der Grund hierfür ist, dass nach dem Befüllen des Zellengehäuses mit dem Elektrolyten aufgrund chemischer Reaktionen des Elektrolyten mit der Graphitoberfläche während des ersten Ladens größere Gasmengen freisetzt werden, wie insbesondere Kohlenstoffdioxid (CO2), Kohlenstoffmonoxid (CO), Methan (CH4) und/oder Wasserstoff (H2). Aufgrund dieser Gasentwicklung wird die Einfüllöffnung bei im Stand der Technik bekannten Batteriezellen zunächst nicht verschlossen, sondern erst abgewartet, bis sich das gebildete Gas aus dem Zell-Inneren verflüchtigt hat. Dies muss unter kostenintensiven Bedingungen in einem Trockenraum erfolgen, da der Elektrolyt höchst reaktiv auf Feuchtigkeit reagiert; Feuchtigkeit reagiert mit dem Leitsalz LiPF6 und es entsteht Fluorwasserstoff (HF). Durch die vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezellen werden diese Probleme vermieden, da das Druckausgleichsventil ein Entweichen des beim Befüllen beziehungsweise unmittelbar nach dem Befüllen des Zellgehäuses gebildeten Gases aus dem Zellgehäuse ermöglicht. Eine vorübergehende Lagerung der Batteriezellen in einem Trockenraum, um während der Formation gebildetes Gas aus dem Zellgehäuse entweichen zu lassen, ist hierdurch vorteilhafterweise entbehrlich. Dies führt vorteilhafterweise auch zu Kostensenkungen im Herstellprozess.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass das Sicherheitsventil beim Öffnen eine größere Auslassöffnung freigibt als das Druckausgleichsventil. Dies ist vorteilhaft, da bei einem thermischen Durchgehen der Batteriezelle innerhalb des Zellgehäuses der Batteriezelle in kürzester Zeit sehr große Gasmengen gebildet werden, die schnell aus dem Zellgehäuse entweichen können müssen, um ein Platzen der Batteriezelle zu verhindern. Da das Druckausgleichsventil primär die Funktion hat mit zunehmenden Alter der Batteriezelle im Zellgehäuse angesammelte Gasmengen aus dem Zellgehäuse abzuführen, kann die Öffnung, in welche das Druckausgleichsventil eingesetzt ist, vorteilhafterweise kleiner ausgebildet sein.
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Insbesondere ist vorgesehen, dass das Druckausgleichsventil im geschlossenen Zustand das Zellgehäuse hermetisch abdichtet. Insbesondere dichtet das Druckausgleichsventil die Öffnung des Zellgehäuses, in welche das Druckausgleichsventil eingesetzt ist, hermetisch ab. Das heißt, dass das Druckausgleichsventil derart ausgebildet ist, dass es im geschlossenen Zustand verhindert, dass Feuchtigkeit in das Zellgehäuse über die Öffnung, in welches das Druckausgleichsventil eingesetzt ist, eingebracht wird. Öffnet das Druckausgleichsventil, so wird vorteilhafterweise durch das aus dem Zellgehäuse entweichende Gas verhindert, dass Feuchtigkeit in das Gehäuse eingebracht wird.
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Eine weitere besonders vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezelle sieht vor, dass das Druckausgleichventil zumindest an dessen dem Inneren des Zellgehäuses zugewandten Teil aus wenigstens einem Material ist, welches chemisch stabil hinsichtlich eines Kontaktes mit einem flüssigen Elektrolyten und korrosionsbeständig hinsichtlich eines Kontaktes mit Feuchtigkeit ist. Bevorzugte Materialien oder Materialbestandteile sind hierbei Aluminium, Stahl, Titan, Polymere wie insbesondere Polyether-ether-keton (PEEK), Polyimide, Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyethylen, Polypropylen, Polyvinylidenfluorid (PVDF) und/oder Polyester.
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Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Batteriezelle sieht vor, dass das Zellgehäuse einen Zellgehäusedeckel umfasst, wobei das Sicherheitsventil und/oder das Druckausgleichsventil in dem Zellgehäusedeckel angeordnet sind. Insbesondere ist hierbei vorgesehen, dass das Zellgehäuse ein prismatisches Zellgehäuse ist, vorzugsweise ein festes Zellgehäuse (sogenanntes Hardcase).
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Des Weiteren wird zur Lösung der eingangs genannten Aufgabe ein Verfahren zur Herstellung einer erfindungsgemäßen Batteriezelle vorgeschlagen, wobei die von dem Zellgehäuse umgebende Batteriezelle über eine Einfüllöffnung des Zellgehäuses mit einem flüssigen Elektrolyten befüllt wird und direkt nach dem Befüllen mit dem Elektrolyten die Einfüllöffnung mit einem Druckausgleichsventil verschlossen wird, wobei das Druckausgleichsventil ausgebildet ist, bei einem Anstieg eines innerhalb des Zellgehäuses herrschenden Zellinnendrucks über einen zweiten Schwellenwert hinaus zu öffnen und beim Absinken eines innerhalb des Zellgehäuses herrschenden Zellinnendrucks unter den zweiten Schwellenwert zu schließen. Vorteilhafterweise ist zum Einsetzen des Druckausgleichsventils in das Zellgehäuse keine weitere Öffnung in dem Zellgehäuse beziehungsweise in dem Zellgehäusedeckel vorzusehen. Durch das direkte Verschließen der Einfüllöffnung mit dem Druckausgleichsventil, vorzugsweise durch Verschweißen oder Einpressen des Druckausgleichsventils in die Einfüllöffnung, ist vorteilhafterweise eine Aufbewahrung der Batteriezelle in einem Trockenraum zur Verhinderung des Eindringen von Feuchtigkeit in das Innere des Zellgehäuses über die Einfüllöffnung entbehrlich. Denn das Druckausgleichsventil verhindert das Eindringen von Feuchtigkeit in das Zellgehäuse und ermöglicht dabei das Entweichen von in dem Zellgehäuse gebildetem Gas.
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Insbesondere ist bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle, wie im Stand der Technik bislang üblich, vorgesehen, dass zunächst die Elektrodenanordnung der Batteriezelle in einem Zellgehäusebehälter angeordnet wird. Dann wird der Zellgehäusebehälter mit einem Zellgehäusedeckel verschlossen, vorzugsweise derart, dass lediglich mit den Elektroden der Batteriezelle elektrisch leitfähig kontaktierte Zellterminals aus dem Zellgehäusedeckel ragen. Der Zellgehäusedeckel weist dabei neben einem Sicherheitsventil, welches bereits zuvor eingesetzt wurde, eine Einfüllöffnung auf, über welche ein flüssiger Elektrolyt in den Zellgehäusebehälter gefüllt wird, um dann, wie bereits ausgeführt die Einfüllöffnung nach dem Befüllen mit dem Druckausgleichsventil zu verschließen.
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Weitere vorteilhafte Einzelheiten, Merkmale und Ausgestaltungsdetails der Erfindung werden im Zusammenhang mit den in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Dabei zeigt:
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1 in einer schematischen Darstellung eine Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße Batteriezelle;
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2 in einer schematischen Darstellung eine Draufsicht auf ein weiteres Ausführungsbeispiel für eine noch nicht fertiggestellte erfindungsgemäße Batteriezelle während der Herstellung; und
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3 in einer schematischen Darstellung eine perspektivische Ansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels für eine erfindungsgemäße Batteriezelle.
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Die in 1 dargestellte Batteriezelle 1 kann insbesondere eine nachladbare Lithium-Ionen-Zelle sein. Die Batteriezelle 1 ist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel als prismatische Hardcase-Zelle ausgebildet und von einem Zellgehäuse 2 umgeben. Das Zellgehäuse 2 ist vorzugsweise aus rostfreiem Stahl oder Aluminium. Aus dem Zellgehäuse 2 ragt ein erstes Zellterminal 6, welches elektrisch leitfähig mit der positiven Elektrode der Batteriezelle 1 verbunden ist, und ein zweites Zellterminal 7, welches elektrisch leitfähig mit der negativen Elektrode der Batteriezelle 1 verbunden ist.
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In eine Öffnung des Zellgehäuses 2 ist eine metallische Berstscheibe 3 als Sicherheitsventil eingesetzt. Die Berstscheibe 3 weist dabei eine Sollbruchstelle 8 auf, welche das Berstverhalten der Berstscheibe 3 vorteilhafterweise verbessert. Die Berstscheibe 3 ist dabei ausgebildet, bei einem Anstieg eines innerhalb des Zellgehäuses 2 herrschenden Zellinnendrucks über einen Schwellenwert von 5 bar hinaus zu öffnen und somit ein Ausströmen eines Mediums, insbesondere ein Ausströmen von innerhalb des Zellgehäuses 2 gebildetem Gas und/oder gebildeter weiterer Zersetzungsprodukte, aus dem Zellgehäuse 2 zu ermöglichen.
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In das Zellgehäuse 2 ist darüber hinaus in eine weitere Öffnung, welche kleiner ausgebildet ist, als die von der Berstscheibe 3 verschlossene Öffnung, ein Druckausgleichsventil 4 eingesetzt. Das Druckausgleichsventil 4 ist vorzugsweise als Rückschlagventil ausgebildet. Während die Berstscheibe 3 in dem in 1 dargestellten Ausführungsbeispiel als Sicherheitsventil irreversibel öffnet, das heißt nach einem Öffnen nicht wieder selbstständig schließt, öffnet und schließt das Druckausgleichsventil reversibel.
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Ist der in dem Zellgehäuse 2 herrschende Zellinnendruck kleiner als ein vorbestimmter Schwellenwert, vorzugsweise kleiner als ein Schwellenwert von 3,5 bar, so ist das Druckausgleichsventil 4 geschlossen und dichtet die Öffnung, in welche das Druckausgleichsventil 4 eingesetzt ist, dicht gegen die äußere Umgebung des Zellgehäuses 2 ab. Wenn der innerhalb des Zellgehäuses 2 herrschende Zellinnendruck den vorbestimmten Schwellenwert von vorzugsweise 3,5 bar überschreitet, öffnet das Druckausgleichsventil 4 und ermöglicht somit einen Druckausgleich, insbesondere dadurch, dass eine mit zunehmender Zellalterung innerhalb des Zellgehäuses 2 gebildete Gasmenge aus dem Zellgehäuse 2 über das Druckausgleichsventil 4 entweichen kann. Sinkt der innerhalb des Zellgehäuses 2 herrschende Zellinnendruck wieder unter den vorbestimmten Schwellenwert von vorzugsweise 3,5 bar, schließt das Druckausgleichsventil 4 selbständig wieder. Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung weist das Druckausgleichsventil 4 eine Hysterese auf, sodass das Druckausgleichsventil 4 bei einem geringfügig niedrigerem Schwellenwert schließt als öffnet. Insbesondere ist vorgesehen, dass das Druckausgleichsventil 4 bei einem Zellgehäuseinnendruck von vorzugsweise 3,1 bar schließt, wenn der vorbestimmte Schwellenwert, bei dem das Druckausgleichsventil 4 öffnet, 3,5 bar beträgt.
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Das Druckausgleichsventil ist dabei vorzugsweise aus Aluminium und ist insofern chemisch beständig gegen den im Inneren des Zellgehäuses 2 befindlichen flüssigen Elektrolyten der Batteriezelle 1. Darüber hinaus ist Aluminium vorteilhafterweise korrosionsbeständig gegen Feuchtigkeit.
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In 2 ist eine noch im Herstellungsprozess befindliche Batteriezelle 1 dargestellt. Bei der Batteriezelle 1 ist bereits die Elektrodenanordnung (in 2 nicht explizit dargestellt), insbesondere die sogenannte Jelly Roll (gewickeltes Ensemble aus den Elektroden und dem Separator, im deutschen auch als Wickel oder Zellwickel bezeichnet), mit entsprechender Kontaktierung für die Zellterminals 6 und 7 der Batteriezelle 1, in dem Zellgehäusebehälter des Zellgehäuses 2 angeordnet. Der Zellgehäusebehälter 2 ist dabei mit einem Zellgehäusedeckel des Zellgehäuses 2 verschlossen. Der Zellgehäusedeckel weist dabei ein in eine Öffnung eingesetztes Berstelement 3 mit einer Sollbruchstelle 8 als Sicherheitsventil auf. Ferner weist der Zellgehäusedeckel eine Einfüllöffnung 5 auf. Über diese Einfüllöffnung 5 wird ein flüssiger Elektrolyt in das Innere des Zellgehäuses 2 eingebracht, welcher insbesondere dem Ionentransport zwischen den Elektroden der Batteriezelle 1 dient.
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Ist der flüssige Elektrolyt in das Zellgehäuse 2 eingebracht, wird erfindungsgemäß unmittelbar nach dem Einfüllen ein Druckausgleichsventil 4, welches insbesondere als Kugelrückschlagventil ausgebildet sein kann, in die Einfüllöffnung 5 eingesetzt, insbesondere durch ein stoffschlüssiges oder kraftschlüssiges Verbindungsverfahren, vorzugsweise durch Verschweißen oder mittels eines Nano-Molding-Verfahrens. Vorteilhafterweise muss die erfindungsgemäß fertiggestellte Batteriezelle 1 nicht in einem Trockenraum gelagert werden, um ein Kontakt des in die Batteriezelle 1 eingefüllten Elektrolyten mit Feuchtigkeit zu verhindern.
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3 zeigt ebenfalls eine sekundäre Lithium-Ionen-Zelle 1 umfassend ein die Lithium-Ionen-Zelle 1 umgebendes Zellgehäuse 2 und ein in das Zellgehäuse 2 eingesetztes Sicherheitsventil 3. Das Sicherheitsventil 3 ist dabei als Berstmembran mit einer Sollbruchstelle 8 ausgestaltet. Bei einem Anstieg eines innerhalb des Zellgehäuses 2 herrschenden Zellinnendrucks über einen ersten Schwellenwert hinaus, beispielsweise bei einem Anstieg des Zellinnendrucks über einen ersten Schwellenwert von 6 bar hinaus, öffnet das Sicherheitsventil 3 und ermöglicht somit ein Ausströmen eines Mediums aus dem Zellgehäuse 2, insbesondere ein Ausströmen eines infolge eines thermischen Durchgehens der Lithium-Ionen-Zelle 11 gebildeten Gases und/oder gebildeter weiterer Zersetzungsprodukte.
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Darüber hinaus weist die Lithium-Ionen-Zelle 1 ein in das Zellgehäuse 2 eingesetztes Druckausgleichsventil 4 auf, welches als federbelastetes Tellerrückschlagventil ausgebildet ist. Das Druckausgleichsventil 4 ist dabei derart ausgebildet, dass es bei einem Anstieg eines innerhalb des Zellgehäuses 2 herrschenden Zelleninnendrucks über einen zweiten Schwellenwert hinaus, beispielsweise bei einem Anstieg des Zellinnendrucks über einen zweiten Schwellenwert von 4 bar hinaus, öffnet. Bei einem Absinken eines innerhalb des Zellgehäuses 2 herrschenden Zellinnendrucks unter den zweiten Schwellenwert schließt das Druckausgleichsventil 4 selbständig wieder aufgrund der Rückstellkraft der mechanischen Feder des Ventils. Die Differenz zwischen dem ersten Schwellenwert, bei dem das Sicherheitsventil 3 öffnet und dem zweiten Schwellenwert, bei dem das Druckausgleichsventil 4 öffnet, weist in dem in 3 dargestellten Ausführungsbeispiel somit einen Wert von 2 bar auf.
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Das Druckausgleichsventil 4 ist aus einem hinsichtlich eines Kontaktes mit einem im Inneren des Zellgehäuses 2 der Batteriezelle 1 angeordneten flüssigen Elektrolyten chemisch stabil und darüber hinaus korrosionsbeständig hinsichtlich eines Kontaktes mit Feuchtigkeit. Vorzugsweise weist das Druckausgleichsventil 4 eine Teflonbeschichtung auf.
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Die in den Figuren dargestellten und im Zusammenhang mit diesen erläuterten Ausführungsbeispiele dienen der Erläuterung der Erfindung und sind für diese nicht beschränkend.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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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.
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Zitierte Patentliteratur
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