EP2695221A1 - Electrochemical cell for storing electrical energy - Google Patents

Electrochemical cell for storing electrical energy

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EP2695221A1
EP2695221A1 EP12711116.9A EP12711116A EP2695221A1 EP 2695221 A1 EP2695221 A1 EP 2695221A1 EP 12711116 A EP12711116 A EP 12711116A EP 2695221 A1 EP2695221 A1 EP 2695221A1
Authority
EP
European Patent Office
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electrochemical cell
electrode stack
cell
volume
volume compensating
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP12711116.9A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Felix Dunkel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Li Tec Battery GmbH
Original Assignee
Li Tec Battery GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Li Tec Battery GmbH filed Critical Li Tec Battery GmbH
Publication of EP2695221A1 publication Critical patent/EP2695221A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates generally to electrochemical cells for storing electrical energy.
  • the invention will be described in the context of rechargeable batteries.
  • the invention may be used regardless of the structure of the electrochemical cell, its chemistry, and also regardless of the type of the supplied application.
  • each battery cell contacted a wall of the battery cell pocket and between the two battery cells an intermediate piece is arranged, which serves to improve the contact between the battery cells and the walls of the battery cell pocket for better heat dissipation.
  • the entire contents of the priority application DE 10 201 1 015 830.8 by reference is part of the present application.
  • the invention is therefore based on the object, an improved
  • the electrochemical cell according to the invention for storing electrical energy has at least one electrode stack which contains at least two electrode sheets and at least one separator sheet arranged therebetween.
  • the separator sheet separates the electrodes from one another and can at least partially receive an electrolyte.
  • the separator sheet separates the electrodes from one another and can at least partially receive an electrolyte.
  • an electrochemical cell means a device which also serves to store chemical energy and to deliver electrical energy. Also, the electrochemical cell may be configured to convert and store electrical energy when charging into chemical energy. This is also referred to as a secondary cell or an accumulator.
  • a volume compensating device is to be understood as a one-part or multi-part device which, under the influence of an external force, preferably undergoes a so-called elastic deformation depending on the temperature.
  • the volume balancing device sets the force acting on it from outside a corresponding
  • a volume compensating device is also intended to be a substantially elastic one
  • the type and / or the size of an exerted force of this at least one volume compensating device is preferably essentially dependent on its temperature and the ambient pressure acting on it.
  • the type and / or the size of the force exerted by the volume compensation device can be preset by its geometric shape and / or the material from which it is made.
  • the temperature-dependent force of the volume compensation device for a constant ambient pressure is preferably described at least in intervals by at least one mathematical function.
  • the volume compensating means is made of a material having an open microstructure. This material has, in addition to the elastic properties of the volume balancing device, a structure which the
  • the volume balancing device preferably adjacent
  • the volume compensating device of this embodiment may preferably have a planar design.
  • Exemplary open microstructure materials are porous materials such as nonwovens, foams, or resilient plastics with a porous nature
  • the volume compensation device has an open macrostructure.
  • the material of the volume compensating device of this embodiment, in addition to the elastic properties of the volume balancing device may also have a closed microstructure.
  • An open macrostructure can be obtained, for example, by a lattice-shaped design of the volume compensation device or by another structure of the volume compensation device characterized by larger openings, which ensures that the area between the two electrodes which is open through the openings is smaller than that of the bulk material.
  • Compensating device covered and thus closed area is large, preferably greater than 50%, preferably greater than 70% and particularly preferably greater than 85%. Also, by such a volume compensation device with an open macro-structure of the charge exchange within the electrochemical cell or between the two, the volume balancing device is preferably adjacent
  • the volume compensation device is designed in several parts.
  • the volume compensating device is formed by a plurality of small elastic objects compared to the dimensions of the electrode stack, which are preferably arranged distributed uniformly preferably on a single layer of the electrode stack.
  • the volume compensating device can be formed by uniformly shaped moldings, which may be, for example, rod-shaped or formed by irregularly shaped moldings, such as, for example, granules.
  • the volume compensating device preferably covers the surface of the electrode stack at least in regions. It should be distinguished whether it is a prismatic cell, which has an undeformed electrode stack, or a wound cell, which wound one
  • Electrode stack This may for example be spirally, Z-shaped, S-shaped or wound in some other way to another form. While it is preferred in a prismatic cell that the volume balancing means cover the surface of the electrode stack uniformly over the entire area so as to evenly balance the volume change operations within the electrochemical cell over its entire area, it may be advantageous in a wound cell Cover area of the electrode stack only partially, in order to achieve a uniform volume balance in the wound state.
  • a plurality of volume compensating means are suitably arranged between different layers of the electrode stack.
  • the volume compensation device is arranged centrally or symmetrically in the electrode stack in order to obtain a uniform contact pressure of the
  • insertion can support uniform contact pressure.
  • these may be the volume balancing devices that are arranged in multiple layers of the electrode stack during the
  • volume compensation preferred. Likewise, it is possible to adjust the volume compensation capability of the volume balancing device by the material and the material thickness of the volume balancing device and by varying the parameters material, shape, arrangement in a layer and
  • the volume compensation device is arranged on the first and / or the last layer of the electrode stack. Such an arrangement has the advantage that the volume compensation device acts almost directly opposite the environment of the electrode stack.
  • the volume compensation device forms the winding core of a wound electrode stack.
  • a preferably dimensionally stable volume compensation device preferably serves for shaping the electrode stack.
  • a transversely arranged to the winding direction for example, cylindrical volume balancing device form the core of a cylindrical electrochemical cell.
  • the core z. B a preferably Z-shaped wound or embarked, preferably cuboid cell.
  • the core z. B a preferably Z-shaped wound or embarked, preferably cuboid cell.
  • Volume compensation device to a non-dimensionally stable element. This preferably expands irregularly starting from the position at which it has been introduced into the electrode stack. Strengthens such a non-dimensionally stable element at such locations within the
  • Such a volume compensating device preferably has a lower modulus of elasticity than an elastomer of preferably less than 100 N / mm 2 and particularly preferably less than 10 N / mm 2 .
  • the consistency is, for example, rather gelatinous.
  • a device for storing electrical energy which has at least one electrochemical cell according to the invention.
  • the device according to the invention also has at least one
  • the cell holding device has at least one first wall element which at least partially surrounds the interior of the cell holding device and which is at least partially operatively connected to the at least one electrochemical cell.
  • the volume compensation device serves in particular
  • volume changes of the electrochemical cell which are caused in particular by charging and discharging of the cell, to compensate in relation to a cell-holding device, so that the cell is preferably uniformly frictionally engaged or frictionally engaged with a cell holding device.
  • a cell holding device is to be understood as a device which has an inner space and at least one first wall element at least partially surrounding this inner space.
  • the wall element can also completely enclose this interior. is this wall element itself executed rigid, so is the
  • Cell holding device also referred to as a so-called hard case.
  • this is optionally surrounded at the same time with other cell holding devices by a preferably rigidly executed housing, which
  • the interior of a cell holder is preferably configured to at least partially accommodate the at least one electrochemical cell.
  • the interior space is designed in such a way that, in addition to the at least one electrochemical cell, it accommodates further devices, in particular measuring devices or control devices.
  • devices are also preferably arranged for the conductive connection of the outer space of the cell holding device to the electrochemical cell.
  • the at least one recorded electrochemical cell and at least the further recorded devices are preferably enclosed non-positively and / or thermally conductively by this cell holding device.
  • the at least one electrochemical cell is enclosed by the cell holding device in such a way that at least a first outer surface of the adjoining cell envelope at least partially forms a solid-body, solid-state contact with at least the first wall element.
  • the electrochemical cell is preferably held vibration-proof in the cell holding device. It is also advantageous in this arrangement that dissipated thermal energy from the electrochemical cell is passed directly without further solid-state solid state contacts directly to the outside of the cell holder.
  • at least the first wall element of the cell holding device consists of a highly heat-conductive material such as preferably a metal, and particularly preferably
  • the volume compensation device preferably regulates the contact pressure of the at least one
  • electrochemical cell to at least the first wall element preferably to a constant value.
  • volume changes of the electrochemical cell which are unavoidable during charging and / or discharging cycles, are at least partially compensated by this volume compensating device.
  • a volume reduction of the at least one electrochemical cell during the discharge cycle is preferably achieved by a corresponding increase in volume of at least the associated volume flow rate. Balancing device balanced and the thermally conductive
  • the volume compensation device preferably regulates the contact pressure of the at least one electrochemical cell with at least the first one
  • Wall element preferably to a constant value.
  • Another aspect of the invention relates to a method for producing an electrochemical cell according to the invention.
  • an electrode stack is prepared by alternately placing an electrode sheet on a separator sheet.
  • the electrode and separator sheets have substantially the same extension, so that the leaves cover substantially.
  • a second step between one or more electrode and
  • an electrolyte is supplied to the electrode stack. This can be done, for example, by soaking the electrode stack in one
  • the electrode stack is sealed liquid and gas tight.
  • the current conductors required for the function of the electrochemical cell for example, directly from the electrode sheets through the Envelope may be led to the outside or contact as an outwardly guided part of the enclosure of the electrochemical cell, the electrode sheets within the enclosure and provide a conductive connection through the enclosure.
  • FIG. 1 shows an exemplary electrode stack with an open microstructure volume compensator
  • FIG. 2 shows an exemplary electrode stack with a volume compensation device with an open macrostructure
  • FIG. 3 shows an exemplary electrode stack with a multipartite electrode stack
  • FIG. 4 shows a further exemplary electrode stack with a
  • FIG. 5 shows an exemplary electrode stack in the manufacture of a
  • FIG. 6 shows a further exemplary electrode stack in the case of FIG.
  • FIG. 7 shows a further exemplary electrode stack of a winding cell with a dimensionally stable volume compensation device
  • Fig. 8 shows an exemplary electrode stack, which in a
  • Fig. 9 shows another exemplary electrode stack, which in a
  • Fig. 10 shows an exemplary device for storing energy.
  • FIG. 1 shows an exemplary electrode stack 3, which is constructed from alternately arranged electrode sheets 4 and separator sheets 5.
  • This volume compensator 2 has an open microstructure so as not to interfere with the charge exchange between the two adjacent electrode sheets 4.
  • FIG. 2 shows an exemplary electrode stack 3 which, like the electrode stack 3 shown in FIG. 1, is arranged alternately
  • Electrode sheets 4 and separator sheets 5 is constructed. Below the uppermost separator sheet 5 is also in this electrode stack 3 a
  • Volume compensation device 2 is arranged. This volume compensation device 2 is formed in a grid shape. Thus, the volume balancing device 2 has an open macrostructure, which the
  • FIG. 3 also shows an exemplary electrode stack 3, which, like the electrode stack 3 shown in FIGS. 1 and 2, alternates
  • a volume compensating device 2 is also arranged in this electrode stack 3. This exemplary
  • Volume equalizer 2 is a multi-part, of irregularly shaped formed elastic bodies.
  • the volume compensation device 2 also allows the exemplary shown in FIG.
  • FIG. 4 shows a cross section through an exemplary electrode stack 3, which is composed of a folded to sheets separator sheet 5 and arranged between the layers of electrode sheets 4.
  • a volume compensation device 2 is arranged, which is formed by three rod-shaped elements inserted transversely to the cutting plane.
  • this volume compensating device 2 it may be necessary for this volume compensating device 2 to have an open microstructure.
  • FIG. 5 shows an exemplary electrode stack 3 of a winding cell which is currently undergoing the winding process. At one end of the electrode stack 3, which is constructed of foil-like electrode sheets 4 and separator sheets 5 arranged therebetween, is transverse to the longitudinal direction of the electrode stack 3.
  • Electrode stack 3 a dimensionally stable cylindrical volume compensation device 2 is arranged, which the winding core of the
  • the winding core forms electrochemical cell. After winding the electrode stack 3, the winding core forms a volume compensation device, which
  • Compensates for volume changes of the electrochemical cell and provides a dimensionally stable fit of the cell within a cell holder.
  • FIG. 6 shows a further exemplary electrode stack 3, whose
  • a multi-part volume balancing device 2 is arranged in the form of granules, which consists of irregularly shaped, compared to the extension of the electrode stack formed small parts.
  • the volume compensator 2 distributes over the entire circumference of the wound cell, whereby the volume balancing processes take place closer to the outer skin of the electrochemical cell 1.
  • FIG. 7 shows a wound cell, which is produced analogously to the embodiment of FIG. 5, with the difference that the inserted winding core, and thus the volume compensating device 2, is not cylindrical but parallelepiped-shaped. This creates a substantially
  • FIG. 8 shows the electrochemical cell 1 from FIG. 7, which is shown accommodated in the interior 12 of a cell holding device 11. Im loaded
  • the exemplary electrochemical cell 1 reaches its largest volume.
  • the cell holding device 1 1 is dimensionally stable, so that the volume compensation device 2 experiences an elastic deformation.
  • the exemplary electrochemical cell 1 reaches its lowest volume, so that the volume compensating device 2 can expand, thereby ensuring large-area contact between the electrochemical cell 1 and the wall elements 13 of the cell holding device 11.
  • FIG. 9 shows an electrochemical cell produced from an unwrapped electrode stack 3, wherein it is arranged between the edges
  • Electrode sheets 4 are also arranged two sheet-like volume compensating means 2. The elasticity forces of this
  • Volume compensation device 2 act in contrast to the embodiment shown in Figure 8 only in the stacking direction of the electrode stack 3 of
  • FIG. 10 shows an exemplary device for storing energy, the cell holding device 11 being arranged separately from the electrochemical cell 1 for better illustration.
  • the cell holding device 11 has a wall element 13 which surrounds the interior 12 of the cell holding device 11. The dimensions of the electrochemical cell 1 and the
  • Cell holding device 1 1 are coordinated so that the
  • electrochemical cell 1 which has a volume compensation device 2, in the discharged state can be positively received in the cell holder 1 1, wherein a large-area contact between the electrochemical cell 1 and the wall element 13 of
  • Cell holding device 11 is present. If the electrochemical cell 1 increases its volume during the charging process, these volume forces act on the volume compensation device 2, which is elastically pretensioned, thereby reducing its volume. Thus, a continuous large-area contact between the electrochemical cell 1 and the cell holder 11 is produced.

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Abstract

The invention relates to an electrochemical cell for storing electrical energy, comprising at least one electrode stack, which contains at least two electrode sheets and at least one separator sheet arranged therebetween, wherein the electrochemical cell comprises at least one volume-compensating device.

Description

Elektrochemische Zelle zum Speichern elektrischer Energie  Electrochemical cell for storing electrical energy
Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein elektrochemische Zellen zum Speichern elektrischer Energie. Die Erfindung wird im Zusammenhang mit wiederaufladbaren Batterien beschrieben. Die Erfindung kann unabhängig vom Aufbau der elektrochemischen Zelle, deren Chemie, und auch unabhängig von der Art der versorgten Anwendung Verwendung finden. The present invention relates generally to electrochemical cells for storing electrical energy. The invention will be described in the context of rechargeable batteries. The invention may be used regardless of the structure of the electrochemical cell, its chemistry, and also regardless of the type of the supplied application.
Aus dem Stand der Technik sind wiederaufladbare Batterien mit Rechargeable batteries are known from the prior art
elektrochemischen Zellen z. B. zur Versorgung von Kfz-Antrieben bekannt. Während des Betriebs von derartigen elektrochemischen Zellen treten electrochemical cells z. B. for supplying motor vehicle drives known. During operation of such electrochemical cells occur
Veränderungen des Zellvolumens auf, welche den Kontakt zwischen der Zelle und einem diese umgebenden Gehäuse beeinflussen, wodurch sich die Changes in the cell volume, which affect the contact between the cell and a surrounding housing, causing the
Möglichkeit zur Kühlung der elektrochemischen Zelle verschlechtert, was zu Schäden an der Zelle führen kann. Durch unzureichenden Kontakt zwischen der Zelle und einem diese umgebendes Gehäuse kann es ferner auch durch Bewegungseinflüsse wie z. B. Fahrzeugvibrationen zu Schäden an der Zelle kommen. Solche Schäden führen häufig zu unumkehrbaren chemischen Reaktionen in der elektrochemischen Zelle, welche die Lebensdauer der Zelle verkürzen. Possibility of cooling the electrochemical cell deteriorates, which can lead to damage to the cell. Due to insufficient contact between the cell and a surrounding housing, it may also be affected by movement such. B. vehicle vibrations to damage the cell. Such damage often leads to irreversible chemical reactions in the electrochemical cell, which shorten the life of the cell.
Aus der DE 10 2010 019 747 A1 ist beispielsweise eine Batterie für ein From DE 10 2010 019 747 A1, for example, a battery for a
Kraftfahrzeug mit zwei Batteriezellen in einer Batteriezellentasche bekannt, wobei jede Batteriezelle eine Wand der Batteriezellentasche kontaktiert und zwischen den zwei Batteriezellen ein Zwischenstück angeordnet ist, das dazu dient, zur besseren Wärmeabfuhr den Kontakt zwischen den Batteriezellen und den Wänden der Batteriezellentasche zu verbessern. Hiermit wird der gesamte Inhalt der Prioritätsanmeldung DE 10 201 1 015 830.8 durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Anmeldung. Motor vehicle with two battery cells in a battery cell pocket known, each battery cell contacted a wall of the battery cell pocket and between the two battery cells an intermediate piece is arranged, which serves to improve the contact between the battery cells and the walls of the battery cell pocket for better heat dissipation. Hereby, the entire contents of the priority application DE 10 201 1 015 830.8 by reference is part of the present application.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine verbesserte The invention is therefore based on the object, an improved
elektrochemische Zelle zu schaffen, die Veränderungen des Volumens der Zellen ausgleicht und so eine verlängerte Lebensdauer der Zelle ermöglicht, ferner soll auch eine Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie mit einer solchen elektrochemischen Zelle und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen elektrochemischen Zelle vorgeschlagen werden. To provide an electrochemical cell, which compensates for changes in the volume of the cells and thus allows a prolonged life of the cell, also an apparatus for storing electrical energy with such an electrochemical cell and a method for producing such an electrochemical cell should be proposed.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch den Gegenstand des unabhängigen Anspruchs gelöst. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind This object is achieved by the subject of the independent claim. Preferred developments of the invention are
Gegenstand der Unteransprüche. Subject of the dependent claims.
Die erfindungsgemäße elektrochemische Zelle zum Speichern von elektrischer Energie weist wenigstens einen Elektroden Stapel auf, der wenigstens zwei Elektrodenblätter und wenigstens ein dazwischen angeordnetes Separatorblatt enthält. Das Separatorblatt trennt die Elektroden voneinander und kann zumindest teilweise einen Elektrolyten aufnehmen. Bevorzugt weist der The electrochemical cell according to the invention for storing electrical energy has at least one electrode stack which contains at least two electrode sheets and at least one separator sheet arranged therebetween. The separator sheet separates the electrodes from one another and can at least partially receive an electrolyte. Preferably, the
Elektrodenstapel mehrere Schichten von Elektrodenblättern und Electrode stack several layers of electrode sheets and
Separatorblättern auf, wobei die Elektroden gleicher Polarität jeweils Separator leaves on, with the electrodes of the same polarity respectively
vorzugsweise elektrisch miteinander verbunden, insbesondere parallel geschaltet sind. Die Elektrodenblätter sind beispielsweise aus einem eher starren, plattenförmigen Material oder aus einem weichen, folienartigen Material ausgebildet und sind bevorzugt im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet. Der Elektrodenstapel kann auch gewickelt sein und beispielsweise eine im wesentlichen zylindrische Gestalt besitzen. Der Begriff Elektrodenstapel soll auch Elektrodenwickel beinhalten. Der Elektrodenstapel kann Lithium oder ein anderes Alkalimetall auch in ionischer Form aufweisen. Im Sinne der Erfindung ist unter einer elektrochemischen Zelle eine Einrichtung zu verstehen, welche auch zur Speicherung chemischer Energie und zur Abgabe elektrischer Energie dient. Auch kann die elektrochemische Zelle ausgestaltet sein, elektrische Energie beim Laden in chemische Energie umzuwandeln und zu speichern. Man spricht dann auch von einer Sekundärzelle oder einem Akkumulator. preferably electrically connected to each other, in particular are connected in parallel. The electrode sheets are formed for example of a rather rigid, plate-shaped material or of a soft, sheet-like material and are preferably arranged substantially parallel to each other. The electrode stack may also be wound and, for example, have a substantially cylindrical shape. The term electrode stack is also intended to include electrode coils. The electrode stack may also comprise lithium or another alkali metal in ionic form. For the purposes of the invention, an electrochemical cell means a device which also serves to store chemical energy and to deliver electrical energy. Also, the electrochemical cell may be configured to convert and store electrical energy when charging into chemical energy. This is also referred to as a secondary cell or an accumulator.
Als Volumen-Ausgleichseinrichtung soll im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung eine einteilige oder mehrteilige Einrichtung verstanden werden, die unter Einwirkung einer äußeren Kraft bevorzugt temperaturabhängig eine so genannte elastische Verformung erleidet. Die Volumen-Ausgleichseinrichtung setzt dabei der von außen auf sie wirkenden Kraft eine entsprechende In the context of the present invention, a volume compensating device is to be understood as a one-part or multi-part device which, under the influence of an external force, preferably undergoes a so-called elastic deformation depending on the temperature. The volume balancing device sets the force acting on it from outside a corresponding
Gegenkraft entgegen, welche mit fortschreitender Verformung der Volumen- Ausgleichseinrichtung wächst, so dass die Verformung schließlich im Counteracting force, which grows with progressive deformation of the volume compensating device, so that the deformation finally in
Kräftegleichgewicht zum Stillstand kommt. Beim Wegfall der äußeren Kraft bildet sich die Verformung der Volumen-Ausgleichseinrichtung vollständig zurück. Im Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung soll unter einer Volumen-Ausgleichseinrichtung auch eine im wesentlichen elastische Force equilibrium comes to a standstill. When eliminating the external force, the deformation of the volume balancing device is completely back. In the context of the present invention, a volume compensating device is also intended to be a substantially elastic one
Einrichtung verstanden werden, bei der ideale elastische Eigenschaften wenigstens annähernd gegeben sind. Vorzugsweise ist die Art und/ oder die Größe einer ausgeübten Kraft dieser wenigstens einen Volumen-Ausgleichseinrichtung im Wesentlichen von ihrer Temperatur und den auf sie wirkenden Umgebungsdruck abhängig. Vorteilhaft kann die Art und/ oder die Größe der ausgeübten Kraft der Volumen- Ausgleichseinrichtung durch ihre geometrische Form und/ oder den Werkstoff, aus dem diese gefertigt ist, voreingestellt werden. Vorzugsweise wird die temperaturabhängig ausgeübte Kraft der Volumen-Ausgleichseinrichtung für einen konstanten Umgebungsdruck wenigstens Intervallweise durch wenigstens eine mathematische Funktion beschrieben. In einer bevorzugten Ausführungsform besteht die Volumen- Ausgleichseinrichtung aus einem Material, welches eine offene Mikrostruktur aufweist. Dieses Material weist neben den elastischen Eigenschaften der Volumen-Ausgleichseinrichtung eine Struktur auf, welche den Device are understood in the ideal elastic properties are at least approximately given. The type and / or the size of an exerted force of this at least one volume compensating device is preferably essentially dependent on its temperature and the ambient pressure acting on it. Advantageously, the type and / or the size of the force exerted by the volume compensation device can be preset by its geometric shape and / or the material from which it is made. The temperature-dependent force of the volume compensation device for a constant ambient pressure is preferably described at least in intervals by at least one mathematical function. In a preferred embodiment, the volume compensating means is made of a material having an open microstructure. This material has, in addition to the elastic properties of the volume balancing device, a structure which the
Ladungsaustausch innerhalb der elektrochemischen Zelle bzw. zwischen den beiden, der Volumen-Ausgleichseinrichtung vorzugsweise benachbarten Charge exchange within the electrochemical cell or between the two, the volume balancing device preferably adjacent
Elektroden nicht beeinflusst. Aufgrund der offenen Mikrostruktur kann die Volumen-Ausgleichseinrichtung dieser Ausführungsform bevorzugt flächig ausgebildet sein. Beispielhafte Materialien mit offener Mikrostruktur sind poröse Werkstoffe, wie Vliese, Schaumstoffe oder elastische Kunststoffe mit poröserElectrodes not affected. Due to the open microstructure, the volume compensating device of this embodiment may preferably have a planar design. Exemplary open microstructure materials are porous materials such as nonwovens, foams, or resilient plastics with a porous nature
Struktur. Auch geeignete elastische, so genannte Hybrid-Materialien, welche den Ladungsaustausch innerhalb der elektrochemischen Zelle nicht behindern, sind zur Verwendung für eine erfindungsgemäße Volumen-Ausgleichseinrichtung geeignet. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist die Volumen- Ausgleichseinrichtung eine offene Makrostruktur auf. Das Material der Volumen- Ausgleichseinrichtung dieser Ausführungsform kann neben den elastischen Eigenschaften der Volumen-Ausgleichseinrichtung auch eine geschlossene Mikro-Struktur aufweisen. Eine offene Makrostruktur kann beispielsweise durch eine gitterförmige Gestaltung der Volumen-Ausgleichseinrichtung oder durch eine andere von größeren Durchbrechungen gekennzeichnete Struktur der Volumen-Ausgleichseinrichtung erhalten werden, welche gewährleistet, dass die durch die Durchbrechungen offene Fläche zwischen den beiden Elektroden im Vergleich zur von der Volumen-Ausgleichseinrichtung abgedeckte und damit geschlossene Fläche groß ist, vorzugsweise größer als 50%, bevorzugt größer als 70% und besonders bevorzugt größer als 85%. Auch durch eine solche Volumen-Ausgleichseinrichtung mit einer offenen Makro-Struktur wird der Ladungsaustausch innerhalb der elektrochemischen Zelle bzw. zwischen den beiden, der Volumen-Ausgleichseinrichtung vorzugsweise benachbarten Structure. Also suitable elastic, so-called hybrid materials, which do not hinder the exchange of charge within the electrochemical cell, are suitable for use for a volume compensation device according to the invention. In a further preferred embodiment, the volume compensation device has an open macrostructure. The material of the volume compensating device of this embodiment, in addition to the elastic properties of the volume balancing device may also have a closed microstructure. An open macrostructure can be obtained, for example, by a lattice-shaped design of the volume compensation device or by another structure of the volume compensation device characterized by larger openings, which ensures that the area between the two electrodes which is open through the openings is smaller than that of the bulk material. Compensating device covered and thus closed area is large, preferably greater than 50%, preferably greater than 70% and particularly preferably greater than 85%. Also, by such a volume compensation device with an open macro-structure of the charge exchange within the electrochemical cell or between the two, the volume balancing device is preferably adjacent
Elektroden, nicht beeinflusst. ln einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Volumen- Ausgleichseinrichtung mehrteilig ausgebildet. Bei einer ersten bevorzugten Ausführungsmöglichkeit wird die Volumen-Ausgleichseinrichtung von einer Vielzahl im Vergleich zu den Abmessungen des Elektrodenstapels kleinen elastischen Gegenständen gebildet, welche bevorzugt gleichmäßig auf vorzugsweise einer einzigen Schicht des Elektrodenstapels verteilt angeordnet sind. Die Volumen-Ausgleichseinrichtung kann dabei von gleichmäßig geformten Formkörpern, die beispielsweise stäbchenförmig ausgebildet sein können oder von ungleichmäßig geformten Formkörpern, wie beispielsweise einem Granulat gebildet sein. Bei einer zweiten bevorzugten Ausführungsmöglichkeit wird die Volumen-Ausgleichseinrichtung von mehreren in geeigneter Weise, Electrodes, not affected. In a further preferred embodiment, the volume compensation device is designed in several parts. In a first preferred embodiment, the volume compensating device is formed by a plurality of small elastic objects compared to the dimensions of the electrode stack, which are preferably arranged distributed uniformly preferably on a single layer of the electrode stack. The volume compensating device can be formed by uniformly shaped moldings, which may be, for example, rod-shaped or formed by irregularly shaped moldings, such as, for example, granules. In a second preferred embodiment, the volume balancing means of a plurality of suitable,
vorzugsweise flach geformten elastischen Einrichtungen gebildet, welche bevorzugt nebeneinander auf einer Schicht des Elektrodenstapels angeordnet sind. Die Volumen-Ausgleichseinrichtung deckt die Fläche des Elektrodenstapels bevorzugt wenigstens bereichsweise ab. Hierbei ist zu unterscheiden, ob es sich um eine prismatische Zelle, welche einen unverformten Elektrodenstapel aufweist, oder um eine Wickelzelle handelt, welche einen gewickelten preferably formed flat-shaped elastic means, which are preferably arranged side by side on a layer of the electrode stack. The volume compensating device preferably covers the surface of the electrode stack at least in regions. It should be distinguished whether it is a prismatic cell, which has an undeformed electrode stack, or a wound cell, which wound one
Elektrodenstapel aufweist. Dieser kann beispielsweise spiralförmig, Z-förmig, S- förmig oder in einer anderen Weise auch zu einer anderen Form gewickelt sein. Während es bei einer prismatischen Zelle bevorzugt ist, dass die Volumen- Ausgleichseinrichtung die Fläche des Elektrodenstapels gleichmäßig über den gesamten Bereich abdeckt, um die Volumenänderungsvorgänge innerhalb der elektrochemischen Zelle auch gleichmäßig über deren gesamte Fläche auszugleichen, kann es bei einer gewickelten Zelle vorteilhaft sein, die Fläche des Elektrodenstapels nur bereichsweise abzudecken, um im gewickelten Zustand einen gleichmäßigen Volumenausgleich zu erreichen. Having electrode stack. This may for example be spirally, Z-shaped, S-shaped or wound in some other way to another form. While it is preferred in a prismatic cell that the volume balancing means cover the surface of the electrode stack uniformly over the entire area so as to evenly balance the volume change operations within the electrochemical cell over its entire area, it may be advantageous in a wound cell Cover area of the electrode stack only partially, in order to achieve a uniform volume balance in the wound state.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle werden in geeigneter Weise mehrere Volumen-Ausgleichseinrichtungen zwischen verschiedenen Schichten des Elektrodenstapels angeordnet. Bevorzugt wird die Volumen-Ausgleichseinrichtung mittig oder symmetrisch im Elektrodenstapel angeordnet, um eine gleichmäßige Anpressung der In a further preferred embodiment of the electrochemical cell, a plurality of volume compensating means are suitably arranged between different layers of the electrode stack. Preferably, the volume compensation device is arranged centrally or symmetrically in the electrode stack in order to obtain a uniform contact pressure of the
darüberliegenden Schichten zu ermöglichen. Auch eine asymmetrische To allow overlying layers. Also an asymmetric
Einbringung kann jedoch je nach Ausbildung des Elektrodenstapels und der hieraus hergestellten elektrochemischen Zelle bzw. einer diese aufnehmenden Halteeinrichtung, eine gleichmäßige Anpressung unterstützen. Einer oder mehrerer Hierbei können sich die Volumen-Ausgleichseinrichtungen, die in mehreren Schichten des Elektrodenstapels angeordnet sind, beim However, depending on the design of the electrode stack and the electrochemical cell produced therefrom, or a holding device accommodating the same, insertion can support uniform contact pressure. One or more of these may be the volume balancing devices that are arranged in multiple layers of the electrode stack during the
Volumenausgleich bevorzugt ergänzen. Ebenso ist es möglich, die Fähigkeit zum Volumenausgleich der Volumen-Ausgleichseinrichtung durch das Material und die Materialdicke der Volumen-Ausgleichseinrichtung einzustellen und durch Variation der Parameter Material, Form, Anordnung in einer Schicht und Add volume compensation preferred. Likewise, it is possible to adjust the volume compensation capability of the volume balancing device by the material and the material thickness of the volume balancing device and by varying the parameters material, shape, arrangement in a layer and
Anordnung in verschiedenen Schichten die Volumen-Ausgleichseinrichtung entsprechend den gewünschten Eigenschaften hinsichtlich des Arrangement in different layers, the volume compensation device according to the desired properties in terms of
Volumenausgleichs der elektrochemischen Zelle auszulegen. Volume compensation of the electrochemical cell interpret.
Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der elektrochemischen Zelle ist die Volumen-Ausgleichseinrichtung auf der ersten und/ oder der letzten Schicht des Elektrodenstapels angeordnet. Eine solche Anordnung weist den Vorteil auf, dass die Volumen-Ausgleichseinrichtung nahezu unmittelbar gegenüber der Umgebung des Elektrodenstapels wirkt. In a further preferred embodiment of the electrochemical cell, the volume compensation device is arranged on the first and / or the last layer of the electrode stack. Such an arrangement has the advantage that the volume compensation device acts almost directly opposite the environment of the electrode stack.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform bildet die Volumen- Ausgleichseinrichtung den Wickelkern eines gewickelten Elektrodenstapels. Hierbei dient eine bevorzugt formstabile Volumen-Ausgleichseinrichtung vorzugsweise zur Formgebung des Elektrodenstapels. So kann eine quer zur Wickelrichtung angeordnete, beispielsweise zylinderförmige Volumen- Ausgleichseinrichtung den Kern einer zylinderförmigen elektrochemischen Zelle bilden. Vorzugsweise bildet eine flache, im wesentlichen rechteckige, in In a further preferred embodiment, the volume compensation device forms the winding core of a wound electrode stack. In this case, a preferably dimensionally stable volume compensation device preferably serves for shaping the electrode stack. Thus, a transversely arranged to the winding direction, for example, cylindrical volume balancing device form the core of a cylindrical electrochemical cell. Preferably, a flat, substantially rectangular, forms in
Richtung ihrer Längserstreckung quer zur Wickelrichtung angeordnete Volumen- Ausgleichseinrichtung den Kern z. B. einer bevorzugt Z-förmig gewickelten bzw. eingeschlagenen, vorzugsweise quaderförmigen Zelle. Bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der Direction of their longitudinal extent arranged transversely to the winding volume compensation device the core z. B. a preferably Z-shaped wound or embarked, preferably cuboid cell. In a further preferred embodiment, the
Volumen-Ausgleichseinrichtung um ein nicht formstabiles Element. Dieses dehnt welches sich bevorzugt unregelmäßig ausgehend von der Position aus, an der es in den Elektrodenstapel eingebracht worden ist. Verstärkt dehnt sich ein solches, nicht formstabiles Element an solchen Stellen innerhalb des Volume compensation device to a non-dimensionally stable element. This preferably expands irregularly starting from the position at which it has been introduced into the electrode stack. Strengthens such a non-dimensionally stable element at such locations within the
Elektrodenstapels aus, an denen geringere Druckkräfte wirken. Bevorzugt weist eine solche Volumen-Ausgleichseinrichtung ein gegenüber einem Elastomer geringeres Elastizitätsmodul von bevorzugt weniger als 100 N/mm2 und besonders bevorzugt weniger als 10 N/mm2 auf. Die Konsistenz ist dabei beispielsweise eher gelartig. Electrode stack from where lower pressure forces act. Such a volume compensating device preferably has a lower modulus of elasticity than an elastomer of preferably less than 100 N / mm 2 and particularly preferably less than 10 N / mm 2 . The consistency is, for example, rather gelatinous.
Ferner wird eine Vorrichtung zum Speichern elektrischer Energie vorgeschlagen, welche wenigstens eine erfindungsgemäße elektrochemische Zelle aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist weiterhin wenigstens eine Furthermore, a device for storing electrical energy is proposed which has at least one electrochemical cell according to the invention. The device according to the invention also has at least one
Zellhalteeinrichtung mit wenigstens einem Innenraum auf, welche vorgesehen ist, die wenigstens eine elektrochemische Zelle wenigstens teilweise Cell holding device with at least one interior, which is provided, the at least one electrochemical cell at least partially
aufzunehmen. Weiterhin weist die erfindungsgemäße Zellhalteeinrichtung wenigstens ein erstes Wandungselement auf, welches den Innenraum der Zellhalteeinrichtung wenigstens teilweise umgibt und welches wenigstens bereichsweise mit der wenigstens einen elektrochemischen Zelle wirkverbunden ist. take. Furthermore, the cell holding device according to the invention has at least one first wall element which at least partially surrounds the interior of the cell holding device and which is at least partially operatively connected to the at least one electrochemical cell.
Die Volumen-Ausgleichseinrichtung dient insbesondere dazu, The volume compensation device serves in particular
Volumenänderungen der elektrochemischen Zelle, die insbesondere durch Lade- und Entladevorgänge der Zelle bedingt sind, im Verhältnis zu einer Zellhalteeinrichtung auszugleichen, damit die Zelle bevorzugt gleichmäßig kraft- bzw. reibschlüssig mit einer Zellhalteeinrichtung wirkverbunden ist. Volume changes of the electrochemical cell, which are caused in particular by charging and discharging of the cell, to compensate in relation to a cell-holding device, so that the cell is preferably uniformly frictionally engaged or frictionally engaged with a cell holding device.
Im Sinne der Erfindung ist unter einer Zellhalteeinrichtung eine Einrichtung zu verstehen, welche einen Innenraum und wenigstens ein diesen Innenraum wenigstens teilweise umgebendes erstes Wandungselement aufweist. Das Wandungselement kann diesen Innenraum auch vollständig umschließen. Ist dieses Wandungselement selbst biegesteif ausgeführt, so wird die For the purposes of the invention, a cell holding device is to be understood as a device which has an inner space and at least one first wall element at least partially surrounding this inner space. The wall element can also completely enclose this interior. is this wall element itself executed rigid, so is the
Zellhalteeinrichtung auch als so genanntes Hard-Case bezeichnet. Bei einer anderen bevorzugten Ausführungsform der Zellhalteeinrichtung ist diese gegebenenfalls gleichzeitig mit weiteren Zellhalteeinrichtungen von einem vorzugsweise biegesteif ausgeführten Gehäuse umgeben, welches Cell holding device also referred to as a so-called hard case. In another preferred embodiment of the cell holding device, this is optionally surrounded at the same time with other cell holding devices by a preferably rigidly executed housing, which
vorzugsweise weitere Einrichtungen wie insbesondere zur Temperierung der elektrochemischen Zellen aufweist. Der Innenraum einer Zellhalteeinrichtung ist vorzugsweise derart ausgestaltet, um die wenigstens eine elektrochemische Zelle wenigstens teilweise aufzunehmen. Vorzugsweise ist der Innenraum derart ausgestaltet, um zusätzlich zu der wenigstens einen elektrochemischen Zelle weitere Einrichtungen aufzunehmen, wie insbesondere Messeinrichtungen oder Steuereinrichtungen. Im Innenraum sind vorzugsweise auch Einrichtungen zur leitenden Verbindung des Außenraums der Zellhalteeinrichtung mit der elektrochemischen Zelle angeordnet. Die wenigstens eine aufgenommene elektrochemische Zelle und wenigstens die weiteren aufgenommenen Einrichtungen werden vorzugsweise von dieser Zellhalteeinrichtung kraftschlüssig und/ oder thermisch leitend umschlossen. Vorzugsweise wird die wenigstens eine elektrochemische Zelle derart von der Zellhalteeinrichtung umschlossen, dass wenigstens eine erste Außenfläche der beigeordneten Zellhülle wenigstens teilweise einen flächigen Festkörper- Festkörperkontakt mit wenigstens dem ersten Wandungselement ausbildet. Hierdurch wird die elektrochemische Zelle vorzugsweise vibrationsfest in der Zellhalteeinrichtung gehalten. Vorteilhaft ist bei dieser Anordnung auch, dass abzuführende thermische Energie aus der elektrochemischen Zelle direkt ohne weitere Festkörper-Festkörperkontakte unmittelbar an die Außenseite der Zellhalteeinrichtung geleitet wird. Bevorzugt besteht wenigstens das erste Wandungselement der Zellhalteeinrichtung aus einem hochwärmeleitenden Werkstoff wie vorzugsweise einem Metall und besonders bevorzugt aus preferably further devices such as in particular for temperature control of the electrochemical cells has. The interior of a cell holder is preferably configured to at least partially accommodate the at least one electrochemical cell. Preferably, the interior space is designed in such a way that, in addition to the at least one electrochemical cell, it accommodates further devices, in particular measuring devices or control devices. In the interior, devices are also preferably arranged for the conductive connection of the outer space of the cell holding device to the electrochemical cell. The at least one recorded electrochemical cell and at least the further recorded devices are preferably enclosed non-positively and / or thermally conductively by this cell holding device. Preferably, the at least one electrochemical cell is enclosed by the cell holding device in such a way that at least a first outer surface of the adjoining cell envelope at least partially forms a solid-body, solid-state contact with at least the first wall element. As a result, the electrochemical cell is preferably held vibration-proof in the cell holding device. It is also advantageous in this arrangement that dissipated thermal energy from the electrochemical cell is passed directly without further solid-state solid state contacts directly to the outside of the cell holder. Preferably, at least the first wall element of the cell holding device consists of a highly heat-conductive material such as preferably a metal, and particularly preferably
Aluminium. Insbesondere bei hoher thermischer Belastung der elektrochemische Zelle führt eine Unterbrechung bzw. Störung des thermischen Energieflusses zu einem Wärmestau innerhalb der elektrochemische Zelle und/ oder der Aluminum. In particular, at high thermal stress of the electrochemical cell leads to a disruption or disruption of the thermal energy flow to a heat accumulation within the electrochemical cell and / or
Zellhalteeinrichtung, wobei dadurch die Betriebstemperatur dieser Cell holding device, thereby the operating temperature of this
elektrochemische Zelle ansteigt. Insbesondere führen hohe electrochemical cell increases. In particular, high lead
Betriebstemperaturen einer elektrochemischen Zelle zu einer verkürzten Lebensdauer und damit auch zu einer geringeren Anzahl möglicher Lade- und Entladezyklen. Bei sehr hoher thermischer Belastung kann es z. B. in Lithium- Ionen-Akkumulatoren zu einem Schmelzen des Separators kommen, der den Akkumulator zerstört. Weiterhin verringert sich die Kapazität eines Lithium- Ionen-Akkumulators über die Zeit, insbesondere durch parasitäre Reaktionen des Lithiums mit dem Elektrolyten. Diese Zersetzungsgeschwindigkeit steigt mit zunehmender Temperatur.  Operating temperatures of an electrochemical cell to a shortened life and thus to a smaller number of possible charging and discharging cycles. At very high thermal stress, it may, for. B. come in lithium-ion batteries to a melting of the separator, which destroys the accumulator. Furthermore, the capacity of a lithium-ion battery decreases over time, in particular due to parasitic reactions of the lithium with the electrolyte. This decomposition rate increases with increasing temperature.
Vorzugsweise wird eine Volumenerhöhung der wenigstens einen Preferably, an increase in volume of the at least one
elektrochemischen Zelle beim Ladezyklus durch eine korrespondierende Volumenabsenkung wenigstens der beigeordneten Volumen- Ausgleichseinrichtung ausgeglichen und eine Verformung und/ oder Zerstörung der wenigstens einen elektrochemischen Zelle und/ oder wenigstens der Zellhalteeinrichtung verhindert. Vorzugsweise regelt die Volumen- Ausgleichseinrichtung den Anpressdruck der wenigstens einen balanced electrochemical cell during the charging cycle by a corresponding decrease in volume at least the adjoining volume compensation device and prevents deformation and / or destruction of at least one electrochemical cell and / or at least the cell holding device. The volume compensation device preferably regulates the contact pressure of the at least one
elektrochemischen Zelle an wenigstens das erste Wandungselement bevorzugt auf einen konstanten Wert. electrochemical cell to at least the first wall element preferably to a constant value.
Volumenänderungen der elektrochemischen Zelle, welche bei Lade- und/ oder Entladezyklen unvermeidbar sind, werden durch diese Volumen- Ausgleichseinrichtung wenigstens teilweise ausgeglichen. Der thermischeVolume changes of the electrochemical cell, which are unavoidable during charging and / or discharging cycles, are at least partially compensated by this volume compensating device. The thermal
Kontakt zwischen der wenigstens einen elektrochemischen Zelle und dem ersten Wandungselement wird durch die Volumen-Ausgleichseinrichtung verbessert und/ oder sichergestellt. Vorzugsweise wird eine Volumenabsenkung der wenigstens einen elektrochemischen Zelle beim Entladezyklus durch eine korrespondierende Volumenerhöhung wenigstens der beigeordneten Volumen- Ausgleichseinrichtung ausgeglichen und der thermisch leitende Contact between the at least one electrochemical cell and the first wall element is improved and / or ensured by the volume balancing device. A volume reduction of the at least one electrochemical cell during the discharge cycle is preferably achieved by a corresponding increase in volume of at least the associated volume flow rate. Balancing device balanced and the thermally conductive
Festkörperkontakt zwischen der wenigstens einen elektrochemische Zelle und wenigstens dem ersten Wandungselement auch in diesem Fall erhalten. Solid contact between the at least one electrochemical cell and at least the first wall element also obtained in this case.
Insbesondere führt ein zu geringer Anpressdruck der elektrochemischen Zelle an wenigstens das erste Wandungselement zu einer Unterbrechung bzw. In particular, too low a contact pressure of the electrochemical cell leads to at least the first wall element to an interruption or
Störung des thermischen Energieflusses zwischen der wenigstens einen elektrochemischen Zelle und wenigstens dem ersten Wandungselement. Disturbing the thermal energy flow between the at least one electrochemical cell and at least the first wall element.
Vorzugsweise regelt die Volumen-Ausgleichseinrichtung den Anpressdruck der wenigstens einen elektrochemischen Zelle an wenigstens das erste The volume compensation device preferably regulates the contact pressure of the at least one electrochemical cell with at least the first one
Wandungselement bevorzugt auf einen konstanten Wert. Wall element preferably to a constant value.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer erfindungsgemäßen elektrochemischen Zelle. In einem ersten Schritt wird ein Elektrodenstapel vorbereitet, indem abwechselnd ein Elektrodenblatt auf einem Separatorblatt angeordnet wird. Die Elektroden-und Separatorblätter weisen dabei im wesentlichen die gleiche Erstreckung auf, so dass sich die Blätter im wesentlichen decken. Während der Herstellung des Elektrodenstapels wird in einem zweiten Schritt zwischen einem oder mehreren Elektroden- und Another aspect of the invention relates to a method for producing an electrochemical cell according to the invention. In a first step, an electrode stack is prepared by alternately placing an electrode sheet on a separator sheet. The electrode and separator sheets have substantially the same extension, so that the leaves cover substantially. During the manufacture of the electrode stack, in a second step between one or more electrode and
Separatorblättern eine Volumen-Ausgleichseinrichtung geeigneter Form an einer geeigneten Stelle im Elektrodenstapel angeordnet. In einem dritten Schritt wird dem Elektrodenstapel ein Elektrolyt zugeführt. Dies kann beispielsweise durch Tränken des Elektrodenstapels in einer Separator leaves arranged a volume compensation device of suitable form at a suitable location in the electrode stack. In a third step, an electrolyte is supplied to the electrode stack. This can be done, for example, by soaking the electrode stack in one
Elektrolytlösung erfolgen, bei einer anderen Bauart einer elektrochemischen Zelle kann deren Elektrodenstapel bereits von bevorzugt einem Teil der Electrolytic solution carried out in another type of electrochemical cell whose electrode stack may already from preferably a part of
Umhüllung umgeben sein, in welche ein Elektrolyt eingebracht wird, der dann insbesondere von den Separatorblättern im Elektrodenstapel aufgenommen wird. Enclosed surrounding, in which an electrolyte is introduced, which is then received in particular by the separator sheets in the electrode stack.
In einem vierten Schritt wird der Elektrodenstapel flüssigkeits- und gasdicht verschlossen. Die für die Funktion der elektrochemischen Zelle erforderlichen Stromableiter können beispielsweise direkt von den Elektrodenblättern durch die Umhüllung nach außen geführt sein oder als nach außen geführter Teil der Umhüllung der elektrochemischen Zelle die Elektrodenblätter innerhalb der Umhüllung kontaktieren und eine leitende Verbindung durch die Umhüllung zur Verfügung stellen. Weitere Vorteile, Merkmale und Ausgestaltungen der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den Figuren. Es zeigt: In a fourth step, the electrode stack is sealed liquid and gas tight. The current conductors required for the function of the electrochemical cell, for example, directly from the electrode sheets through the Envelope may be led to the outside or contact as an outwardly guided part of the enclosure of the electrochemical cell, the electrode sheets within the enclosure and provide a conductive connection through the enclosure. Further advantages, features and embodiments of the present invention will become apparent from the following description taken in conjunction with the figures. It shows:
Fig. 1 zeigt einen beispielhaften Elektrodenstapel mit einer Volumen- Ausgleichseinrichtung mit offener Mikrostruktur; Fig. 2 zeigt einen beispielhaften Elektrodenstapel mit einer Volumen- Ausgleichseinrichtung mit offener Makrostruktur; FIG. 1 shows an exemplary electrode stack with an open microstructure volume compensator; FIG. FIG. 2 shows an exemplary electrode stack with a volume compensation device with an open macrostructure; FIG.
Fig. 3 zeigt einen beispielhaften Elektrodenstapel mit einer mehrteiligen FIG. 3 shows an exemplary electrode stack with a multipartite electrode stack
Volumen-Ausgleichseinrichtung;  Volume balancer;
Fig. 4 zeigt einen weiteren beispielhaften Elektrodenstapel mit einer 4 shows a further exemplary electrode stack with a
mehrteiligen Volumen-Ausgleichseinrichtung;  multi-part volume equalizer;
Fig. 5 zeigt einen beispielhaften Elektrodenstapel bei der Herstellung einer 5 shows an exemplary electrode stack in the manufacture of a
Wickelzelle mit einer formstabilen Volumen-Ausgleichseinrichtung;  Winding cell with a dimensionally stable volume compensation device;
Fig. 6 zeigt einen weiteren beispielhaften Elektrodenstapel bei der FIG. 6 shows a further exemplary electrode stack in the case of FIG
Herstellung einer Wickelzelle mit einer mehrteiligen Volumen- Ausgleichseinrichtung;  Production of a winding cell with a multi-part volume compensation device;
Fig. 7 zeigt einen weiteren beispielhaften Elektrodenstapel einer Wickelzelle mit einer formstabilen Volumen-Ausgleichseinrichtung; Fig. 8 zeigt einen beispielhaften Elektrodenstapel, welcher in einer 7 shows a further exemplary electrode stack of a winding cell with a dimensionally stable volume compensation device; Fig. 8 shows an exemplary electrode stack, which in a
Zellhalteeinrichtung angeordnet ist;  Cell holding device is arranged;
Fig. 9 zeigt einen weiteren beispielhaften Elektrodenstapel, welcher in einer Fig. 9 shows another exemplary electrode stack, which in a
Zellhalteeinrichtung angeordnet ist, und Fig. 10 zeigt eine beispielhafte Vorrichtung zum Speichern von Energie.  Cell holding device is arranged, and Fig. 10 shows an exemplary device for storing energy.
Figur 1 zeigt einen beispielhaften Elektrodenstapel 3, der aus abwechselnd angeordneten Elektrodenblättern 4 und Separatorblättern 5 aufgebaut ist. FIG. 1 shows an exemplary electrode stack 3, which is constructed from alternately arranged electrode sheets 4 and separator sheets 5.
Unterhalb des obersten Separatorblatts 5 ist eine Volumen- Ausgleichseinrichtung 2 angeordnet. Diese Volumen-Ausgleichseinrichtung 2 weist eine offene Mikrostruktur auf, um den Ladungsaustausch zwischen den beiden benachbarten Elektrodenblättern 4 nicht zu beeinträchtigen. Below the uppermost separator sheet 5, a volume compensating device 2 is arranged. This volume compensator 2 has an open microstructure so as not to interfere with the charge exchange between the two adjacent electrode sheets 4.
Figur 2 zeigt einen beispielhaften Elektrodenstapel 3, der genauso wie der in Figur 1 dargestellte Elektrodenstapel 3 aus abwechselnd angeordneten FIG. 2 shows an exemplary electrode stack 3 which, like the electrode stack 3 shown in FIG. 1, is arranged alternately
Elektrodenblättern 4 und Separatorblättern 5 aufgebaut ist. Unterhalb des obersten Separatorblatts 5 ist auch bei diesem Elektrodenstapel 3 eine Electrode sheets 4 and separator sheets 5 is constructed. Below the uppermost separator sheet 5 is also in this electrode stack 3 a
Volumen-Ausgleichseinrichtung 2 angeordnet. Diese Volumen- Ausgleichseinrichtung 2 ist gitterförmig ausgebildet. Damit weist die Volumen- Ausgleichseinrichtung 2 eine offene Makrostruktur auf, die den Volume compensation device 2 is arranged. This volume compensation device 2 is formed in a grid shape. Thus, the volume balancing device 2 has an open macrostructure, which the
Ladungsaustausch zwischen den beiden benachbarten Elektrodenblättern 4 ermöglicht. Charge exchange between the two adjacent electrode sheets 4 allows.
Auch Figur 3 zeigt einen beispielhaften Elektrodenstapel 3, der wie die in den Figuren 1 und 2 dargestellten Elektrodenstapel 3 aus abwechselnd FIG. 3 also shows an exemplary electrode stack 3, which, like the electrode stack 3 shown in FIGS. 1 and 2, alternates
angeordneten Elektrodenblättern 4 und Separatorblättern 5 aufgebaut ist. arranged electrode sheets 4 and separator sheets 5 is constructed.
Unterhalb des obersten Separatorblatts 5 ist auch bei diesem Elektrodenstapel 3 eine Volumen-Ausgleichseinrichtung 2 angeordnet. Diese beispielhafte Below the uppermost separator sheet 5, a volume compensating device 2 is also arranged in this electrode stack 3. This exemplary
Volumen-Ausgleichseinrichtung 2 ist mehrteilig, aus unregelmäßig geformten elastischen Körpern ausgebildet. Damit ermöglicht auch die Volumen- Ausgleichseinrichtung 2 der in Figur 3 dargestellten beispielhaften Volume equalizer 2 is a multi-part, of irregularly shaped formed elastic bodies. Thus, the volume compensation device 2 also allows the exemplary shown in FIG
Ausführungsform den Ladungsaustausch zwischen den beiden benachbarten Elektrodenblättern 4. Figur 4 zeigt einen Querschnitt durch einen beispielhaften Elektrodenstapel 3, der aus einem zu Lagen gefalteten Separatorblatt 5 und zwischen den Lagen angeordneten Elektrodenblättern 4 aufgebaut ist. Unterhalb der zu oberst dargestellten Separator-Elektroden-Separator-Lage ist eine Volumen- Ausgleichseinrichtung 2 angeordnet, welche von drei quer zur Schnittebene eingelegten stabförmigen Elementen gebildet wird. Abhängig von der Fläche des Elektrodenblatts 4, das der elastische Werkstoff dieser Volumen- Ausgleichseinrichtung 2 bedeckt, kann es erforderlich sein, dass diese Volumen- Ausgleichseinrichtung 2 eine offene Mikrostruktur aufweist. Embodiment, the charge exchange between the two adjacent electrode sheets 4. Figure 4 shows a cross section through an exemplary electrode stack 3, which is composed of a folded to sheets separator sheet 5 and arranged between the layers of electrode sheets 4. Below the separator-electrode separator layer shown at the top, a volume compensation device 2 is arranged, which is formed by three rod-shaped elements inserted transversely to the cutting plane. Depending on the area of the electrode blade 4 which covers the elastic material of this volume compensating device 2, it may be necessary for this volume compensating device 2 to have an open microstructure.
Figur 5 zeigt einen beispielhaften Elektrodenstapel 3 einer Wickelzelle, der gerade den Wickelprozess durchläuft. An einem Ende des Elektrodenstapels 3, welcher aus folienartigen Elektrodenblättern 4 und dazwischen angeordneten Separatorblättern 5 aufgebaut ist, ist quer zu Längsrichtung des FIG. 5 shows an exemplary electrode stack 3 of a winding cell which is currently undergoing the winding process. At one end of the electrode stack 3, which is constructed of foil-like electrode sheets 4 and separator sheets 5 arranged therebetween, is transverse to the longitudinal direction of the
Elektrodenstapels 3 eine formstabile zylinderförmige Volumen- Ausgleichseinrichtung 2 angeordnet, welche den Wickelkern der Electrode stack 3 a dimensionally stable cylindrical volume compensation device 2 is arranged, which the winding core of the
elektrochemischen Zelle bildet. Nach dem Wickeln des Elektrodenstapels 3 bildet der Wickelkern eine Volumen-Ausgleichseinrichtung, welche forms electrochemical cell. After winding the electrode stack 3, the winding core forms a volume compensation device, which
Volumenänderungen der elektrochemischen Zelle ausgleicht und für einen formstabilen Sitz der Zelle innerhalb einer Zellhalteeinrichtung sorgt. Compensates for volume changes of the electrochemical cell and provides a dimensionally stable fit of the cell within a cell holder.
Figur 6 zeigt einen weiteren beispielhaften Elektrodenstapel 3, dessen FIG. 6 shows a further exemplary electrode stack 3, whose
Grundaufbau mit dem Elektrodenstapel 3 der Figur 5 übereinstimmt. Auf dem obersten Elektrodenblatt 4 ist eine mehrteilige Volumen-Ausgleichseinrichtung 2 in Form eines Granulats angeordnet, das aus unregelmäßig geformten, im Vergleich zur Erstreckung des Elektrodenstapels klein ausgebildeten Formteilen besteht. Im Gegensatz zur elektrochemischen Zelle 1 , die aus der in Figur 5 gezeigten Wicklung hergestellt wird, verteilt sich die Volumen- Ausgleichseinrichtung 2 bei dieser beispielhaften Ausführungsform über den gesamten Umfang der gewickelten Zelle, wodurch die Volumen- Ausgleichsprozesse näher an der Außenhaut der elektrochemischen Zelle 1 stattfinden. Basic structure with the electrode stack 3 of Figure 5 matches. On the uppermost electrode sheet 4, a multi-part volume balancing device 2 is arranged in the form of granules, which consists of irregularly shaped, compared to the extension of the electrode stack formed small parts. In contrast to the electrochemical cell 1, which consists of the in Figure 5 In this exemplary embodiment, the volume compensator 2 distributes over the entire circumference of the wound cell, whereby the volume balancing processes take place closer to the outer skin of the electrochemical cell 1.
Figur 7 zeigt eine gewickelte Zelle, welche analog zur Ausführungsform der Figur 5 hergestellt ist, mit dem Unterschied, dass der eingelegte Wickelkern, und damit die Volumen-Ausgleichseinrichtung 2, nicht zylinderförmig, sondern quaderförmig ausgebildet ist. Hierdurch entsteht eine im wesentlichen FIG. 7 shows a wound cell, which is produced analogously to the embodiment of FIG. 5, with the difference that the inserted winding core, and thus the volume compensating device 2, is not cylindrical but parallelepiped-shaped. This creates a substantially
prismatische Zelle 1 . prismatic cell 1.
Figur 8 zeigt die elektrochemische Zelle 1 aus Figur 7, welche im Innenraum 12 einer Zellhalteeinrichtung 1 1 aufgenommen dargestellt ist. Im geladenen FIG. 8 shows the electrochemical cell 1 from FIG. 7, which is shown accommodated in the interior 12 of a cell holding device 11. Im loaded
Zustand erreicht die beispielhafte elektrochemische Zelle 1 ihr größtes Volumen. Die Zellhalteeinrichtung 1 1 ist formstabil ausgeführt, so dass die Volumen- Ausgleichseinrichtung 2 eine elastische Verformung erfährt. Im entladenen Zustand erreicht die beispielhafte elektrochemische Zelle 1 ihr geringstes Volumen, so dass sich die Volumen-Ausgleichseinrichtung 2 ausdehnen kann und dabei einen großflächigen Kontakt zwischen der elektrochemischen Zelle 1 und den Wandungselementen 13 der Zellhalteeinrichtung 1 1 gewährleistet. Figur 9 zeigt eine aus einem ungewickelten Elektrodenstapel 3 hergestellte elektrochemische Zelle, wobei zwischen am Rand angeordneten State, the exemplary electrochemical cell 1 reaches its largest volume. The cell holding device 1 1 is dimensionally stable, so that the volume compensation device 2 experiences an elastic deformation. In the discharged state, the exemplary electrochemical cell 1 reaches its lowest volume, so that the volume compensating device 2 can expand, thereby ensuring large-area contact between the electrochemical cell 1 and the wall elements 13 of the cell holding device 11. FIG. 9 shows an electrochemical cell produced from an unwrapped electrode stack 3, wherein it is arranged between the edges
Elektrodenblättern 4 zwei ebenfalls blattförmige Volumen- Ausgleichseinrichtungen 2 angeordnet sind. Die Elastizitätskräfte dieser Electrode sheets 4 are also arranged two sheet-like volume compensating means 2. The elasticity forces of this
Volumen-Ausgleichseinrichtung 2 wirken im Gegensatz zur in Figur 8 gezeigten Ausführungsform nur in Stapelrichtung des Elektrodenstapels 3 der Volume compensation device 2 act in contrast to the embodiment shown in Figure 8 only in the stacking direction of the electrode stack 3 of
elektrochemischen Zelle 1 , so dass der großflächige Kontakt zwischen der elektrochemischen Zelle 1 und den Wandungselementen 13 der electrochemical cell 1, so that the large-area contact between the electrochemical cell 1 and the wall elements 13 of the
Zellhalteeinrichtung 1 1 ebenfalls nur in dieser Richtung gewährleistet ist. Figur 10 zeigt eine beispielhafte Vorrichtung zum Speichern von Energie, wobei zur besseren Darstellung die Zellhalteeinrichtung 1 1 getrennt von der elektrochemischen Zelle 1 angeordnet ist. Die Zellhalteeinrichtung 11 weist ein Wandungselement 13 auf, welches den Innenraum 12 der Zellhalteeinrichtung 1 1 umgibt. Die Abmessungen der elektrochemischen Zelle 1 und der Cell holder 1 1 is also guaranteed only in this direction. FIG. 10 shows an exemplary device for storing energy, the cell holding device 11 being arranged separately from the electrochemical cell 1 for better illustration. The cell holding device 11 has a wall element 13 which surrounds the interior 12 of the cell holding device 11. The dimensions of the electrochemical cell 1 and the
Zellhalteeinrichtung 1 1 sind so aufeinander abgestimmt, dass die Cell holding device 1 1 are coordinated so that the
elektrochemische Zelle 1 , welche eine Volumen-Ausgleichseinrichtung 2 aufweist, im entladenen Zustand formschlüssig in der Zellhalteeinrichtung 1 1 aufgenommen werden kann, wobei ein großflächiger Kontakt zwischen der elektrochemischen Zelle 1 und dem Wandungselement 13 der electrochemical cell 1, which has a volume compensation device 2, in the discharged state can be positively received in the cell holder 1 1, wherein a large-area contact between the electrochemical cell 1 and the wall element 13 of
Zellhalteeinrichtung 11 vorliegt. Vergrößert die elektrochemische Zelle 1 ihr Volumen beim Ladevorgang, so wirken diese Volumenkräfte auf die Volumen- Ausgleichseinrichtung 2, welche elastisch vorgespannt wird, und dabei ihr Volumen verringert. So wird ein stetiger großflächiger Kontakt zwischen der elektrochemischen Zelle 1 und der Zellhalteeinrichtung 11 hergestellt. Cell holding device 11 is present. If the electrochemical cell 1 increases its volume during the charging process, these volume forces act on the volume compensation device 2, which is elastically pretensioned, thereby reducing its volume. Thus, a continuous large-area contact between the electrochemical cell 1 and the cell holder 11 is produced.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e Patent claims
1. Elektrochemische Zelle (1 ) zum Speichern von elektrischer Energie mit wenigstens einem Elektrodenstapel (3), 1. Electrochemical cell (1) for storing electrical energy with at least one electrode stack (3),
der wenigstens zwei Elektrodenblätter (4) und wenigstens ein dazwischen angeordnetes Separatorblatt (5) enthält,  comprising at least two electrode sheets (4) and at least one separator sheet (5) arranged therebetween,
dadurch gekennzeichnet, dass die elektrochemische Zelle (1) wenigstens eine Volumen-Ausgleichseinrichtung (2) aufweist, die innerhalb des Elektrodenstapels (3) angeordnet ist.  characterized in that the electrochemical cell (1) comprises at least one volume compensating means (2) disposed within the electrode stack (3).
2. Elektrochemische Zelle (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Volumen-Ausgleichseinrichtung (2) aus einem Material mit offener Mikrostruktur besteht. 2. An electrochemical cell (1) according to claim 1, characterized in that the volume compensating means (2) consists of a material having an open microstructure.
3. Elektrochemische Zelle (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, 3. Electrochemical cell (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Volumen-Ausgleichseinrichtung (2) eine offene Makrostruktur aufweist.  characterized in that the volume compensating means (2) has an open macrostructure.
4. Elektrochemische Zelle (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, 4. Electrochemical cell (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Volumen-Ausgleichseinrichtung (2) mehrteilig ausgebildet ist.  characterized in that the volume compensating device (2) is designed in several parts.
5. Elektrochemische Zelle (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, 5. Electrochemical cell (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Volumen-Ausgleichseinrichtung (2) die Fläche des Elektroden Stapels (3) wenigstens bereichsweise abdeckt.  characterized in that the volume compensating device (2) at least partially covers the surface of the electrode stack (3).
6. Elektrochemische Zelle (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, 6. An electrochemical cell (1) according to one of the preceding claims,
dadurch gekennzeichnet, dass die Volumen-Ausgleichseinrichtung (2) auf mehrere Schichten des Elektrodenstapels (3) verteilt angeordnet ist. Elektrochemische Zelle (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumen-Ausgleichseinrichtung (2) auf der ersten und/ oder letzten Schicht des Elektrodenstapels (3) angeordnet ist. characterized in that the volume compensating device (2) is distributed over a plurality of layers of the electrode stack (3). Electrochemical cell (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the volume compensating device (2) is arranged on the first and / or last layer of the electrode stack (3).
Elektrochemische Zelle (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Volumen-Ausgleichseinrichtung (2) den Wickelkern (6) eines gewickelten Elektrodenstapels (3) bildet. Electrochemical cell (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the volume compensating device (2) forms the winding core (6) of a wound electrode stack (3).
Elektrochemische Zelle (1 ) nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Material der Volumen- Ausgleichseinrichtung (2) aus einer Gruppe ausgewählt ist, welche Vliese, Schaumstoffe, Kunststoffe und Hybrid-Materialien umfasst. Electrochemical cell (1) according to one of the preceding claims, characterized in that the material of the volume compensating means (2) is selected from a group comprising nonwovens, foams, plastics and hybrid materials.
Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie mit wenigstens einer elektrochemischen Zelle (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, Device for storing electrical energy with at least one electrochemical cell (1) according to one of the preceding claims,
gekennzeichnet durch marked by
eine Zellhalteeinrichtung (1 1) mit wenigstens einem Innenraum (12), welche vorgesehen ist, die wenigstens eine elektrochemische Zelle (1 ) wenigstens teilweise aufzunehmen, a cell holding device (1 1) having at least one interior space (12) which is provided to at least partially accommodate the at least one electrochemical cell (1),
einem Wandungselement (13), welches den Innenraum (12) der Zellhalteeinrichtung (1 1 ) wenigstens teilweise umgibt und welches wenigstens bereichsweise mit der wenigstens einen elektrochemischen Zelle (1 ) wirkverbunden ist. a wall element (13), which surrounds the interior (12) of the cell holding device (1 1) at least partially and which is at least partially operatively connected to the at least one electrochemical cell (1).
Vorrichtung zum Speichern von elektrischer Energie nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Device for storing electrical energy according to claim 10, characterized in that
die Zellhalteeinrichtung (11) von einem Hard-Case gebildet wird. Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Zelle (1 ) nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 9 mit den Schritten: the cell holding device (11) is formed by a hard case. Process for producing an electrochemical cell (1) according to at least one of Claims 1 to 9, comprising the steps:
(a) Herstellen eines Elektrodenstapels (3) durch abwechselndes Anordnen von wenigstens einem Elektrodenblatt (4) und wenigstens einem Separatorblatt (5)  (a) producing an electrode stack (3) by alternately arranging at least one electrode sheet (4) and at least one separator sheet (5)
(b) Anordnen einer Volumen-Ausgleichseinrichtung (2) innerhalb des Elektrodenstapels (3)  (b) arranging a volume compensating device (2) within the electrode stack (3)
(c) Zuführen eines Elektrolyten zum Elektrodenstapel (3)  (c) supplying an electrolyte to the electrode stack (3)
(d) Umhüllen des Elektrodenstapels (3).  (d) wrapping the electrode stack (3).
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