DE102016220975A1 - Current collector for an energy storage cell for storing electrical energy - Google Patents

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromkollektor (10) für eine Energiespeicherzelle zum Speichern elektrischer Energie. Der Stromkollektor (10) weist einen als Tab (11) bezeichneten Kontaktierungsbereich auf, der an einem ersten von zwei einander entgegengesetzten Endbereichen (15, 16) des Stromkollektors (10) angeordnet und zum Verbinden des Stromkollektors (10) mit einer Elektrode oder mehreren gleichpoligen Elektroden der Energiespeicherzelle vorgesehen ist. Der Stromkollektor (10) ist in Form einer Schicht mit sich entlang einer ersten Richtung (R1) veränderlicher Schichtdicke (D1) ausgebildet. Ein Verlauf der Schichtdicke (D1) entlang der ersten Richtung (R1) entspricht einer mit wachsendem Abstand zu einem zweiten der zwei Endbereiche (15, 16) monoton steigenden oder streng monoton steigenden ersten Funktion. Die erste Richtung (R1) erstreckt sich von dem zweiten Endbereich (16) zu dem ersten Endbereich (15) und verläuft senkrecht zu der Schichtdicke (D1). Der Abstand zum zweiten Endbereich (16) verläuft entlang der ersten Richtung (R1).The present invention relates to a current collector (10) for an energy storage cell for storing electrical energy. The current collector (10) has a contact area, referred to as a tab (11), disposed on a first of two opposite end portions (15, 16) of the current collector (10) and for connecting the current collector (10) to one or more common poles Electrodes of the energy storage cell is provided. The current collector (10) is in the form of a layer with a variable layer thickness (D1) along a first direction (R1). A course of the layer thickness (D1) along the first direction (R1) corresponds to a monotonously increasing or severely monotonically increasing first function with increasing distance to a second of the two end regions (15, 16). The first direction (R1) extends from the second end region (16) to the first end region (15) and is perpendicular to the layer thickness (D1). The distance to the second end region (16) runs along the first direction (R1).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Stromkollektor für eine Energiespeicherzelle zum Speichern elektrischer Energie. Ferner betrifft die Erfindung eine Energiespeicherzelle zum Speichern elektrischer Energie mit wenigstens einem solchen Stromkollektor.The present invention relates to a current collector for an energy storage cell for storing electrical energy. Furthermore, the invention relates to an energy storage cell for storing electrical energy with at least one such current collector.

Stand der TechnikState of the art

Aus dem Stand der Technik sind Energiespeicherzellen zum Speichern von elektrischer Energie, wie zum Beispiel Lithium-Ionen-Batterien, hybride Superkondensatoren und Superkondensatoren, bekannt. Solche Energiespeicherzellen umfassen dünne Elektrodenschichten, die auf flachen Stromkollektoren aufgetragen sind. Die Elektrodenschichten sind jeweils als Anoden- oder Kathodenschichten ausgebildet. Die Stromkollektoren sind jeweils in Form einer Schicht mit konstanter Schichtdicke ausgebildet und weisen jeweils einen als Tab bezeichneten Kontaktierungsbereich auf. Der Tab eines solchen Stromkollektors ist zum Verbinden des jeweiligen Stromkollektors mit einer oder mehreren gleichpoligen Elektroden der entsprechenden Energiespeicherzelle vorgesehen. In Lithium-Ionen-Batterien und hybriden Superkondensatoren wird häufig Kupfer für die an den Anodenschichten angrenzenden Stromkollektoren und Aluminium für die an den Kathodenschichten angrenzenden Stromkollektoren verwendet. In Superkondensatoren wird häufig Aluminium sowohl für die an den Anodenschichten als auch für die an den Kathodenschichten angrenzenden Stromkollektoren verwendet.Energy storage cells for storing electrical energy, such as lithium-ion batteries, hybrid supercapacitors and supercapacitors, are known in the prior art. Such energy storage cells include thin electrode layers deposited on flat current collectors. The electrode layers are each formed as anode or cathode layers. The current collectors are each in the form of a layer with a constant layer thickness and each have a contact area designated as a tab. The tab of such a current collector is provided for connecting the respective current collector with one or more Gleichpoligen electrodes of the corresponding energy storage cell. In lithium-ion batteries and hybrid supercapacitors, copper is often used for the current collectors adjacent to the anode layers and aluminum for the current collectors adjacent to the cathode layers. In supercapacitors, aluminum is often used both for the current collectors adjacent to the anode layers and to the cathode layers.

Bei den zuvor beschriebenen Stromkollektoren verringert ein Gewicht dieser Stromkollektoren eine Energiedichte der entsprechenden Energiespeicherzellen. Bei den zuvor beschriebenen Energiespeicherzellen spielt ein von den Stromkollektoren gebildeter Anteil an einem Volumen, Gewicht und Materialkosten der jeweiligen Energiespeicherzellen eine sehr große Rolle. Der Anteil der Stromkollektoren an dem Volumen der jeweiligen Energiespeicherzellen beträgt bis zu 15%. Der Anteil der Stromkollektoren an dem Gewicht der jeweiligen Energiespeicherzellen beträgt bis zu 12 %. Der Anteil der Stromkollektoren an den Materialkosten der jeweiligen Energiespeicherzellen beträgt bis zu 30 %. Daher ist es von Vorteil, eine Verwendung von überflüssigem Material bei der Herstellung solcher Stromkollektoren zu vermeiden.In the current collectors described above, a weight of these current collectors reduces an energy density of the corresponding energy storage cells. In the energy storage cells described above, a proportion of a volume, weight and material costs of the respective energy storage cells formed by the current collectors plays a very important role. The proportion of current collectors in the volume of the respective energy storage cells is up to 15%. The proportion of current collectors in the weight of the respective energy storage cells is up to 12%. The proportion of current collectors in the material costs of the respective energy storage cells is up to 30%. Therefore, it is advantageous to avoid the use of unnecessary material in the manufacture of such current collectors.

Aus den Dokumenten EP 1 233 465 A1 und US 2014/0272561 A1 ist es bekannt, eine Masse eines Stromkollektors durch Aussparungen an Stellen des Stromkollektors, die nicht stark mit Strom belastet werden, zu verringern. Ein solcher Stromkollektor ist folglich gitterartig ausgebildet und bedingt dadurch eine aufwendige Elektrodenherstellung, was im Gegensatz dazu steht, dass fast alle industriell zu erzeugende Energiespeicherzellen durch Foliengießen in einem Rollenwicklungsprozess hergestellt werden.From the documents EP 1 233 465 A1 and US 2014/0272561 A1 It is known to reduce a mass of a current collector by recesses in places of the current collector, which are not heavily loaded with electricity. Such a current collector is thus formed like a grid and thereby requires a complex electrode production, which is in contrast to the fact that almost all industrially produced energy storage cells are produced by film casting in a roll winding process.

Aus dem Dokument US 2007/0026307 A1 ist ein Stromkollektor für eine Batterie bekannt. Der Stromkollektor weist einen Kontaktierungsbereich auf. Der Kontaktierungsbereich ist an einem ersten von zwei einander entgegengesetzten Endbereichen des Stromkollektors angeordnet und zum Verbinden des Stromkollektors mit einem Anschluss der Batterie vorgesehen. Dabei ist eine Dicke des Stromkollektors an dem ersten Endbereich größer als eine Dicke des Stromkollektors an einem zweiten der zwei Endbereiche.From the document US 2007/0026307 A1 a current collector for a battery is known. The current collector has a contacting region. The contacting region is disposed at a first of two opposite end portions of the current collector and provided for connecting the current collector to a terminal of the battery. In this case, a thickness of the current collector at the first end region is greater than a thickness of the current collector at a second of the two end regions.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird ein Stromkollektor für eine Energiespeicherzelle zum Speichern elektrischer Energie bereitgestellt. Der Stromkollektor weist einen als Tab bezeichneten Kontaktierungsbereich auf. Der Tab ist an einem ersten von zwei einander entgegengesetzten Endbereichen des Stromkollektors angeordnet und zum Verbinden, insbesondere zum Zusammenschweißen, des Stromkollektors mit einer Elektrode oder mehreren gleichpoligen Elektroden der Energiespeicherzelle vorgesehen. Der Stromkollektor ist in Form einer Schicht mit sich entlang einer ersten Richtung veränderlicher Schichtdicke ausgebildet. Ein Verlauf der Schichtdicke entlang einer ersten Richtung entspricht einer mit wachsendem Abstand zu einem zweiten der zwei Endbereiche monoton steigenden oder streng monoton steigenden ersten Funktion. Die erste Richtung erstreckt sich von dem zweiten Endbereich zu dem ersten Endbereich und verläuft senkrecht zu der Schichtdicke. Der Abstand zum zweiten Endbereich verläuft entlang der ersten Richtung.According to the invention, a current collector for an energy storage cell for storing electrical energy is provided. The current collector has a contact area designated as a tab. The tab is arranged on a first of two mutually opposite end regions of the current collector and provided for connecting, in particular for welding together, the current collector with one or more same-pole electrodes of the energy storage cell. The current collector is in the form of a layer with a variable layer thickness along a first direction. A course of the layer thickness along a first direction corresponds to a monotonically increasing or severely monotonically increasing first function with increasing distance to a second of the two end regions. The first direction extends from the second end region to the first end region and is perpendicular to the layer thickness. The distance to the second end region runs along the first direction.

Die Unteransprüche zeigen bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung.The dependent claims show preferred developments of the invention.

Dadurch, dass die erste Funktion mit dem wachsenden Abstand zum zweiten Endbereich monoton oder streng monoton steigt, wird erreicht, dass sich die Schichtdicke des Stromkollektors zum Tab hin im Wesentlichen gleichmäßig vergrößert beziehungsweise sich zum zweiten Ende hin im Wesentlichen gleichmäßig verkleinert. Der Stromkollektor verdickt sich folglich zum Tab hin beziehungsweise verengt sich zum zweiten Endbereich hin. Dadurch, dass der Stromkollektor in Form einer Schicht mit sich zum zweiten Ende hin verkleinernden Schichtdicke ausgebildet ist, wird erreicht, dass in einem Herstellungsprozess des Stromkollektors Material eingespart wird. Dadurch, dass dabei der Stromkollektor weiterhin im Wesentlichen schichtförmig bleibt, wird gleichzeitig erreicht, dass der Stromkollektor zusammen mit wenigstens einer schichtenförmigen Elektrode und bevorzugt auch zusammen mit wenigsten einem weiteren gleichartig ausgebildeten Stromkollektor weiterhin durch übliche Foliengießverfahren hergestellt werden können.Due to the fact that the first function increases monotonically or strictly monotonously with the growing distance from the second end region, it is achieved that the layer thickness of the current collector increases substantially evenly relative to the tab or decreases substantially uniformly towards the second end. Consequently, the current collector thickens towards the tab or narrows towards the second end region. The fact that the current collector is designed in the form of a layer with a layer thickness decreasing towards the second end ensures that material is saved in a production process of the current collector. The fact that while the current collector remains essentially layered, is achieved at the same time that the current collector together with at least one layer-shaped electrode and preferably also together with at least one further identically designed current collector can furthermore be produced by conventional film casting methods.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung weist eine entlang einer zweiten Richtung erfolgte Dimensionierung eines zuvor beschriebenen Stromkollektors einen konstanten Verlauf entlang der zweiten Richtung auf. Die zweite Richtung verläuft senkrecht zu der ersten Richtung und der Schichtdicke. Dadurch, dass die entlang der ersten Richtung erfolgte Dimensionierung des jeweiligen Stromkollektors überall in dem Stromkollektor gleichbleibend ist, wird erreicht, dass der jeweilige Stromkollektor zusammen mit wenigstens einer schichtförmige Elektrode und insbesondere mit wenigstens einem weiteren derartigen Stromkollektors weiterhin in einem üblichen Rollenwicklungsprozess um eine parallel zur ersten Richtung verlaufende Achse entlang der zweiten Richtung in Form einer Rolle aufgewickelt werden können. Eine solche Rolle kann beispielsweise eine Jelly-Roll sein, der den elektrochemischen Teil einer elektrochemischen Energiespeicherzelle bildet.According to a preferred development of the invention, dimensioning of a previously described current collector along a second direction has a constant course along the second direction. The second direction is perpendicular to the first direction and the layer thickness. Due to the fact that the dimensioning of the respective current collector along the first direction is constant throughout the current collector, it is achieved that the respective current collector together with at least one layered electrode and in particular with at least one further such current collector in a conventional roller winding process around a parallel to first direction extending axis can be wound along the second direction in the form of a roll. Such a role may be, for example, a jelly roll, which forms the electrochemical part of an electrochemical energy storage cell.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der Erfindung entspricht die erste Funktion, die den Verlauf der Schichtendicke eines zuvor beschriebenen Stromkollektors entlang der ersten Richtung beschreibt, zumindest teilweise einer linearen Funktion.In a particularly preferred embodiment of the invention, the first function, which describes the course of the layer thickness of a current collector described above along the first direction, at least partially corresponds to a linear function.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung entspricht die erste Funktion in einem ersten Bereich eines zuvor beschriebenen Stromkollektors einer konstanten Funktion und in einem zweiten Bereich des jeweiligen Stromkollektors einer linearen Funktion. Dabei umfasst der erste Bereich den ersten Endbereich. Ferner umfasst der zweite Bereich den zweiten Endbereich und folgt unmittelbar nach dem ersten Bereich.In a preferred embodiment of the invention, the first function corresponds to a constant function in a first region of a current collector described above and a linear function in a second region of the respective current collector. In this case, the first region comprises the first end region. Furthermore, the second region comprises the second end region and follows immediately after the first region.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nimmt die Schichtdicke eines zuvor beschriebenen Stromkollektors an dem ersten Endbereich des jeweiligen Stromkollektors einen maximalen Wert an. Dabei ist der maximale Wert der Schichtdicke größer als ein erster oder gleich einem ersten Schichtdickengrenzwert. Ferner ist der erste Schichtdickengrenzwert als Quotienten zwischen einem ersten Parameter und einem zweiten Parameter zu bestimmen. Der erste Parameter ist als Produkt zwischen einem Stromwert eines von dem jeweiligen Stromkollektor bei Vorliegen einer Nennleistung der Energiespeicherzelle abzuführenden Stromes, einem spezifischen Widerstand des jeweiligen Stromkollektors und einer entlang der ersten Richtung erfolgten Dimensionierung des jeweiligen Stromkollektors zu bestimmen. Der zweite Parameter ist als Produkt zwischen einem maximal zulässigen Spannungswert eines sich zwischen den zwei Endbereichen einzustellenden Spannungsabfalls und einer entlang einer zweiten Richtung erfolgten Dimensionierung des jeweiligen Stromkollektors zu bestimmen. Die zweite Richtung verläuft senkrecht zu der ersten Richtung und der Schichtdicke. Dadurch, dass der maximale Wert der Schichtdicke größer als der oder gleich dem ersten Schichtdickengrenzwert ist, wird erreicht, dass ein Spannungswert des sich zwischen den zwei Endbereichen einzustellenden Spannungsabfalls den maximal zulässigen Spannungswert des genannten Spannungsabfalls nicht übersteigt. Dadurch wird eine hohe Betriebssicherheit des jeweiligen Stromkollektors gewährleistet. Hierbei zu berücksichtigen ist, dass der erste Schichtdickengrenzwert einer minimalen effektiven Schichtdicke des jeweiligen Stromkollektors entspricht, die für eine Ableitung des gesamten in dem jeweilige Stromkollektor auftretenden Stromes notwendig ist. Hierbei ist es ferner zu berücksichtigen, dass der von dem jeweiligen Stromkollektor abzuführende Strom nicht über die gesamte Erstreckung des jeweiligen Stromkollektors entlang der ersten Richtung fließt, sondern erst in den sich unmittelbar um den Tab herum erstreckenden ersten Endbereich des jeweiligen Stromkollektors eingeführt wird. Folglich ist es nicht notwendig, dass die Schichtdicke überall in dem jeweiligen Stromkollektor größer als der erste oder gleich dem ersten Schichtdickengrenzwert ist. Folglich ist es auch nicht notwendig, dass die Schichtdicke überall in dem jeweiligen Stromkollektor gleichbleibend ist. Das bedeutet, dass ein elektrischer Widerstand eines zuvor beschriebenen Stromkollektors mit sich zum zweiten Endbereich hin verkleinernden Schichtdicke im Wesentlich gleich mit dem elektrischen Widerstand eines entsprechenden konventionellen schichtförmigen Stromkollektors mit konstanter Schichtdicke ist.In a preferred development of the invention, the layer thickness of a current collector described above assumes a maximum value at the first end region of the respective current collector. The maximum value of the layer thickness is greater than a first or equal to a first layer thickness limit value. Furthermore, the first layer thickness limit value is to be determined as a quotient between a first parameter and a second parameter. The first parameter is to be determined as a product between a current value of a current to be dissipated by the respective current collector in the presence of a rated power of the energy storage cell, a specific resistance of the respective current collector and a dimensioning of the respective current collector along the first direction. The second parameter is to be determined as a product between a maximum permissible voltage value of a voltage drop to be set between the two end regions and a dimensioning of the respective current collector along a second direction. The second direction is perpendicular to the first direction and the layer thickness. Because the maximum value of the layer thickness is greater than or equal to the first layer thickness limit value, it is achieved that a voltage value of the voltage drop to be set between the two end regions does not exceed the maximum permissible voltage value of said voltage drop. As a result, a high reliability of the respective current collector is ensured. It should be noted that the first layer thickness limit corresponds to a minimum effective layer thickness of the respective current collector, which is necessary for a derivation of the total current occurring in the respective current collector. It should also be noted that the current to be dissipated by the respective current collector does not flow along the first direction over the entire extent of the respective current collector, but is first introduced into the first end region of the respective current collector extending directly around the tab. Consequently, it is not necessary for the layer thickness throughout the respective current collector to be greater than or equal to the first layer thickness limit. Consequently, it is also not necessary that the layer thickness be consistent throughout the respective current collector. This means that an electrical resistance of a current collector described above, with the layer thickness decreasing towards the second end region, is substantially equal to the electrical resistance of a corresponding conventional layered current collector with a constant layer thickness.

Sehr vorteilhaft bei einem zuvor beschriebenen Stromkollektor ist, dass, anders als bei den aus dem Stand der Technik bekannten und weiter oben beschriebenen Gitterstrukturen, der elektrische Widerstand des jeweiligen Stromkollektors nicht durch die sich verändernden Schichtdicke beeinflusst oder erhöht wird. Gitterstrukturen verusachen auch eine zusätzliche Leitung von Strom in der jeweiligen Elektrode angrenzend zu den Aussparungen. In diesen Elektroden ist die eletrische Leitfähigkeit schlechter als in den meist metallischen Stromkollektoren, was zu einem zusätzlichen inneren Widerstand führen würde. Folglich kann ein zuvor beschriebener Stromkollektor ohne Leistungsverlust in allen marktüblichen Technologien zur Herstellung von Energiespeicherzellen, wie zum Beispiel von Lithium-Ionen-Batterien, hybride Superkondensatoren und Superkondensatoren, angewendet werden.It is very advantageous in the case of a previously described current collector that, unlike the grid structures known from the prior art and described above, the electrical resistance of the respective current collector is not influenced or increased by the changing layer thickness. Lattice structures also cause an additional conduction of current in the respective electrode adjacent to the recesses. In these electrodes, the electrical conductivity is worse than in the most metallic current collectors, which would lead to an additional internal resistance. Consequently, a power collector without power loss as described above can be used in all commercially available technologies for producing energy storage cells, such as lithium-ion batteries, hybrid supercapacitors and supercapacitors.

Bei einem zuvor beschriebenen Stromkollektor wird weniger Material oder Materialgemisch im Verhältnis zu für Elektroden einer entsprechenden Energiespeicherzelle eingesetztem Aktivmaterial verwendet. Aus diesem Grund können Volumen, Gewicht und Materialkosten eines zuvor beschriebenen Stromkollektors unabhängig von der verwendeten Technologie zur Herstellung einer entsprechenden Energiespeicherzelle reduziert werden, ohne dass eine Veränderung des elektrischen Widerstandes des jeweiligen Stromkollektors und folglich auch ohne dass ein Leistungsverlust eintritt. In a current collector described above, less material or material mixture is used in relation to active material used for electrodes of a corresponding energy storage cell. For this reason, regardless of the technology used to produce a corresponding energy storage cell, the volume, weight and material costs of a current collector described above can be reduced without a change in the electrical resistance of the respective current collector and, consequently, without any loss of power.

Ferner ermöglicht ein zuvor beschriebener Stromkollektor, der sich zum zweiten Endbereich hin verengt, eine Anwendung des jeweiligen Stromkollektors in einer elektrochemischen Energiespeicherzelle mit Elektroden mit bipolarem Design, da kein Elektrolytaustausch durch den jeweiligen Stromkollektor stattfinden kann.Furthermore, a previously described current collector which narrows towards the second end region allows application of the respective current collector in an electrochemical energy storage cell with electrodes of bipolar design, since no exchange of electrolyte can take place through the respective current collector.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung nimmt die Schichtdicke eines zuvor beschriebenen Stromkollektors an dem zweiten Endbereich einen minimalen Wert an. Der minimale Wert der Schichtdicke ist größer als ein zweiter oder gleich einem zweiten Schichtdickengrenzwert. Der zweite Schichtdickengrenzwert ist in Abhängigkeit von einem minimal zulässigen Widerstandswert eines elektrischen Widerstands des jeweiligen Stromkollektors zu bestimmen. Alternativ entspricht der zweite Schichtdickengrenzwert einer in einem Herstellungsprozess des jeweiligen Stromkollektors minimal erreichbaren Schichtdicke eines für den jeweiligen Stromkollektor verwendeten Materials oder Materialgemisches.In a preferred development of the invention, the layer thickness of a current collector described above assumes a minimum value at the second end region. The minimum value of the layer thickness is greater than a second or equal to a second layer thickness limit value. The second layer thickness limit value is to be determined as a function of a minimum permissible resistance value of an electrical resistance of the respective current collector. Alternatively, the second layer thickness limit value corresponds to a minimum achievable layer thickness of a material or material mixture used for the respective current collector in a production process of the respective current collector.

Bei einem zuvor beschriebenen Stromkollektor, bei dem der minimalen Wert der Schichtdicke der minimal erreichbaren Schichtdicke des für den jeweiligen Stromkollektor verwendeten Materials oder Materialgemisches entspricht, wird die Materialeinsparung im Herstellungsprozess des jeweiligen Stromkollektors maximiert.In a previously described current collector in which the minimum value of the layer thickness corresponds to the minimum achievable layer thickness of the material or material mixture used for the respective current collector, the material savings in the production process of the respective current collector is maximized.

Bei einer bevorzugten Weiterbildung der Erfindung ist ein zuvor beschriebener Stromkollektor symmetrisch um die erste Richtung ausgebildet. Auf diese Weise kann der jeweilige Stromkollektor zusammen mit wenigstens einer schichtförmigen Elektrode, die eine oder zwei an dem Stromkollektor angrenzende Elektroden umfasst, einen sich zum zweiten Endbereich des jeweiligen Stromkollektors hin verengenden Schichtaufbau für die entsprechende Energiespeicherzelle bilden. Dadurch kann ein Volumen beziehungsweise ein Gewicht der entsprechenden Energiespeicherzelle minimiert und folglich eine auf das Gewicht bezogene Energiedichte der Energiespeicherzelle maximiert werden.In a preferred embodiment of the invention, a previously described current collector is formed symmetrically about the first direction. In this way, the respective current collector together with at least one layer-shaped electrode, which comprises one or two electrodes adjoining the current collector, form a layer structure for the corresponding energy storage cell that narrows towards the second end region of the respective current collector. As a result, a volume or a weight of the corresponding energy storage cell can be minimized and consequently a weight-related energy density of the energy storage cell can be maximized.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Energiespeicherzelle zum Speichern von elektrischer Energie, wobei die Energiespeicherzelle mehrere Elektroden und wenigstens einen zuvor beschriebenen Stromkollektor umfasst. Bevorzugt ist die Energiespeicherzelle in Form einer Lithium-Ionen-Batterie, eines hybriden Superkondensators oder eines Superkondensators ausgebildet.Another aspect of the invention relates to an energy storage cell for storing electrical energy, wherein the energy storage cell comprises a plurality of electrodes and at least one current collector described above. Preferably, the energy storage cell in the form of a lithium-ion battery, a hybrid supercapacitor or a supercapacitor is formed.

Bei einer zuvor beschriebenen Energiespeicherzelle sind die mehreren Elektroden bevorzugt jeweils in Form einer Schicht mit konstanter Schichtdicke ausgebildet. Weiter bevorzugt bilden die Elektroden zusammen mit dem wenigstens einen Stromkollektor einen Schichtaufbau mit mehreren übereinander angeordneten Schichten.In a previously described energy storage cell, the plurality of electrodes are preferably each formed in the form of a layer with a constant layer thickness. More preferably, the electrodes together with the at least one current collector form a layer structure with a plurality of layers arranged one above the other.

Bei einer zuvor beschriebenen Energiespeicherzelle ist der Schichtenaufbau bevorzugt um eine zur erste Richtung eines des wenigstens einen Stromkollektors verlaufenden Achse entlang einer zweiten Richtung zu einer Rolle aufgewickelt. Dabei verläuft die zweite Richtung senkrecht zu der ersten Richtung und der Schichtdicke des jeweiligen Stromkollektors.In a previously described energy storage cell, the layer structure is preferably wound around a first axis of the at least one current collector extending axis along a second direction to form a roll. The second direction is perpendicular to the first direction and the layer thickness of the respective current collector.

Bei einer zuvor beschriebenen Energiespeicherzelle weist der wenigstens eine Stromkollektor bevorzugt mehrere Stromkollektoren auf. Dabei sind die mehreren mit Elektroden beschichteten Stromkollektoren bevorzugt gleich untereinander ausgebildet, separiert durch einen Separator.In a previously described energy storage cell, the at least one current collector preferably has a plurality of current collectors. In this case, the plurality of current collectors coated with electrodes are preferably formed equal to one another, separated by a separator.

Bei einer zuvor beschriebenen Energiespeicherzelle weist der wenigstens eine Stromkollektor bevorzugt wenigstens einen ersten Stromkollektor und wenigstens einen zweiten Stromkollektor auf. Dabei sind der wenigstens eine Tab des wenigstens einen ersten Stromkollektors und der wenigstens eine Tab des wenigstens einen zweiten Stromkollektors an zwei einander entgegengesetzten Endbereichen der jeweiligen Energiespeicherzelle angeordnet.In a previously described energy storage cell, the at least one current collector preferably has at least one first current collector and at least one second current collector. In this case, the at least one tab of the at least one first current collector and the at least one tab of the at least one second current collector are arranged on two mutually opposite end regions of the respective energy storage cell.

Bei einer zuvor beschriebenen Energiespeicherzelle, bei welcher der wenigstens eine Tab des wenigsten einen ersten Stromkollektors und der wenigstens eine Tab des wenigsten einen zweiten Stromkollektors an den zwei entgegengesetzten Endbereichen der jeweiligen Energiespeicherzelle angeordnet sind, kann eine auf das Gewicht bezogene Energiedichte der jeweiligen Energiespeicherzelle maximiert werden.In a previously described energy storage cell in which the at least one tab of the at least one first current collector and the at least one tab of the at least one second current collector are arranged at the two opposite end regions of the respective energy storage cell, a weight-related energy density of the respective energy storage cell can be maximized ,

Eine zuvor beschriebenen Energiespeicherzelle, bei welcher der wenigstens eine Tab des wenigsten einen ersten Stromkollektors und der wenigstens eine Tab des wenigsten einen zweiten Stromkollektors an den zwei entgegengesetzten Endbereichen der jeweiligen Energiespeicherzelle angeordnet sind, kann in Form einer prismatischen oder zylindrischen elektrochemischen Energiespeicherzelle ausgebildet sein. Bei solchen elektrochemischen Energiespeicherzellen ist ein entsprechender Schichtaufbau bevorzugt in Form einer Jelly-Roll ausgebildet. Solche prismatischen oder zylindrischen elektrochemischen Energiespeicherzellen haben bevorzugt ein Gehäuse, das ein Potential eines negativen Anschlusses der jeweiligen Energiespeicherzelle aufweist.A previously described energy storage cell, wherein the at least one tab of the at least one first current collector and the at least one tab of the at least one second current collector at the two opposite end regions of the respective energy storage cell can be arranged in the form of a prismatic or cylindrical electrochemical energy storage cell. In such electrochemical energy storage cells, a corresponding layer structure is preferably formed in the form of a jelly roll. Such prismatic or cylindrical electrochemical energy storage cells preferably have a housing which has a potential of a negative terminal of the respective energy storage cell.

Eine zuvor beschriebene Energiespeicherzelle, bei welcher der wenigstens eine Tab des wenigsten einen ersten Stromkollektors und der wenigstens eine Tab des wenigsten einen zweiten Stromkollektors an den zwei entgegengesetzten Endbereichen der jeweiligen Energiespeicherzelle angeordnet sind, kann in Form einer Pouchzelle ausgebildet sein. Dabei sind die Endbereiche des jeweiligen positiven Anschlusses und der des negativen Anschluss gegenüber zueinander angeordnet.A previously described energy storage cell in which the at least one tab of the at least one first current collector and the at least one tab of the at least one second current collector are arranged at the two opposite end regions of the respective energy storage cell can be in the form of a pouch cell. In this case, the end regions of the respective positive terminal and the negative terminal are arranged opposite each other.

Bei einer zuvor beschriebenen Energiespeicherzelle, bei welcher der wenigstens eine Tab des wenigstens einen ersten Stromkollektors und der wenigstens eine Tab des wenigstens einen zweiten Stromkollektors an den zwei entgegengesetzten Endbereichen der jeweiligen Energiespeicherzelle angeordnet sind, kann ein entsprechender Schichtaufbau eine gleichbleibende Dicke aufweisen. Die Dicke eines Schichtaufbaus einer zuvor beschriebenen Energiespeicherzelle verläuft dabei parallel zu der Schichtdicke eines oder mehrerer des wenigstens einen Stromkollektors. Der Schichtaufbau einer zuvor beschriebenen Energiespeicherzelle kann folglich in einem gegenüber einem konventionellen Herstellungsprozess minimal umzustellenden Herstellungsprozess um eine parallel zur ersten Richtung eines des wenigstens einen Stromkollektors verlaufende Achse entlang der zweiten Richtung des jeweiligen Stromkollektors zu einer Rolle aufgewickelt werden. Dabei kann es vorkommen, dass die Richtung, um die eine konventionelle Rolle aufzuwickeln ist, nur um ein paar Winkelgrade zu verdrehen ist, um zu derjenigen ersten Richtung zu gelangen, um welche die Rolle einer zuvor beschriebenen Energiespeicherzelle aufzuwickeln ist.In a previously described energy storage cell, in which the at least one tab of the at least one first current collector and the at least one tab of the at least one second current collector are arranged at the two opposite end regions of the respective energy storage cell, a corresponding layer structure can have a constant thickness. The thickness of a layer structure of a previously described energy storage cell runs parallel to the layer thickness of one or more of the at least one current collector. The layer structure of a previously described energy storage cell can consequently be wound into a roll along the second direction of the respective current collector in a manufacturing process that is to be minimally converted compared to a conventional production process by an axis running parallel to the first direction of one of the at least one current collector. It may happen that the direction by which a conventional roll is to be wound is only to be rotated by a few degrees in order to arrive at the first direction around which the roll of a previously described energy storage cell is to be wound.

Bei einer zuvor beschriebenen Energiespeicherzelle weisen die mehreren Elektroden bevorzugt wenigstens eine erste Elektrode und wenigstens eine zweite Elektrode auf. Dabei weisen die wenigstens eine erste Elektrode und die wenigstens eine zweite Elektrode unterschiedliche Polaritäten auf. Ferner grenzt ein jeder des wenigstens einen ersten Stromkollektors an einer oder zwei der wenigstens einen ersten Elektrode an. Weiterhin grenzt ein jeder des wenigstens einen zweiten Stromkollektors an eine oder zwei der wenigsten einen zweiten Elektrode an.In a previously described energy storage cell, the plurality of electrodes preferably has at least one first electrode and at least one second electrode. In this case, the at least one first electrode and the at least one second electrode have different polarities. Furthermore, each of the at least one first current collector adjoins one or two of the at least one first electrode. Furthermore, each of the at least one second current collector adjoins one or two of the at least one second electrode.

Bevorzugt umfasst eine zuvor beschriebene Energiespeicherzelle einen Separator und ist in Form einer elektrochemischen Energiespeicherzelle, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, ausgebildet. Dabei ist der Separator zwischen zwei der mehreren Elektroden angeordnet und die zwei Elektroden weisen unterschiedliche Polaritäten auf.A previously described energy storage cell preferably comprises a separator and is in the form of an electrochemical energy storage cell, in particular a lithium-ion battery. In this case, the separator is arranged between two of the plurality of electrodes and the two electrodes have different polarities.

Figurenlistelist of figures

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen im Detail beschrieben. In den Zeichnungen ist:

  • 1 ein gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeter Stromkollektor für eine elektrochemische Energiespeicherzelle, und
  • 2 ein Schichtaufbau für eine elektrochemische Energiespeicherzelle, wobei der Schichtaufbau mehrere Elektroden und zwei jeweils gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildete Stromkollektoren umfasst.
Hereinafter, embodiments of the invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the drawings:
  • 1 a trained according to a first embodiment of the invention current collector for an electrochemical energy storage cell, and
  • 2 a layer structure for an electrochemical energy storage cell, wherein the layer structure comprises a plurality of electrodes and two each formed according to the first embodiment of the invention current collectors.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt einen gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung ausgebildeten Stromkollektor 10 für eine elektrochemische Energiespeicherzelle (nicht dargestellt). Der Stromkollektor 10 weist einen als Tab 11 bezeichneten Kontaktierungsbereich auf, der an einem ersten Endbereich 15 von zwei einander entgegengesetzten Endbereichen 15, 16 des Stromkollektors 10 angeordnet ist. Der Tab 11 ist ferner zum Verbinden des Stromkollektors 10 mit einer Elektrode oder mehreren gleichpoligen Elektroden der Energiespeicherzelle vorgesehen. 1 shows a formed according to a first embodiment of the invention current collector 10 for an electrochemical energy storage cell (not shown). The current collector 10 has one as a tab 11 designated contacting area, which at a first end portion 15 of two opposite end portions 15 . 16 of the current collector 10 is arranged. The tab 11 is also for connecting the current collector 10 provided with an electrode or more gleichpoligen electrodes of the energy storage cell.

Der Stromkollektor 10 ist in Form einer Schicht mit sich entlang einer ersten Richtung R1 veränderlicher Schichtdicke D1 ausgebildet. Dabei entspricht ein Verlauf der Schichtdicke D1 entlang der ersten Richtung R1 einer mit wachsendem Abstand (nicht explizit gekennzeichnet) zu einem zweiten Endbereich 16 der zwei Endbereiche 15, 16 monoton steigenden oder streng monoton steigenden ersten Funktion. Die erste Richtung R1 erstreckt sich von dem zweiten Endbereich 16 zu dem ersten Endbereich 15 und verläuft senkrecht zu der Schichtdicke D1. Der Abstand zum zweiten Endbereich 16 verläuft entlang der ersten Richtung R1. Bevorzugt entspricht die erste Funktion zumindest teilweise einer linearen Funktion. Weiter bevorzugt entspricht die erste Funktion in einem ersten Bereich (nicht explizit gekennzeichnet) des Stromkollektors 10 einer konstanten Funktion und in einem zweiten Bereich (nicht explizit gekennzeichnet) des Stromkollektors 10 einer linearen Funktion. Der erste Bereich umfasst den ersten Endbereich 15. Der zweite Bereich umfasst den zweiten Endbereich 16 und folgt unmittelbar nach dem ersten Bereich.The current collector 10 is formed in the form of a layer with a variable layer thickness D1 along a first direction R1. In this case, a profile of the layer thickness D1 along the first direction R1 corresponds to one of increasing distance (not explicitly marked) to a second end region 16 the two end areas 15 . 16 monotonically increasing or severely monotonically increasing first function. The first direction R1 extends from the second end region 16 to the first end area 15 and is perpendicular to the layer thickness D1. The distance to the second end area 16 runs along the first direction R1. Preferably, the first function at least partially corresponds to a linear function. More preferably, the first function corresponds in a first area (not explicitly marked) of the current collector 10 a constant function and in a second area (not explicitly marked) of the current collector 10 a linear function. The first area includes the first end area 15 , The second area includes the second end area 16 and follows immediately after the first area.

Bei dem in der 1 dargestellten Stromkollektor 10 vergrößert sich die Schichtdicke D1 zu dem Tab 11 hin. Mit anderen Worten verkleinert sich die Schichtdicke D1 zu dem zweiten Endbereich 16 hin. Die Schichtdicke D1 nimmt an dem zweiten Endbereich 16 einen minimalen Wert L0 von zum Beispiel 10*10-6 m und an dem ersten Endbereich 15 einen maximalen Wert L1 von zum Beispiel 20*10-6 m an. Dadurch, dass der Stromkollektor 10 in Form einer Schicht mit sich zum zweiten Endbereich 16 hin verkleinernder Schichtdicke D1 ausgebildet ist, wird erreicht, dass Volumen, Gewicht und Materialkosten des Stromkollektors 10 reduziert werden. Dadurch, dass der Stromkollektor 10 weiterhin im Wesentlichen schichtartig bleibt, wird gleichzeitig erreicht, dass der Stromkollektor 10 zusammen mit wenigstens einer schichtenförmigen Elektrode (nicht dargestellt) und bevorzugt auch zusammen mit wenigsten einem weiteren gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildeten Stromkollektor (nicht dargestellt) weiterhin durch übliche Foliengießverfahren hergestellt werden können.In the in the 1 illustrated current collector 10 the layer thickness D1 increases to the tab 11 out. In other words, the layer thickness D1 decreases to the second end region 16 out. The layer thickness D1 increases at the second end region 16 a minimum value L0 of, for example, 10 * 10 -6 m and at the first end portion 15 a maximum value L1 of, for example, 20 * 10 -6 m. By doing that, the current collector 10 in the form of a layer with it to the second end 16 is formed down decreasing layer thickness D1, it is achieved that volume, weight and material costs of the current collector 10 be reduced. By doing that, the current collector 10 continues to remain essentially layered, is achieved at the same time that the current collector 10 together with at least one layer-shaped electrode (not shown) and preferably also together with at least one other according to the first embodiment formed current collector (not shown) can be further prepared by conventional Foliengießverfahren.

Der Stromkollektor 10 weist ferner eine gleichbleibende Dimensionierung entlang einer zweiten Richtung R2 auf. Die zweite Richtung R2 verläuft dabei senkrecht zu der ersten Richtung R1 und der Schichtdicke D1. Mit anderen Worten ist die Dimensionierung des Stromkollektors 10 entlang der zweiten Richtung R2 überall in dem Stromkollektor 10 konstant. Dadurch wird erreicht, dass der Stromkollektor 10 zusammen mit wenigstens einer schichtartigen Elektrode (nicht dargestellt) und bevorzugt mit wenigstens einem weiteren gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildeten Stromkollektors (nicht dargestellt) weiterhin in einem üblichen Rollenwicklungsprozess um eine zur ersten Richtung R1 verlaufende Achse entlang der zweiten Richtung R2 in Form einer Rolle 17 aufgewickelt werden können. Eine solche Rolle 17 ist stark schematisiert in der 1 dargestellt und kann beispielsweise eine Jelly-Roll sein, die den elektrochemischen Teil der elektrochemischen Energiespeicherzelle bildet.The current collector 10 also has a constant dimension along a second direction R2. The second direction R2 is perpendicular to the first direction R1 and the layer thickness D1. In other words, the sizing of the current collector 10 along the second direction R2 throughout the current collector 10 constant. This will ensure that the current collector 10 together with at least one layered electrode (not shown) and preferably with at least one further according to the first embodiment formed current collector (not shown) further in a conventional roller winding process about an axis extending to the first direction R1 along the second direction R2 in the form of a roll 17 can be wound up. Such a role 17 is highly schematized in the 1 and may, for example, be a jelly roll which forms the electrochemical part of the electrochemical energy storage cell.

Ferner ist der Stromkollektor 10 symmetrisch um die erste Richtung R1 ausgebildet.Further, the current collector 10 formed symmetrically about the first direction R1.

2 zeigt einen Schichtaufbau 100 für eine elektrochemische Energiespeicherzelle (nicht dargestellt). Der Schichtaufbau 100 umfasst einen gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildeten ersten Stromkollektor 20, einen gemäß der ersten Ausführungsform ausgebildeten zweiten Stromkollektor 30, mehrere Elektroden 40, 45, 50, 55 und einen Separator 60. Der erste Stromkollektor 20 ist in gleicher Weise ausgebildet, in welcher der in der 1 dargestellte Stromkollektor 10 ausgebildet ist. Folglich sind ein Tab (nicht dargestellt), eine Schichtdicke D21, eine erste Richtung R21 und eine zweite Richtung (nicht dargestellt) des ersten Stromkollektors 20 jeweils in gleicher Weise bezüglich des ersten Stromkollektors 20 definiert, in der eine entsprechende Größe des in der 1 dargestellten Stromkollektors 10 bezüglich des in der 1 dargestellten Stromkollektors 10 definiert ist. Der zweite Stromkollektor 30 ist in gleicher Weise ausgebildet, in welcher der in der 1 dargestellte Stromkollektor 10 ausgebildet ist. Folglich sind ein Tab (nicht dargestellt), eine Schichtdicke D31, eine erste Richtung R31 und eine zweite Richtung (nicht dargestellt) des zweiten Stromkollektors 30 jeweils in gleicher Weise bezüglich des zweiten Stromkollektors 30 definiert, in der eine entsprechende Größe des in der 1 dargestellten Stromkollektors 10 bezüglich des in der 1 dargestellten Stromkollektors 10 definiert ist. Bei dem in der 2 dargestellten Schichtaufbau 100 sind der erste und der zweite Stromkollektor 20, 30 gleich untereinander ausgebildet. Ferner ist der erste Stromkollektor 20 symmetrisch um seine erste Richtung R21 ausgebildet. Weiterhin ist der zweite Stromkollektor 30 symmetrisch um seine erste Richtung R31 ausgebildet 2 shows a layer structure 100 for an electrochemical energy storage cell (not shown). The layer structure 100 includes a first current collector formed according to the first embodiment 20 a second current collector formed according to the first embodiment 30 , several electrodes 40 . 45 . 50 . 55 and a separator 60 , The first current collector 20 is formed in the same way, in which the in the 1 illustrated current collector 10 is trained. Thus, a tab (not shown), a layer thickness D21, a first direction R21 and a second direction (not shown) of the first current collector are shown 20 in each case in the same way with respect to the first current collector 20 defined in which a corresponding size of the in the 1 illustrated current collector 10 concerning in the 1 illustrated current collector 10 is defined. The second current collector 30 is formed in the same way, in which the in the 1 illustrated current collector 10 is trained. Thus, a tab (not shown), a layer thickness D31, a first direction R31 and a second direction (not shown) of the second current collector are shown 30 in the same way with respect to the second current collector 30 defined in which a corresponding size of the in the 1 illustrated current collector 10 concerning in the 1 illustrated current collector 10 is defined. In the in the 2 layer structure shown 100 are the first and the second current collector 20 . 30 formed equal to each other. Further, the first current collector 20 formed symmetrically about its first direction R21. Furthermore, the second current collector 30 formed symmetrically about its first direction R31

Die mehreren Elektroden 40, 45, 50, 55 sind jeweils in Form einer Schicht mit konstanter Schichtdicke ausgebildet und umfassen wenigstens eine erste Elektrode 40, 45 und wenigstens eine zweite Elektrode 50, 55. Die wenigstens eine erste Elektrode 40, 45 und die wenigstens eine zweite Elektrode 50, 55 weisen unterschiedliche Polaritäten auf. So kann beispielsweise eine jede der wenigstens einen ersten Elektrode 40, 45 eine negative Elektrode sein. Ferner kann eine jede der wenigstens einen zweiten Elektrode 50, 55 eine positive Elektrode sein. Die wenigstens eine erste Elektrode 40, 45 umfasst eine erste Elektrode 40 und eine weitere erste Elektrode 45. Der erste Stromkollektor 20 ist zwischen der ersten Elektrode 40 und der weiteren ersten Elektrode 45 angeordnet. Die wenigstens eine zweite Elektrode 50, 55 umfasst eine zweite Elektrode 50 und eine weitere zweite Elektrode 55. Der zweite Stromkollektor 30 ist zwischen der zweiten Elektrode 50 und der weiteren zweiten Elektrode 55 angeordnet. Der Separator 60 ist zwischen der ersten Elektrode 40 und der zweiten Elektrode 50 angeordnet.The multiple electrodes 40 . 45 . 50 . 55 are each formed in the form of a layer with a constant layer thickness and comprise at least a first electrode 40 . 45 and at least one second electrode 50 . 55 , The at least one first electrode 40 . 45 and the at least one second electrode 50 . 55 have different polarities. For example, each of the at least one first electrode 40 . 45 be a negative electrode. Further, each of the at least one second electrode 50 . 55 be a positive electrode. The at least one first electrode 40 . 45 includes a first electrode 40 and another first electrode 45 , The first current collector 20 is between the first electrode 40 and the other first electrode 45 arranged. The at least one second electrode 50 . 55 includes a second electrode 50 and another second electrode 55 , The second current collector 30 is between the second electrode 50 and the other second electrode 55 arranged. The separator 60 is between the first electrode 40 and the second electrode 50 arranged.

Bei dem in der 2 dargestellten Schichtaufbau 100 sind der Tab des ersten Stromkollektors 20 und der Tab des zweiten Stromkollektors 30 an zwei einander entgegengesetzten Endbereichen der Schichtaufbau 100 angeordnet. Hier ist zu berücksichtigen, dass in einem Zustand, in dem der Schichtaufbau 100 in die entsprechende elektrochemische Energiespeicherzelle eingebaut ist, ein jeder der zwei Endbereiche der Schichtaufbau 100 jeweils einem von zwei einander entgegengesetzten Endbereichen der jeweiligen Energiespeicherzelle entspricht. Durch die zuvor beschriebene Anordnung der Tabs der Stromkollektoren 20, 30 des Schichtaufbaus 100 wird ermöglicht, dass eine parallel zu der Schichtdicke D21 des ersten Stromkollektors 20 und der Schichtdicke D31des zweiten Stromkollektors 30 verlaufende Dicke D2 des Schichtaufbaus 100 überall in dem Schichtaufbau 100 im Wesentlichen gleichbleibend ist. Dadurch wird ermöglicht, dass der Schichtaufbau 100 in einem gegenüber einem konventionellen Herstellungsprozess minimal umzustellenden Herstellungsprozess um eine parallel zur ersten Richtung R21, R31 des ersten oder des zweiten Stromkollektors 20, 30 parallel verlaufende Achse entlang der zweiten Richtung des jeweiligen Stromkollektors 20, 30 zu einer Rolle aufgewickelt werden kann. Eine solche Rolle kann beispielsweise eine Jelly-Roll darstellen, die den elektrochemischen Teil der entsprechenden elektrochemischen Energiespeicherzelle bildet.In the in the 2 layer structure shown 100 are the tab of the first current collector 20 and the tab of the second current collector 30 at two opposite end portions of the layer structure 100 arranged. Here it should be noted that in a state in which the layer structure 100 is incorporated into the corresponding electrochemical energy storage cell, each of the two end portions of the layer structure 100 each corresponds to one of two opposite end portions of the respective energy storage cell. By the arrangement described above the tabs of the current collectors 20 . 30 of the layer structure 100 allows one to be parallel to the layer thickness D21 of the first current collector 20 and the layer thickness D31 of the second current collector 30 extending thickness D2 of the layer structure 100 everywhere in the layer structure 100 is essentially consistent. This will allow the layer structure 100 in a compared to a conventional manufacturing process minimum umzustellenden manufacturing process to a parallel to the first direction R21, R31 of the first or the second current collector 20 . 30 parallel axis along the second direction of each current collector 20 . 30 can be wound up into a roll. Such a role may, for example, constitute a jelly roll which forms the electrochemical part of the corresponding electrochemical energy storage cell.

Ein Anteil der Stromkollektoren 20, 30 des Schichtaufbaus 100 an einem Volumen der entsprechenden Energiespeicherzelle beträgt beispielsweise bis zu 11,25 %. Ein Anteil der Stromkollektoren 20, 30 des Schichtaufbaus 100 an einem Gewicht der entsprechenden Energiespeicherzelle beträgt beispielsweise bis zu 9 %. Ein Anteil der Stromkollektoren 20, 30 des Schichtaufbaus 100 an Materialkosten der entsprechenden Energiespeicherzelle beträgt beispielsweise bis zu 22,5 %. Folglich wird bei einer Energiespeicherzelle, die den in der 2 dargestellten Schichtaufbau 100 umfasst, gegenüber einer entsprechenden konventionell hergestellten Energiespeicherzelle, ein Anteil der entsprechenden Stromkollektoren 20, 30 an dem Volumen, Gewicht und den Materialkosten der jeweiligen Energiespeicherzelle um beispielsweise 25% reduziert.A share of the current collectors 20 . 30 of the layer structure 100 on a volume of the corresponding energy storage cell, for example, up to 11.25%. A share of the current collectors 20 . 30 of the layer structure 100 at a weight of the corresponding energy storage cell is for example up to 9%. A share of the current collectors 20 . 30 of the layer structure 100 on material costs of the corresponding energy storage cell, for example, up to 22.5%. Consequently, in an energy storage cell, the in the 2 layer structure shown 100 comprises, relative to a corresponding conventionally produced energy storage cell, a proportion of the corresponding current collectors 20 . 30 on the volume, weight and material costs of the respective energy storage cell reduced by 25%, for example.

Neben der voranstehenden schriftlichen Offenbarung wird hiermit zur weiteren Offenbarung der Erfindung ergänzend auf die Darstellung in den 1 und 2 Bezug genommen.In addition to the above written disclosure is hereby further disclosure of the invention supplementary to the representation in the 1 and 2 Referenced.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • EP 1233465 A1 [0004]EP 1233465 A1 [0004]
  • US 2014/0272561 A1 [0004]US 2014/0272561 A1 [0004]
  • US 2007/0026307 A1 [0005]US 2007/0026307 A1 [0005]

Claims (14)

Stromkollektor (10, 20, 30) für eine Energiespeicherzelle zum Speichern elektrischer Energie, wobei der Stromkollektor (10, 20, 30) einen als Tab (11) bezeichneten Kontaktierungsbereich aufweist, der an einem ersten von zwei einander entgegengesetzten Endbereichen (15, 16) des Stromkollektors (10, 20, 30) angeordnet und zum Verbinden des Stromkollektors (10, 20, 30) mit einer Elektrode (40, 45, 50, 55) oder mehreren gleichpoligen Elektroden (40, 45, 50, 55) der Energiespeicherzelle vorgesehen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkollektor (10, 20, 30) in Form einer Schicht mit sich entlang einer ersten Richtung (R1, R21, R31) veränderlicher Schichtdicke (D1, D21, D31) ausgebildet ist, wobei ein Verlauf der Schichtdicke (D1, D21, D31) entlang der ersten Richtung (R1, R21, R31) einer mit wachsendem Abstand zu einem zweiten der zwei Endbereiche (15, 16) monoton steigenden oder streng monoton steigenden ersten Funktion entspricht, wobei sich die erste Richtung (R1, R21, R31) von dem zweiten Endbereich (16) zu dem ersten Endbereich (15) erstreckt und senkrecht zu der Schichtdicke (D1, D21, D31) verläuft und der Abstand zum zweiten Endbereich (16) entlang der ersten Richtung (R1, R21, R31) verläuft.A current collector (10, 20, 30) for an energy storage cell for storing electrical energy, wherein the current collector (10, 20, 30) has a contacting region, referred to as tab (11), which is connected to a first of two opposite end regions (15, 16). of the current collector (10, 20, 30) and arranged for connecting the current collector (10, 20, 30) with an electrode (40, 45, 50, 55) or more gleichpoligen electrodes (40, 45, 50, 55) of the energy storage cell characterized in that the current collector (10, 20, 30) is designed in the form of a layer with a variable layer thickness (D1, D21, D31) along a first direction (R1, R21, R31), a progression of the layer thickness ( D1, D21, D31) along the first direction (R1, R21, R31) corresponds to a monotonically increasing or strictly monotonously increasing first function with increasing distance to a second of the two end regions (15, 16), the first direction (R1, R1, R21, R31) of d em second end region (16) extends to the first end region (15) and perpendicular to the layer thickness (D1, D21, D31) and the distance to the second end region (16) along the first direction (R1, R21, R31) extends. Stromkollektor (10, 20, 30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine entlang einer zweiten Richtung (R2) erfolgte Dimensionierung des Stromkollektors (10, 20, 30) einen konstanten Verlauf entlang der ersten Richtung (R1, R21, R31) aufweist, wobei die zweite Richtung (R2) senkrecht zu der ersten Richtung (R1, R21, R31) und der Schichtdicke (D1, D21, D31) verläuft.Current collector (10, 20, 30) after Claim 1 , characterized in that along a second direction (R2) dimensioning of the current collector (10, 20, 30) has a constant course along the first direction (R1, R21, R31), wherein the second direction (R2) perpendicular to the first direction (R1, R21, R31) and the layer thickness (D1, D21, D31). Stromkollektor (10, 20, 30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Funktion zumindest teilweise einer linearen Funktion entspricht.Current collector (10, 20, 30) after Claim 1 , characterized in that the first function at least partially corresponds to a linear function. Stromkollektor (10, 20, 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Funktion in einem ersten Bereich des Stromkollektors (10, 20, 30) einer kontanten Funktion und in einem zweiten Bereich des Stromkollektors (10, 20, 30) einer linearen Funktion entspricht, wobei der erste Bereich den ersten Endbereich (15) umfasst und der zweite Bereich den zweiten Endbereich (16) umfasst und unmittelbar nach dem ersten Bereich folgt.Current collector (10, 20, 30) according to one of the preceding claims, characterized in that the first function in a first region of the current collector (10, 20, 30) of a contant function and in a second region of the current collector (10, 20, 30 ) corresponds to a linear function, wherein the first region comprises the first end region (15) and the second region comprises the second end region (16) and follows immediately after the first region. Stromkollektor (10, 20, 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke (D1, D21, D31) an dem ersten Endbereich (15) einen maximalen Wert (L1) annimmt, wobei der maximale Wert (L1) der Schichtdicke (D1, D21, D31) größer als ein erster oder gleich einem ersten Schichtdickengrenzwert ist, wobei der erste Schichtdickengrenzwert als Quotient zwischen einem ersten Parameter und einem zweiten Parameter zu bestimmen ist, wobei der erste Parameter als Produkt zwischen einem Stromwert eines von dem Stromkollektor (10, 20, 30) bei Vorliegen einer Nennleistung der Energiespeicherzelle abzuführenden Stromes, einem spezifischen Widerstand des Stromkollektors (10, 20, 30) und einer entlang der ersten Richtung (R1, R21, R31) erfolgten Dimensionierung des Stromkollektors (10, 20, 30) zu bestimmen ist, wobei der zweite Parameter als Produkt zwischen einem maximal zulässigen Spannungswert eines sich zwischen den zwei Endbereichen (15, 16) einzustellenden Spannungsabfalls und einer entlang einer zweiten Richtung (R2) erfolgten Dimensionierung des Stromkollektors (10, 20, 30) zu bestimmen ist, wobei die zweite Richtung (R2) senkrecht zu der ersten Richtung (R1, R21, R31) und der Schichtdicke (D1, D21, D31) verläuft.Current collector (10, 20, 30) according to one of the preceding claims, characterized in that the layer thickness (D1, D21, D31) at the first end region (15) assumes a maximum value (L1), the maximum value (L1) of the Layer thickness (D1, D21, D31) is greater than a first or equal to a first layer thickness limit value, wherein the first layer thickness limit is to be determined as a quotient between a first parameter and a second parameter, wherein the first parameter as a product between a current value of one of the current collector (10, 20, 30) in the presence of a rated power of the energy storage cell dissipated current, a resistivity of the current collector (10, 20, 30) and along the first direction (R1, R21, R31) done dimensioning of the current collector (10, 20, 30), the second parameter being a product between a maximum allowable voltage value of an S to be set between the two end regions (15, 16) voltage drop and along a second direction (R2) dimensioning of the current collector (10, 20, 30) is to be determined, the second direction (R2) perpendicular to the first direction (R1, R21, R31) and the layer thickness (D1, D21, D31). Stromkollektor (10, 20, 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichtdicke (D1, D21, D31) an dem zweiten Endbereich (16) einen minimalen Wert (L0) annimmt, wobei der minimale Wert (L0) der Schichtdicke (D1, D21, D31) größer als ein zweiter oder gleich einem zweiten Schichtdickengrenzwert ist, wobei der zweite Schichtdickengrenzwert in Abhängigkeit eines minimal zulässigen Widerstandswertes eines elektrischen Widerstands des Stromkollektors (10, 20, 30) zu bestimmen ist oder einer in einem Herstellungsprozess des Stromkollektors (10, 20, 30) minimal erreichbaren Schichtdicke eines für den Stromkollektor (10, 20, 30) verwendeten Materials oder Materialgemisches entspricht.Current collector (10, 20, 30) according to one of the preceding claims, characterized in that the layer thickness (D1, D21, D31) at the second end region (16) assumes a minimum value (L0), the minimum value (L0) of the Layer thickness (D1, D21, D31) is greater than a second or equal to a second layer thickness limit, wherein the second layer thickness limit in dependence of a minimum allowable resistance value of an electrical resistance of the current collector (10, 20, 30) to determine or one in a manufacturing process of Current collector (10, 20, 30) corresponds to the minimum achievable layer thickness of a material or material mixture used for the current collector (10, 20, 30). Stromkollektor (10, 20, 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Stromkollektor (10, 20, 30) symmetrisch um die erste Richtung (R1, R21, R31) ausgebildet ist.Current collector (10, 20, 30) according to one of the preceding claims, characterized in that the current collector (10, 20, 30) is formed symmetrically about the first direction (R1, R21, R31). Energiespeicherzelle zum Speichern elektrischer Energie, wobei die Energiespeicherzelle mehrere Elektroden (40, 45, 50, 55) und wenigstens einen Stromkollektor (20, 30) nach einem der vorangehenden Ansprüche umfasst.Energy storage cell for storing electrical energy, wherein the energy storage cell comprises a plurality of electrodes (40, 45, 50, 55) and at least one current collector (20, 30) according to one of the preceding claims. Energiespeicherzelle nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Elektroden (40, 45, 50, 55) jeweils in Form einer Schicht mit konstanter Schichtdicke ausgebildet sind und zusammen mit dem wenigstens einen Stromkollektor (20, 30) einen Schichtaufbau (100) mit mehreren übereinander angeordneten Schichten bilden.Energy storage cell after Claim 8 , characterized in that the plurality of electrodes (40, 45, 50, 55) are each in the form of a layer with a constant layer thickness and together with the at least one current collector (20, 30) form a layer structure (100) with a plurality of layers arranged one above the other , Energiespeicherzelle nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schichtenaufbau (100) um eine zur ersten Richtung (R21, R31) eines des wenigstens einen Stromkollektors (20, 30) parallel verlaufende Achse entlang einer zweiten Richtung zu einer Rolle aufgewickelt ist, wobei die zweite Richtung senkrecht zu der ersten Richtung (R21, R31) und der Schichtdicke (D21, D31) des jeweiligen Stromkollektors (20, 30) verläuft.Energy storage cell after Claim 9 , characterized in that the layer structure (100) is wound around a roll parallel to the first direction (R21, R31) of one of the at least one current collectors (20, 30) along a second direction to form a roll second direction perpendicular to the first direction (R21, R31) and the layer thickness (D21, D31) of the respective current collector (20, 30) extends. Energiespeicherzelle nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Stromkollektor (20, 30) mehrere Stromkollektoren (20, 30) aufweist, die untereinander gleich ausgebildet sind.Energy storage cell according to one of Claims 8 to 10 , characterized in that the at least one current collector (20, 30) a plurality of current collectors (20, 30) which are formed equal to each other. Energiespeicherzelle nach einem der Ansprüche 8 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der wenigstens eine Stromkollektor (20, 30) wenigstens einen ersten Stromkollektor (20) und wenigstens einen zweiten Stromkollektor (30) aufweist, wobei der wenigstens eine Tab des wenigstens einen ersten Stromkollektors (20) und der wenigstens eine Tab des wenigstens einen zweiten Stromkollektors (30) an zwei einander entgegengesetzten Endbereichen der Energiespeicherzelle angeordnet sind.Energy storage cell according to one of Claims 8 to 11 characterized in that the at least one current collector (20, 30) comprises at least a first current collector (20) and at least one second current collector (30), the at least one tab of the at least one first current collector (20) and the at least one tab of the at least one second current collector (30) are arranged on two mutually opposite end regions of the energy storage cell. Energiespeicherzelle nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die mehreren Elektroden (40, 45, 50, 55) wenigstens eine erste Elektrode (40, 45) und wenigstens eine zweite Elektrode (50, 55) aufweisen, wobei die wenigstens eine erste Elektrode (40, 45) und die wenigstens eine zweite Elektrode (50, 55) unterschiedliche Polaritäten aufweisen, wobei der wenigstens eine erste Stromkollektor (20) an der wenigstens einen ersten Elektrode (40, 45) angrenzt und der wenigstens eine zweite Stromkollektor (30) an der wenigsten einen zweiten Elektrode (50, 55) angrenzt.Energy storage cell after Claim 12 characterized in that the plurality of electrodes (40, 45, 50, 55) comprise at least a first electrode (40, 45) and at least a second electrode (50, 55), the at least one first electrode (40, 45) and said at least one second electrode (50, 55) having different polarities, said at least one first current collector (20) adjacent said at least one first electrode (40, 45) and said at least one second current collector (30) at least a second electrode (50, 55) adjoins. Energiespeicherzelle nach einem der Ansprüche 8 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Energiespeicherzelle einen Separator (60) umfasst und in Form einer elektrochemischen Energiespeicherzelle, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, ausgebildet ist, wobei der Separator (60) zwischen zwei Elektroden (40, 50) der mehreren Elektroden (40, 45, 50, 55) angeordnet ist und die zwei Elektroden (40, 50) unterschiedliche Polaritäten aufweisen.Energy storage cell according to one of Claims 8 to 13 , characterized in that the energy storage cell comprises a separator (60) and in the form of an electrochemical energy storage cell, in particular a lithium-ion battery is formed, wherein the separator (60) between two electrodes (40, 50) of the plurality of electrodes (40 , 45, 50, 55) and the two electrodes (40, 50) have different polarities.
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