DE102014215948A1 - Wound electrochemical energy storage cell with gluing - Google Patents

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Hideki Ogihara
Thomas Wöhrle
Tobias Zeilinger
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Abstract

Elektrochemische Energiespeicherzelle (EZ), insbesondere eine Lithium-Energiespeicherzelle, mit einem, spiralartig um einen Kernbereich (2) gewundenen Speicherband (1), wobei das Speicherband (1) eine Anode (1b), eine Kathode (1d) und wenigstens einen Separator (1a, 1.d) aufweist, und der Separator (1a) zur Trennung der Anode (1b) und der Kathode (1d) eingerichtet und jeweils zwischen diesen angeordnet ist, das Speicherband (1) weist eine Breitenerstreckung (B) und eine Längserstreckung (L) auf, wobei es in Richtung der Längserstreckung (L) um den Kernbereich (2) gewunden ist, auf einer Innenseite (1a.i) einer radial äußersten Schicht (1.1), insbesondere der äußersten Schicht eines der Separatoren (1a), des Speicherbandes (1) ist eine erste Klebefläche (1a.1) angeordnet, eine zweite Klebefläche (1a.2) ist auf einer Außenseite (1a.a) der radial unter der äußersten Schicht liegenden Oberfläche, insbesondere auf demselben Separator (1a), angeordnet, die Klebeflächen (1a.1, 1a.2) sind zur stoffschlüssige Verbindung miteinander eingerichtet, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B) der ersten und zweiten Klebefläche (1a.1, 1a.2) im Wesentlichen der Breitenerstreckung (B.1) des Speicherbandes (1) entsprechen.Electrochemical energy storage cell (EZ), in particular a lithium energy storage cell, having a storage belt (1) spirally wound around a core region (2), the storage belt (1) comprising an anode (1b), a cathode (1d) and at least one separator (1) 1a, 1.d), and the separator (1a) is arranged to separate the anode (1b) and the cathode (1d) and is arranged in each case between them, the storage belt (1) has a width extension (B) and a longitudinal extent (FIG. L), wherein it is wound around the core region (2) in the direction of the longitudinal extent (L), on an inside (1a.i) of a radially outermost layer (1.1), in particular the outermost layer of one of the separators (1a), Storage Tape (1) is a first adhesive surface (1a.1) arranged, a second adhesive surface (1a.2) is on an outer side (1a.a) of the radially below the outermost layer surface, in particular on the same separator (1a) arranged , the adhesive surfaces (1a.1, 1a .2) are set up for cohesive connection with one another, characterized in that the width (B) of the first and second adhesive surfaces (1a.1, 1a.2) substantially correspond to the widthwise extent (B.1) of the storage belt (1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrochemische Energiespeicherzelle gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 sowie ein Verfahren zu deren Herstellung.The present invention relates to an electrochemical energy storage cell according to the preamble of patent claim 1 and to a method for the production thereof.

Eine derartige Energiespeicherzelle und ein derartiges Verfahren sind aus der EP 283 813 B1 bekannt.Such an energy storage cell and such a method are known from EP 283 813 B1 known.

An Energiespeicher, insbesondere für mobile Anwendungen werden hohe Anforderungen insbesondere hinsichtlich der Leistungsdichte sowie der Lebensdauer und der Zuverlässigkeit gestellt. Zum Erreichen der hohen Leistungsdichten werden bei Akkumulatoren spezielle Inhaltsstoffe verwendet. Eine weitere Verbesserung kann durch die Verbesserung der passiven Struktur (Zell-Design), also derjenigen Abschnitte einer Energiespeicherzelle, welche nicht an der Speicherung der Energie unmittelbar beteiligt ist, erreicht werden.At energy storage, especially for mobile applications high demands are made in particular with regard to the power density and the life and reliability. To achieve the high power densities special ingredients are used in accumulators. A further improvement can be achieved by improving the passive structure (cell design), that is, those portions of an energy storage cell which is not directly involved in the storage of energy.

Nachfolgend wird die Erfindung in Zusammenhang mit einer mobilen Anwendung, insbesondere der Anwendung in einem Kraftfahrzeug, beschrieben, dies ist nicht als Einschränkung der Erfindung auf diese Anwendung zu verstehen.In the following the invention will be described in connection with a mobile application, in particular the application in a motor vehicle, this is not to be understood as limiting the invention to this application.

Speicherzellen, also die Schichtung aus Anode (negative Elektrode), Kathode (positive) und Separatoren wird üblicherweise mit einem isolierenden Band umgeben und danach in eine Gehäuseeinrichtung oder Ummantelung eingesetzt. Die Speicherzellen werden in verschiedenen Formen „geschichtet”, ein Herstellungsverfahren sieht vor einen Stapel aus blattartigen Elektroden und Separatoren zu bilden, diese Zellen werden als Stapelzellen beziehungsweise Stack bezeichnet. Ein weiteres Herstellungsverfahren sieht eine bestimmte Faltung vor, beispielsweise Z-Faltung, und ein weiteres Herstellungsverfahren steht das Rollen zu einem sogenannten Wickel (insbesondere engl., Jelly Roll, Abk. J/R) vor. Dabei ist die Jelly Roll von einem Band, insbesondere Klebeband außen umgeben, dieses führt zu einer sicheren Fixierung der Schichten der Speicherzelle und weist eine zusätzliche Schutzfunktion, insbesondere mechanisch und elektrisch, über eine Ummantelung oder Gehäuseeinrichtung hinaus, auf.Memory cells, ie the layering of anode (negative electrode), cathode (positive) and separators is usually surrounded by an insulating tape and then inserted into a housing device or casing. The memory cells are "stacked" in various forms, a manufacturing method provides to form a stack of sheet-like electrodes and separators, these cells are referred to as stack cells or stack. Another production method provides for a certain folding, for example Z-folding, and another production method is rolling into a so-called roll (especially English, Jelly Roll, abbr. J / R). In this case, the jelly roll is surrounded by a band, in particular adhesive tape on the outside, this leads to a secure fixation of the layers of the memory cell and has an additional protective function, in particular mechanically and electrically, beyond a sheath or housing device, on.

In der EP 283 813 B1 ist eine Energiespeicherzelle offenbart, in welcher die Schichten der Speicherzelle durch eine Verklebung des Endes, der spiralförmig gewickelten Elektroden, auf der vorhergehenden Wicklung fixiert sind.In the EP 283 813 B1 an energy storage cell is disclosed in which the layers of the memory cell are fixed by gluing the end, the spirally wound electrodes, on the preceding winding.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, eine elektrochemische Energiespeicherzelle mit einer verbesserten Betriebssicherheit zur Verfügung zu stellen und ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Speicherzelle anzugeben.An object of the invention is to provide an electrochemical energy storage cell with improved reliability and to provide a method for producing such a memory cell.

Diese Aufgabe wird durch einen Gegenstand gemäß dem Anspruch 1 und ein Verfahren gemäß dem Anspruch 5 gelöst, zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved by an article according to claim 1 and a method according to claim 5, preferred developments of the invention are subject of the dependent claims.

Im Sinne der Erfindung ist unter einer elektrochemischen Energiespeicherzelle eine Einrichtung zum Speichern und freisetzten von elektrischer Energie zu verstehen, wobei das Speichern in chemisch gebundener Form vorgesehen ist. Zur Erreichung hoher Speicherdichten haben sich insbesondere Lithium-Ionen Speicherzellen als vorteilhaft erwiesen. Die erfindungsgemäße Speicherzelle weist als einen Bestandteil vorzugsweise Lithium-Ionen auf.For the purposes of the invention, an electrochemical energy storage cell means a device for storing and releasing electrical energy, the storage being provided in chemically bound form. In particular, lithium-ion storage cells have proved to be advantageous for achieving high storage densities. The memory cell according to the invention preferably has lithium ions as one constituent.

Im Sinne der Erfindung ist unter einem Speicherband ein insbesondere flachgestrecktes Band zu verstehen, wobei dieses Band übereinandergeschichtet wenigstens eine Anode und eine Kathode aufweist, wobei diese durch einen Separator voneinander getrennt sind. Vorzugsweise weist das Speicherband einen weiteren Separator auf. Das Speicherband weist eine Breitenerstreckung, eine Längserstreckung und eine Dickenerstreckung auf. Die Breitenerstreckung und die Längserstreckung sind insbesondere sehr groß gegenüber der Dickenerstreckung, so dass das Speicherband eine folienartige Gestalt aufweist. Die Breitenerstreckung ist insbesondere kleiner als die Längserstreckung. Das Speicherband ist insbesondere um einen Kernereich herum gewunden oder gewickelt. Insbesondere durch diese Windungen ist das Speicherband ähnlich einem Seil auf einer Seiltrommel um diesen Kernbereich entlang seiner Längserstreckung gewickelt und es ergibt sich dadurch ein besonders platzsparender Aufbau der Energiespeicherzelle. Insbesondere durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung ist es ermöglicht, dass das herkömmlicherweise die Speicherzellen umgebende Klebeband entfallen kann und damit ein besonders platzsparender Aufbau ermöglicht ist.For the purposes of the invention, a storage belt is to be understood as meaning in particular a flat-stretched belt, this belt having stacked one another at least one anode and one cathode, these being separated from one another by a separator. Preferably, the storage tape has a further separator. The storage tape has a width extension, a longitudinal extent and a thickness extension. The width extension and the longitudinal extension are in particular very large compared to the thickness extension, so that the storage tape has a film-like shape. The width extension is in particular smaller than the longitudinal extent. In particular, the storage tape is wound or wound around a core area. In particular, these windings, the storage tape is similar to a rope on a cable drum wound around this core area along its longitudinal extent and this results in a particularly space-saving design of the energy storage cell. In particular, by the inventive design, it is possible that the conventionally surrounding the memory cells adhesive tape can be omitted and thus a particularly space-saving design is possible.

Im Sinne der Erfindung ist unter einem Separator eine Einrichtung zum Trennen einer Anode, welche insbesondere zur Aufnahme von Elektronen vorgesehen ist und einer Kathode welche insbesondere zur Abgabe von Elektronen vorgesehen ist, eingerichtet. Vorzugsweise weist der Separator als einen Bestandteil Polyolefin auf oder besteht bevorzugt aus diesem.According to the invention, a device for separating an anode, which is provided in particular for receiving electrons and a cathode which is provided in particular for discharging electrons, is arranged under a separator. Preferably, the separator comprises or consists of polyolefin as one component.

Das Speicherband ist insbesondere so gewickelt, dass eine Innenfläche des Speicherbandes auf einer Außenfläche des Speicherbandes zum Liegen kommt. Vorzugsweise weist das Speicherband an dem zu Verklebenden Ende nur eine Schicht auf, vorzugsweise nur einen Separator und bevorzugt bildet dieser Separator die äußerste Schicht der Energiespeicherzelle. Insbesondere auf dieser Innenseite des Speicherbandes ist eine erste Klebefläche und auf der Außenseite des Speicherbandes ist eine zweite Klebefläche angeordnet.The storage tape is in particular wound so that an inner surface of the storage tape comes to rest on an outer surface of the storage tape. Preferably, the storage tape has only one layer at the end to be bonded, preferably only one separator and preferably this separator forms the outermost layer of the energy storage cell. In particular, on this inside of the storage tape is a first adhesive surface and on the outside of the storage tape, a second adhesive surface is arranged.

Dabei ist die erste Klebefläche auf der äußersten Schicht des Speicherbandes angeordnet und die zweite Klebefläche auf der unter dieser äußersten Schicht liegenden Schicht angeordnet. Insbesondere sind die beiden Klebeflächen auf dem gleichen Separator und auf unterschiedlichen Seiten dieses Separators angeordnet. Unter einer Klebefläche ist insbesondere ein mit Klebstoff benetzter Bereich oder ein Bereich, welcher dazu vorgesehen ist mit Klebstoff benetzt zu werden zu verstehen. Vorzugsweise ist die erste Klebefläche der Abschnitt des Separators welcher mit Klebstoff benetzbar ist und die zweite Klebefläche ist der Bereich des gleichen Separators mit welchem die erste Klebefläche verklebbar ist. Die beiden Klebeflächen sind somit insbesondere zur stoffschlüssigen Verbindung miteinander eingerichtet.In this case, the first adhesive surface is arranged on the outermost layer of the storage belt and the second adhesive surface is arranged on the layer located below this outermost layer. In particular, the two adhesive surfaces are arranged on the same separator and on different sides of this separator. Under an adhesive surface is in particular a wetted with adhesive area or an area which is intended to be wetted with adhesive to understand. Preferably, the first adhesive surface is the portion of the separator which is wettable with adhesive and the second adhesive surface is the region of the same separator with which the first adhesive surface is glued. The two adhesive surfaces are thus set up in particular for cohesive connection with each other.

Die Breite der ersten und zweiten Klebefläche, diese erstreckt sich insbesondere in Richtung der Breitenerstreckung des Speicherbandes, entspricht wenigstens im Wesentlichen der Breite des Speicherbandes, vorzugsweise entspricht sie der Breite des Speicherbandes. Insbesondere dadurch, dass sich die Breite der Klebeflächen, wenigstens im Wesentlichen, über die gesamte Breitenerstreckung des Speicherbandes ausdehnt, wird eine besonders sichere Verklebung des Speicherbandes auf sich selbst erreicht und damit ist eine verbesserte elektrochemische Energiespeicherzelle darstellbar.The width of the first and second adhesive surface, this extends in particular in the direction of the width extension of the storage tape, at least substantially equal to the width of the storage tape, preferably, it corresponds to the width of the storage tape. In particular, the fact that the width of the adhesive surfaces, at least substantially, expands over the entire width of the storage strip, a particularly secure bonding of the storage tape is achieved on itself and thus an improved electrochemical energy storage cell can be displayed.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die erste Klebefläche am radial äußeren Ende des Speicherbandes angeordnet. Vorzugsweise erstreckt sich die erste Klebefläche unmittelbar ausgehend von diesem Ende des Speicherbandes in Längsrichtung des Speicherbandes. Die Länge der Klebefläche in Richtung der Längserstreckung des Speicherbandes beträgt wenigstens 1% der Breitenerstreckung des Speicherbandes, vorzugsweise wenigstens 5%, bevorzugt wenigstens 10% und besonders bevorzugt wenigstens 15% und weiter beträgt die Länge der Klebefläche höchstens 100% der Breitenerstreckung des Speicherbandes, vorzugsweise höchstens 50%, bevorzugt höchstens 25% und besonders bevorzugt höchstens 20%. Insbesondere durch die Wahl der Länge der Klebefläche orientiert an der Breite des Speicherbandes ist ein besonders bevorzugtes Länge zu Breite Verhältnis der Klebeflächen, welches sich in Untersuchungen als günstig erwiesen hat, erreichbar und damit ist eine verbesserte Energiespeicherzelle darstellbar.In a preferred embodiment, the first adhesive surface is arranged at the radially outer end of the storage belt. Preferably, the first adhesive surface extends directly from this end of the storage tape in the longitudinal direction of the storage tape. The length of the adhesive surface in the direction of the longitudinal extension of the storage tape is at least 1% of the width of the storage tape, preferably at least 5%, preferably at least 10% and more preferably at least 15% and further, the length of the adhesive surface is at most 100% of the width of the storage tape, preferably at most 50%, preferably at most 25%, and most preferably at most 20%. In particular, by the choice of the length of the adhesive surface oriented on the width of the storage tape, a particularly preferred length to width ratio of the adhesive surfaces, which has been found in studies to be favorable, achievable, and thus an improved energy storage cell can be displayed.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Speicherband mit sich selbst mit Hilfe der Klebeflächen und mittels einer Klebstoffschicht stoffschlüssig verbunden. Vorzugsweise weist diese Klebstoffschicht eine homogene Zusammensetzung auf. Vorzugsweise ist die homogene Zusammensetzung in Abgrenzung zu einem Klebstoffband zu verstehen, welches einen Trägerfilm und wenigstens eine Klebstoffschicht aufweist und damit einen inhomogenen Aufbau. Vorzugsweise ist unter einer homogenen Klebstoffschicht eine Schicht aus einem Klebstoff, der flüssig oder viskos auf das Speicherband auftragbar ist und danach aushärtet, zu verstehen. Insbesondere eine homogene Klebstoffschicht ermöglicht ein besonders sicheres Fixieren des Speicherbandes auf sich selbst.In a preferred embodiment, the storage tape is bonded to itself with the help of the adhesive surfaces and by means of an adhesive layer. Preferably, this adhesive layer has a homogeneous composition. Preferably, the homogeneous composition is to be understood in contrast to an adhesive tape, which has a carrier film and at least one adhesive layer and thus an inhomogeneous structure. Preferably, a layer of an adhesive that can be applied to the storage belt in liquid or viscous manner and then cured is understood to mean a homogeneous adhesive layer. In particular, a homogeneous adhesive layer allows a particularly secure fixing of the storage tape to itself.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der Klebstoff so gewählt, dass dieser wenig oder gar nicht mit den Inhaltsstoffen der elektrochemischen Energiespeicherzelle wechselwirkt, insbesondere mit dem Separator. Vorzugsweise weist der Klebstoff einen oder mehrere Inhaltsstoffe aus einer bestimmten Gruppe von Inhaltsstoffen auf oder besteht aus diesen. Weiter vorzugsweise ist wenigstens ein Bestandteil dieser Gruppe von Inhaltsstoffen aus einer Gruppe ausgewählt, welche folgende Stoffe umfasst: Methylacetat, Butan, Propan, Isobutan, Cyclohexan, Ethylactat, Hexan, aliphatische Kohlenwasserstoffe, Kautschuk, vorzugsweise Naturkautschuk, Akrylate und Polysiloxan.In a preferred embodiment, the adhesive is chosen so that it interacts little or not at all with the ingredients of the electrochemical energy storage cell, in particular with the separator. Preferably, the adhesive comprises or consists of one or more ingredients from a particular group of ingredients. More preferably, at least one member of this group of ingredients is selected from the group consisting of methyl acetate, butane, propane, isobutane, cyclohexane, ethyl actate, hexane, aliphatic hydrocarbons, rubber, preferably natural rubber, acrylates and polysiloxane.

Weiter vorzugsweise weist der Klebstoff mehrere der, von der zuvor genannten Gruppe umfassten, Inhaltsstoffe auf, bevorzugt alle der zuvor genannten Inhaltsstoffe. Untersuchungen haben gezeigt, dass insbesondere ein Klebstoff, der die zuvor genannten Inhaltsstoffe aufweist, eine besonders hohe Haftfähigkeit im Zusammenhang mit elektrochemischen Energiespeicherzellen, insbesondere Separatoren welche als einen Bestandteil Polyolefine aufweisen oder aus diesen bestehen, aufweist und dadurch ist eine verbesserte elektrochemische Energiespeicherzelle darstellbar.More preferably, the adhesive comprises several of the ingredients included in the aforementioned group, preferably all of the aforementioned ingredients. Investigations have shown that in particular an adhesive which has the abovementioned ingredients has a particularly high adhesiveness in connection with electrochemical energy storage cells, in particular separators which comprise or consist of a constituent polyolefins, and as a result an improved electrochemical energy storage cell can be produced.

Eine erfindungsgemäße elektrochemische Energiespeicherzelle ist durch ein Herstellungsverfahren herstellbar, welches wenigstens die folgenden Schritte aufweist,

  • – Wickeln des Speicherbandes um einen Kernbereich,
  • – Auftragen des Klebstoffs auf wenigstens eine der beiden Klebeflächen,
  • – Andrücken der ersten auf die zweite Klebefläche.
An electrochemical energy storage cell according to the invention can be produced by a production method which has at least the following steps,
  • Winding the storage tape around a core area,
  • Applying the adhesive to at least one of the two adhesive surfaces,
  • - Pressing the first to the second adhesive surface.

Vorzugsweise erfolgt das Andrücken der ersten auf der zweiten Klebefläche so lange, bis sich eine teilweise, bevorzugt eine vollständige Haftwirkung des Klebstoffs ausgebildet hat. Das Auftragen und Andrücken kann vorzugsweise unabhängig von der Art des Wickelns des Speicherbandes Verwendung finden. Insbesondere das dargestellte Herstellungsverfahren stellt eine besonders einfache und gut reproduzierbare Möglichkeit zur Herstellung einer erfindungsgemäßen elektrochemischen Energiespeicherzelle dar.Preferably, the pressing of the first on the second adhesive surface takes place until a partial, preferably a complete adhesive effect of the adhesive has formed. The application and pressing may preferably be used regardless of the way of winding the storage tape. In particular, the production method illustrated represents a particularly simple and easily reproducible possibility for producing an electrochemical energy storage cell according to the invention.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens, wird der Klebstoff berührungsfrei auf das Speicherband aufgetragen. Unter dem berührungsfreien Auftragen des Klebstoffs ist insbesondere das Aufspritzen des Klebstoffs in ähnlich einem Spray zu verstehen. Weiter vorzugsweise kann unter dem berührungsfreien Aufbringen des Klebstoffs auch das Auftragen einer Klebstoffwulst durch eine Düse verstanden werden. Insbesondere durch das berührungsfreie Auftragen des Klebstoffs auf das mechanisch sehr empfindliche Speicherband ist sichergestellt, dass dieses nicht beschädigt wird und damit ist eine verbesserte elektrochemische Energiespeicherzelle darstellbar.In a preferred embodiment of the production method, the adhesive is applied to the storage tape without contact. The non-contact application of the adhesive is in particular the spraying of the adhesive in a similar to a spray to understand. Further preferably, the non-contact application of the adhesive can also be understood as the application of an adhesive bead through a nozzle. In particular, by the non-contact application of the adhesive to the mechanically very sensitive storage tape ensures that this is not damaged, and thus an improved electrochemical energy storage cell can be displayed.

In einer weiter bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens wird der Klebstoff durch ein berührendes Verfahren auf das Speicherband aufgetragen. Dabei ist unter dem berührenden Auftragen insbesondere zu verstehen, dass der Klebstoff mit einer Spachtel glattgestrichen wird bzw. innerhalb einer Form, welche das Speicherband berührt, aufgetragen wird. Insbesondere ein berührendes Aufbringen des Klebstoffs auf das Speicherband ist ein besonders sicherer Auftrag des Klebstoffs auf dieses erreichbar und damit ist eine verbesserte elektrochemische Energiespeicherzelle darstellbar.In a further preferred embodiment of the production method, the adhesive is applied to the storage tape by a contacting method. In this case, by the contact application is to be understood in particular that the adhesive is smoothed with a spatula or is applied within a mold which contacts the storage tape. In particular, a touching application of the adhesive to the storage tape is a particularly secure order of the adhesive can be achieved on this and thus an improved electrochemical energy storage cell can be displayed.

In einer bevorzugten Ausführungsform des Herstellungsverfahrens für die erfindungsgemäße elektrochemische Energiespeicherzelle wird dem Klebstoff zum vollständigen oder teilweisen Aushärten Energie zugeführt. Vorzugsweise wird dem Klebstoff diese Energie in Form einer Wärmestrahlung/-strömung, bevorzugt in Form von ultravioletter Strahlung (UV) oder in Form von Ultraschall zugeführt. Insbesondere durch das Zuführen von Energie zum Aushärten des Klebstoffs ist ein besonders schnelles und sicheres Aushärten des Klebstoffs ermöglicht und damit ist eine verbesserte elektrochemische Energiespeicherzelle darstellbar.In a preferred embodiment of the production method for the electrochemical energy storage cell according to the invention, energy is supplied to the adhesive for complete or partial curing. Preferably, this energy is supplied to the adhesive in the form of heat radiation / flow, preferably in the form of ultraviolet radiation (UV) or in the form of ultrasound. In particular, by supplying energy for curing the adhesive, a particularly rapid and reliable curing of the adhesive is made possible and thus an improved electrochemical energy storage cell can be represented.

Ein elektrochemisches Energiespeichersystem weist wenigsten eine erste und eine zweite erfindungsgemäße Energiespeicherzelle auf, wobei diese elektrisch miteinander verschaltet und in einer Gehäuseeinrichtung, insbesondere in einem Batteriegehäuse, aufgenommen sind. Vorzugsweise ist unter einem Energiespeichersystem im Sinne der Erfindung einer Lithium-Ionen-Akkumulator mit wenigstens zwei Anschlusspolen und einem Akkumulatorgehäuse zu verstehen.An electrochemical energy storage system has at least one first and one second energy storage cell according to the invention, wherein these are electrically interconnected and accommodated in a housing device, in particular in a battery housing. For the purposes of the invention, an energy storage system is preferably to be understood as meaning a lithium-ion rechargeable battery with at least two connection terminals and one rechargeable battery housing.

Nachfolgend wird die Erfindung anhand der teilweise schematisierten Figuren näher erläutert. Dabei zeigtThe invention will be explained in more detail with reference to the partially schematic figures. It shows

1 eine perspektivische Darstellung einer bekannten Energiespeicherzelle, 1 a perspective view of a known energy storage cell,

2 eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Energiespeicherzelle während der Fertigung, 2 a perspective view of an energy storage cell according to the invention during manufacture,

3 einen Ablaufplan für ein Herstellungsverfahren für die erfindungsgemäß Energiespeicherzell. 3 a flow chart for a manufacturing method for the energy storage cell according to the invention.

1 zeigt eine Energiespeicherzelle EZ, wie diese aus dem Stand der Technik bekannt ist in einer perspektivischen Darstellung. Dabei ist das Speicherband 1 entlang seiner Längserstreckung um einen Kernbereich 2 herumgewickelt, sogenannte Jelly Roll Gestaltung der Energiespeicherzelle. Das Speicherband 1 weist eine Anode 1a, einen Separator 1b, eine Kathode 1c sowie einen weiteren Separator 1d auf. Diese Schichten 1a bis 1d liegen im Wesentlichen deckungsgleich aufeinander um eine möglichst hohe Energiedichte zu erreichen. Die Energiespeicherzelle EZ ist von einem Band 10, insbesondere einem Klebeband 10, umgeben. Das Klebeband 10 vergrößert einerseits das Volumen der Energiespeicherzelle EZ und erhöht andererseits deren Gewicht. 1 shows an energy storage cell EZ, as known from the prior art is in a perspective view. This is the storage tape 1 along its longitudinal extent around a core area 2 wrapped around, so-called jelly roll design of the energy storage cell. The storage tape 1 has an anode 1a , a separator 1b , a cathode 1c and another separator 1d on. These layers 1a to 1d are essentially congruent to one another in order to achieve the highest possible energy density. The energy storage cell EZ is of a band 10 , in particular an adhesive tape 10 , surround. The tape 10 on the one hand increases the volume of the energy storage cell EZ and on the other hand increases its weight.

2 zeigt eine perspektivische Darstellung einer erfindungsgemäßen Energiespeicherzelle EZ während des Fertigungsprozesses. Das Speicherband 1 weist dabei die gleichen Bestandteile auf, wie das Speicherband der in 1 dargestellten Energiespeicherzelle. Das Speicherband 1 ist um den Kernbereich 2 herumgewickelt. Jedoch ist der äußere Separator 1a verkürzt gegenüber den anderen Schichten des Speicherbandes 1b bis 1d. Der Separator 1a weist also eine größere Längserstreckung L auf, als der Rest des Speicherbandes 1. Diese vergrößerte Länge L ist dabei zur Verklebung und Sicherung des Speicherbandes 1 vorgesehen. Zur Verklebung weist der Separator 1a eine erste Klebefläche 1.1 auf seiner Innenfläche auf. Auf seiner Außenfläche weist der Separator 1a eine zweite Klebefläche 1.2 auf. Die beiden Klebeflächen 1.1 und 1.2 weisen jeweils die gleiche Erstreckung LK in Richtung der Längserstreckung des Speicherbandes 1 auf. Der Klebstoff 4 wird auf die Klebeflächen 1.1. und 1.2 mittels einer Klebstoffdüse 3 in einem Klebstoffspray 4.1 berührungslos aufgetragen. Der Klebstoff 4 wird auf die wenigstens erste Klebefläche 1.1 aufgetragen. 2 shows a perspective view of an energy storage cell EZ according to the invention during the manufacturing process. The storage tape 1 has the same components as the storage tape in 1 illustrated energy storage cell. The storage tape 1 is around the core area 2 wound. However, the outer separator is 1a shortened compared to the other layers of the memory tape 1b to 1d , The separator 1a thus has a greater longitudinal extent L, as the rest of the storage tape 1 , This enlarged length L is for bonding and securing the storage tape 1 intended. For gluing, the separator has 1a a first adhesive surface 1.1 on its inner surface. On its outer surface, the separator 1a a second adhesive surface 1.2 on. The two adhesive surfaces 1.1 and 1.2 each have the same extent LK in the direction of the longitudinal extension of the storage tape 1 on. The adhesive 4 is on the adhesive surfaces 1.1 , and 1.2 by means of an adhesive nozzle 3 in an adhesive spray 4.1 applied without contact. The adhesive 4 is on the at least first adhesive surface 1.1 plotted.

Der Separator 1a kann auch schon vor dem Wickeln des Speicherbandes mit Klebstoff benetzt sein. Wird das Speicherband 1 bei der Herstellung in Richtung F weitergewickelt und auf die zweite Klebstofffläche 1.2 angedrückt, so kontaktieren sich die Klebflächen 1.1 und 1.2.The separator 1a can also be wetted with adhesive before winding the storage tape. Will the storage tape 1 in the production in the direction of F further developed and on the second adhesive surface 1.2 pressed, so contact the adhesive surfaces 1.1 and 1.2 ,

Die beiden Klebeflächen 1.1. und 1.2 weisen neben der Erstreckung LK auch die Erstreckung B auf, dabei entspricht die Erstreckung B der Klebeflächen der Breite B des Speicherbandes 1.The two adhesive surfaces 1.1 , and 1.2 have in addition to the extension LK and the extension B, in this case corresponds to the extension B of the adhesive surfaces of the width B of the storage tape 1 ,

In 3 ist ein Ablaufplan eines Herstellungsverfahrens für die Herstellung einer erfindungsgemäßen Energiespeicherzelle dargestellt. Das Speicherband wird dabei zunächst um den Kernbereich herumgewickelt, so dass eine sogenannte Jelly Roll entsteht. Der Klebstoff kann bereits vor diesem Aufwickeln auf den Separator aufgebracht sein oder er wird nach dem wenigstens teilweisen Aufwickeln auf einem Teilbereich der Innenseite der äußersten Separatorschicht aufgebracht. Anschließend wir das Speicherband und damit der Separator vollständig aufgewickelt und die Klebeflächen werden aufeinander gedrückt. Während des Aufeinanderdrückens wird den Klebeflächen Energie zugeführt, so dass der Klebstoff wenigstens teilweise aushärtet. Mit einem teilweisen Aushärten kann der Herstellungsvorgang gegenüber dem vollständigen Aushärten beschleunigt werden. In der Regel Lagern die Energiespeicherzellen vor Ihrer Verwendung noch geraume Zeit, während dieser Zeit härtet die Klebstoffschicht weiter aus.In 3 a flow chart of a manufacturing process for the production of an energy storage cell according to the invention is shown. The storage tape is first wrapped around the core area, so that a so-called jelly roll is created. The adhesive may already be applied to the separator before this winding or it is applied after the at least partial winding on a portion of the inside of the outermost separator. Then we wound the storage tape and thus the separator completely and the adhesive surfaces are pressed together. During the pressing on of the adhesive surfaces energy is supplied, so that the adhesive cures at least partially. With partial cure, the manufacturing process can be accelerated over full cure. As a rule, the energy storage cells store a considerable amount of time before use, during which time the adhesive layer hardens further.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 283813 B1 [0002, 0006] EP 283813 B1 [0002, 0006]

Claims (8)

Elektrochemische Energiespeicherzelle (EZ), insbesondere eine Lithium-Energiespeicherzelle, mit einem, spiralartig um einen Kernbereich (2) gewundenen Speicherband (1), wobei das Speicherband (1) eine Anode (1b), eine Kathode (1d) und wenigstens einen Separator (1a, 1.d) aufweist, und der Separator (1a) zur Trennung der Anode (1b) und der Kathode (1d) eingerichtet und jeweils zwischen diesen angeordnet ist, das Speicherband (1) weist eine Breitenerstreckung (B) und eine Längserstreckung (1) auf, wobei es in Richtung der Längserstreckung (L) um den Kernbereich (2) gewunden ist, auf einer Innenseite (1a.i) einer radial äußersten Schicht (1.1), insbesondere der äußersten Schicht eines der Separatoren (1a), des Speicherbandes (1) ist eine erste Klebefläche (1a.1) angeordnet, eine zweite Klebefläche (1a.2) ist auf einer Außenseite (1a.a) der radial unter der äußersten Schicht liegenden Oberfläche, insbesondere auf demselben Separator (1a), angeordnet, die Klebeflächen (1a.1, 1a.2) sind zur stoffschlüssige Verbindung miteinander eingerichtet, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite (B) der ersten und zweiten Klebefläche (1a.1, 1a.2) im Wesentlichen der Breitenerstreckung (B.1) des Speicherbandes (1) entsprechen.Electrochemical energy storage cell (EZ), in particular a lithium energy storage cell, with a spiral around a core region ( 2 ) wound memory tape ( 1 ), wherein the memory tape ( 1 ) an anode ( 1b ), a cathode ( 1d ) and at least one separator ( 1a . 1.d ), and the separator ( 1a ) for separating the anode ( 1b ) and the cathode ( 1d ) and in each case arranged between them, the memory tape ( 1 ) has a width extension (B) and a longitudinal extent ( 1 ), wherein it is in the direction of the longitudinal extent (L) around the core area ( 2 ) is wound on an inside ( 1a.i ) a radially outermost layer ( 1.1 ), in particular the outermost layer of one of the separators ( 1a ), the memory tape ( 1 ) is a first adhesive surface ( 1a.1 ), a second adhesive surface ( 1a.2 ) is on an outside ( 1a.a ) of the surface lying radially below the outermost layer, in particular on the same separator ( 1a ), the adhesive surfaces ( 1a.1 . 1a.2 ) are adapted to the material connection with each other, characterized in that the width (B) of the first and second adhesive surface ( 1a.1 . 1a.2 ) substantially the width extension (B.1) of the memory tape ( 1 ) correspond. Elektrochemische Energiespeicherzelle nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sich die erste Klebefläche, wenigstens im Wesentlichen von einem radial äußeren Ende des Speicherbandes (5) ausgehend in Richtung der Längserstreckung (L) über eine Länge (LK) von wenigstens 0,1% der Breitenerstreckung ausdehnt, vorzugsweise wenigstens 2%, bevorzugt wenigsten 5% und besonders bevorzugt wenigstens 10% und weiter höchstens 100%, vorzugsweise höchstens 40%, bevorzugt höchstens 20% und besonders bevorzugt höchstens 15%.Electrochemical energy storage cell according to claim 1, characterized in that the first adhesive surface, at least substantially from a radially outer end of the storage tape ( 5 ) extending in the direction of the longitudinal extension (L) over a length (LK) of at least 0.1% of the width extension, preferably at least 2%, preferably at least 5% and particularly preferably at least 10% and further at most 100%, preferably at most 40% , preferably at most 20%, and more preferably at most 15%. Elektrochemische Energiespeicherzelle nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und zweite Klebefläche (1a.1, 1a.2) mittels einer Klebstoffschicht (4) stoffschlüssig miteinander verbunden sind, dass diese Klebstoffschicht (4) eine homogene Zusammensetzung aufweist.Electrochemical energy storage cell according to one of the preceding claims, characterized in that the first and second adhesive surfaces ( 1a.1 . 1a.2 ) by means of an adhesive layer ( 4 ) are adhesively bonded together, that this adhesive layer ( 4 ) has a homogeneous composition. Elektrochemische Energiespeicherzelle nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff einen oder mehrere Inhaltsstoffe aus einer Gruppe von Inhaltsstoffen aufweist oder daraus besteht und dass diese Gruppe wenigstens folgende Stoffe umfasst: – Methylacetat, – Butan, – Propan, – Isobutan, – Cyclohexan, – Ethylacetat, – Hexan, – aliphatische Kohlenwasserstsoffe, – Kautschuk, vorzugsweise Naturkautschuk, – Polysiloxan, – Acrylat.Electrochemical energy storage cell according to claim 3, characterized in that the adhesive comprises or consists of one or more ingredients from a group of ingredients and that this group comprises at least the following substances: - methyl acetate, - butane, - propane, - isobutane, - cyclohexane, - Ethyl acetate, - hexane, - aliphatic hydrocarbons, - rubber, preferably natural rubber, - polysiloxane, - acrylate. Energiespeichersystem mit wenigstens zwei elektrochemischen Energiespeicherzelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass Energiespeicherzellen miteinander elektrisch verschaltet sind, und in einer Gehäuseeinrichtung aufgenommen sind.Energy storage system with at least two electrochemical energy storage cell according to one of claims 1 to 4, characterized in that energy storage cells are electrically interconnected, and are accommodated in a housing device. Herstellungsverfahren für eine elektrochemischen Energiespeichereinrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Schritten – Wickeln des Speicherbandes um einen Kernbereich – Auftragen des Klebstoffes auf wenigstens eine der beiden Klebeflächen, – andrücken der ersten auf die zweite Klebefläche.A method of manufacturing an electrochemical energy storage device according to any one of the preceding claims, comprising the steps - winding the storage tape around a core area Applying the adhesive to at least one of the two adhesive surfaces, - Press the first to the second adhesive surface. Herstellungsverfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Klebstoff Berührungsfrei auf das Speicherband aufgetragen wird.Manufacturing method according to claim 5, characterized in that the adhesive is applied without contact on the storage tape. Herstellungsverfahren nach einem der Ansprüche 5 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass dem Klebstoff zum Aushärten Energie zugeführt wird.Manufacturing method according to one of claims 5 to 6, characterized in that the adhesive for curing energy is supplied.
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