WO2014040791A1 - Battery cell with a rupture disc integrated into a housing cover plate - Google Patents

Abstract

The invention relates to a battery cell, in particular a lithium-ion battery cell, in which the number of components can be reduced compared to conventional battery cells. In said battery cell, a metal housing, in which a winding element, two electrodes and electrolyte are accommodated, is sealed in a gas-tight and pressure-tight manner by means of a cover arrangement. The cover arrangement includes, inter alia, a cover plate (23) by means of which an opening in the housing is largely sealed. According to the invention, a predefined rupture region (31) that is less thick than the surrounding regions of the cover plate (23) is formed in said cover plate (23). Owing to this reduced thickness and aided, if necessary, by additionally further thinned weakened regions (35), the predefined rupture region (31) can be designed to burst when there is increased internal pressure in the housing of the battery cell. The predefined rupture region (31) and the weakened regions (35) can be produced by locally stamping a metal sheet used for the cover plate (23) so that the predefined rupture region (31) can be integral with the rest of the cover plate (23) and no additional components such a foil-like rupture disc need to be provided and installed.

Description

Beschreibung Titel  Description title

Batteriezelle mit in Gehäusedeckplatte integrierter Berstscheibe Gebiet der Erfindung Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithium-Ionen- Batteriezelle. Die Erfindung betrifft ferner ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Batteriezelle.  Field of the Invention The present invention relates to a battery cell, in particular a lithium-ion battery cell. The invention further relates to a motor vehicle with such a battery cell.

Stand der Technik Batteriezellen, teilweise auch als Akkumulatorzellen bezeichnet, dienen zur chemischen Speicherung von elektrisch zur Verfügung gestellter Energie. Bereits heute werden Batteriezellen zur Energieversorgung einer Vielzahl mobiler Geräte eingesetzt. Zukünftig sollen Batteriezellen unter anderem zur Energieversorgung von mobilen PRIOR ART Battery cells, sometimes also referred to as accumulator cells, serve for the chemical storage of electrically provided energy. Even today, battery cells are used to power a variety of mobile devices. In the future, battery cells will be used, among other things, to supply energy to mobile devices

Elektrofahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, zu Land wie auch zu Wasser, oder zur stationären Zwischenspeicherung von aus alternativen Energiequellen stammender elektrischer Energie eingesetzt werden. Electric vehicles or hybrid vehicles, both on land and on water, or for stationary intermediate storage of electricity derived from alternative energy sources.

Hierzu wird meist eine Vielzahl von Batteriezellen zu Batteriepaketen zusammengesetzt. Um hierbei ein zur Verfügung stehendes Paketvolumen möglichst effizient auszunutzen, werden für solche Zwecke vornehmlich Batteriezellen mit einer prismatischen, For this purpose, a plurality of battery cells is usually assembled into battery packs. In order to utilize an available package volume as efficiently as possible, primarily battery cells with a prismatic,

beispielsweise einer Quader-artigen Form eingesetzt. used for example a cuboid-like shape.

Wegen ihrer möglichen hohen Energiedichte, thermischen Stabilität und fehlendem Memory-Effekt wird für anspruchsvolle Anwendungen wie beispielsweise Because of their possible high energy density, thermal stability and lack of memory effect is used for demanding applications such as

Speicherlösungen für Kraftfahrzeuge meist eine Lithium-Ionen-Akku-Technologie eingesetzt, welche aufgrund der hohen wirtschaftlichen Bedeutung einer zukünftigen Elektromobilität derzeit intensiv weiterentwickelt wird. Storage solutions for motor vehicles usually used a lithium-ion battery technology, which is currently being intensively developed due to the high economic importance of a future electric mobility.

Es existieren bereits viele verschiedene Typen von Batteriezellen, insbesondere Lithium- lonen-Batteriezellen, und ferner insbesondere Batteriezellen mit prismatischer Form. Allerdings weisen solche herkömmlichen Batteriezellen meist einen komplexen Aufbau auf, bei dem zum Zusammenbau der gesamten Batteriezelle eine Vielzahl unterschiedlicher Einzelteile eingesetzt wird. Eine solche Vielzahl von Einzelteilen mit unterschiedlichen Formen, Funktionen und bestehend aus unterschiedlichen Materialien erfordert den Einsatz verschiedenster Herstellungstechnologien und Gerätschaften. There are already many different types of battery cells, in particular lithium-ion battery cells, and furthermore in particular battery cells with a prismatic shape. However, such conventional battery cells usually have a complex structure on, in which the assembly of the entire battery cell a variety of different items is used. Such a variety of parts with different shapes, functions and consisting of different materials requires the use of a variety of manufacturing technologies and equipment.

Außerdem muss die Vielzahl unterschiedlicher Einzelbauteile bei der Fertigung der Batteriezelle stets in ihrer Gesamtheit zur Verfügung stehen, was eine Koordination der Fertigung der Einzelbauteile sowie eine geeignete Bevorratung erfordert. All dies kann zu erhöhten Kosten bei der Fertigung der Batteriezelle beitragen. Offenbarung der Erfindung In addition, the large number of different individual components in the production of the battery cell must always be available in their entirety, which requires coordination of the production of the individual components and a suitable stocking. All of this can add to the increased cost of manufacturing the battery cell. Disclosure of the invention

Mit Hilfe von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann unter anderem die Anzahl von zum Zusammenbau einer Batteriezelle notwendigen Einzelbauteilen verringert werden und/oder ein Zusammenbau einer Batteriezelle vereinfacht werden. With the aid of embodiments of the present invention, inter alia, the number of individual components necessary for assembling a battery cell can be reduced and / or an assembly of a battery cell can be simplified.

Es wird eine Batteriezelle, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batteriezelle vorgeschlagen, die wenigstens ein Wickelelement, einen Elektrolyten, zwei Stromabnehmer und ein Gehäuse aufweist. Das Wickelelement besteht aus einem gewickelten Stapel aus einer mit Anodenmaterial beschichteten ersten Folie, beispielsweise aus Kupfer, einer mit Kathodenmaterial beschichteten zweiten Folie, beispielsweise aus Aluminium und zwei als Diaphragmen dienenden Kunststofffolien. Einer der Stromabnehmer ist mit der ersten Folie des Wickelelements elektrisch leitfähig verbunden, beispielsweise verschweißt. Der zweite Stromabnehmer ist mit der zweiten Folie des Wickelelements elektrisch leitfähig verbunden. Das Gehäuse weist einen metallischen Behälter und eine metallische It is proposed a battery cell, in particular a lithium-ion battery cell having at least one winding element, an electrolyte, two current collector and a housing. The winding element consists of a wound stack of a first film coated with anode material, for example copper, a second film coated with cathode material, for example aluminum, and two plastic films serving as diaphragms. One of the current collector is electrically conductively connected, for example welded, to the first foil of the winding element. The second current collector is electrically conductively connected to the second foil of the winding element. The housing has a metallic container and a metallic one

Deckelanordnung auf. Der Behälter weist eine Öffnung auf, durch die das Wckelelement und die beiden Stromabnehmer während der Fertigung der Batteriezelle in das Gehäuse eingebracht werden können. Die Deckelanordnung ist dazu ausgebildet, die Öffnung des Behälters gasdicht und druckdicht abzuschließen. Hierfür weist die Deckelanordnung unter anderem eine Deckplatte auf, welche die Öffnung in dem Behälter weitgehend verschließen kann und welche zum hermetischen Verschließen des Gehäuses mit demCover arrangement on. The container has an opening through which the Wckelelement and the two current collector can be introduced during the manufacture of the battery cell in the housing. The lid assembly is adapted to complete the opening of the container gas-tight and pressure-tight. For this purpose, the lid assembly, inter alia, a cover plate which can largely close the opening in the container and which for hermetically closing the housing with the

Behälter beispielsweise durch eine Schweißnaht verbunden werden kann. An der Deckelanordnung ist eine Durchführungsanordnung ausgebildet, um elektrisch leitfähige Kontaktanordnungen, welche jeweils mit einem der Stromabnehmer im Inneren des Gehäuses in Kontakt sind, aus dem Gehäuse heraus durch die Deckelanordnung hindurchzuführen. Die vorgeschlagene Batteriezelle zeichnet sich dabei dadurch aus, dass die Deckplatte einen Sollbruchbereich mit reduzierter Dicke aufweist, der dazu ausgebildet ist, bei einem erhöhten Innendruck in dem Gehäuse zu bersten. Container can be connected, for example by a weld. On the cover assembly, a feedthrough assembly is formed to pass electrically conductive contact assemblies, each in contact with one of the current collectors in the interior of the housing, out of the housing through the cover assembly. The proposed battery cell is characterized by in that the cover plate has a predetermined breaking area of reduced thickness, which is designed to burst at an increased internal pressure in the housing.

Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Batteriezelle liegen unter anderem die folgenden Ideen und Erkenntnisse zugrunde: Embodiments of the battery cell according to the invention are based inter alia on the following ideas and findings:

In Batteriezellen dient das Wickelelement mit seinem Stapel aus unterschiedlichen Metallfolien und dazwischen liegenden Diaphragmen zusammen mit dem diesen Stapel benetzenden Elektrolyten zur chemischen Speicherung von Energie, wobei die chemisch gespeicherte Energie durch geeignete chemische Reaktionen an den Elektroden in Form von elektrischer Energie bereitgestellt werden kann. In battery cells, the winding element with its stack of different metal foils and intervening diaphragms together with this stack wetting electrolyte for chemical storage of energy, the chemically stored energy can be provided by suitable chemical reactions at the electrodes in the form of electrical energy.

Aufgrund von übermäßig starken chemischen Reaktionen, wie sie beispielsweise beim Überladen der Batteriezelle oder bei einem Kurzschluss derselben auftreten können, kann es zur Freisetzung von Reaktionsgasen und damit zu einem Druckanstieg innerhalb des Gehäuses der Batteriezelle kommen. Um ein Platzen der gesamten Batteriezelle aufgrund eines derart bewirkten Druckanstiegs zu verhindern, kann an dem Gehäuse eine Owing to excessively strong chemical reactions, which may occur, for example, during overcharging of the battery cell or during a short circuit of the same, reaction gases may be released and thus an increase in pressure within the housing of the battery cell. In order to prevent bursting of the entire battery cell due to such a caused increase in pressure, on the housing a

Vorkehrung vorgesehen sein, die wie ein Überdruckventil wirken kann und beim Auftreten eines übermäßigen Innendrucks in dem Gehäuse Gas aus demselben ablässt. Provision can be made, which can act as a pressure relief valve and releases gas from the same upon the occurrence of excessive internal pressure in the housing.

Während bei herkömmlichen Batteriezellen eine Überdruckventilanordnung meist mithilfe zusätzlicher, separater Bauteile realisiert wird, wird nun vorgeschlagen, eine derartige Funktionalität durch ein spezifisches Ausbilden der ohnehin in der Deckelanordnung der Batteriezelle vorgesehenen Deckplatte zu realisieren. Diese Deckplatte, welche bis auf wenige für bestimmte Zwecke vorgesehene kleine Öffnungen die an dem Behälter desWhile in conventional battery cells, a pressure relief valve assembly is usually realized using additional, separate components, it is now proposed to realize such functionality by specifically forming the already provided in the cover assembly of the battery cell cover plate. This cover plate, which except for a few intended for certain purposes, small openings on the container of the

Batteriegehäuses vorgesehene große Öffnung vollständig verschließt und mit dem Behälter hermetisch abdichtend verbunden ist, soll einen Sollbruchbereich aufweisen, der aufgrund einer dort lokal reduzierten Materialdicke bei Auftreten eines erhöhten Battery housing provided large opening completely closes and is hermetically sealed to the container, should have a predetermined breaking range, which due to a locally reduced material thickness when an increased

Innendrucks in dem Gehäuse bersten kann. Mit anderen Worten soll die Deckplatte in einem Teilbereich derart dünnwandig ausgeführt sein, dass bei Auftreten eines erhöhtenInternal pressure can burst in the housing. In other words, the cover plate should be made so thin-walled in a partial area, that when an increased

Innendrucks die diesen Bereich der Deckplatte bildende Wand lokal aufbrechen kann und Gas aus dem Inneren des Gehäuses austreten kann, bevor es zu einem unkontrollierten Druckanstieg und letztendlich zu einem Zerplatzen des gesamten Gehäuses und damit einhergehend beispielsweise einem unkontrollierten explosionsartigen Freisetzen von Elektrolyt aus dem Gehäuse kommen kann. Der Sollbruchbereich ist vorzugsweise einstückig in die Deckplatte integriert. Mit anderen Worten bildet die Deckplatte mitsamt dem Sollbruchsbereich ein einziges Bauteil, so dass auf das Vorhalten und Montieren separater Bauteile wie zum Beispiel einer separaten Berstscheibe verzichtet werden kann. Internal pressure can break the wall forming this area of the cover plate locally and gas can escape from the interior of the housing before it can lead to an uncontrolled increase in pressure and ultimately bursting of the entire housing and, for example, an uncontrolled explosive release of electrolyte from the housing , The predetermined breaking region is preferably integrally integrated in the cover plate. In other words, the cover plate together with the predetermined breaking range forms a single component, so that it is possible to dispense with the provision and mounting of separate components, for example a separate rupture disk.

Um die für das Batteriegehäuse vorzusehende Deckplatte einstückig mit dem darin zu integrierenden Sollbruchbereich herstellen zu können, können entsprechend geeignete Fertigungsverfahren verwendet werden. Beispielsweise kann in der Deckplatte der Sollbruchbereich reduzierter Dicke durch ein Verprägen ausgebildet werden, d.h. mit Hilfe einer Druckumformung eines die Deckplatte bildenden Blechs. Insbesondere kann ein die Deckplatte bildendes Metallblech derart geprägt werden, dass sich der Sollbruchbereich ergibt. Beim Verprägen kann dabei Material von dem zu bildenden Sollbruchbereich in angrenzende Bereiche der Deckplatte pressend verlagert werden, so dass in der Deckplatte um den fertig ausgebildeten Sollbruchbereich herum ein Verdickungsbereich entsteht, dessen Materialdicke größer ist als eine durchschnittliche Dicke der Deckplatte außerhalb dieses Sollbruchbereichs. In order to be able to produce the cover plate to be provided for the battery housing in one piece with the predetermined breaking region to be integrated therein, suitably suitable manufacturing methods can be used. For example, in the cover plate, the predetermined breaking area of reduced thickness can be formed by embossing, i. with the help of a pressure deformation of a cover plate forming sheet. In particular, a sheet metal forming the cover plate can be stamped in such a way that the predetermined breaking range results. During embossing, material can be pressedly displaced from the predetermined breaking area to be formed into adjacent areas of the cover plate, so that a thickening area arises in the cover plate around the finished breaking area, whose material thickness is greater than an average thickness of the cover plate outside this predetermined breaking area.

Mit anderen Worten können beim Herstellen der Deckplatte neben eventuell notwendigen Stanz- und Biegevorgängen auch ein Prägevorgang durchgeführt werden, bei dem kein Material endgültig aus der Deckplatte entfernt wird sondern Material lediglich aus einem Bereich, der später den Sollbruchbereich bilden soll, heraus verdrängt wird hin zu angrenzenden Bereichen. Durch eine solche Materialverdrängung wird die Materialdicke in dem Sollbruchbereich erheblich reduziert, beispielsweise auf weniger als die Hälfte der Dicke des die Deckplatte bildenden Blechs, wohingegen in den angrenzenden In other words, during the production of the cover plate in addition to any necessary punching and bending operations, an embossing process can be performed in which no material is finally removed from the cover plate but material is only displaced out of an area that will later form the predetermined breaking area, out to adjacent areas. By such a material displacement, the material thickness is significantly reduced in the predetermined breaking area, for example, less than half the thickness of the cover plate forming sheet, whereas in the adjacent

Verdickungsbereichen die Dicke der Deckplatte lokal erhöht wird. Beispielsweise kann die Deckplatte eine durchschnittliche Dicke von mehr als 1 mm, vorzugsweise mehr als 1 ,5 mm aufweisen, wohingegen der Sollbruchbereich lediglich eine Dicke von weniger als 0,5 mm, vorzugsweise weniger als 0,3 mm aufweisen kann. Dadurch kann der Thickening areas, the thickness of the cover plate is increased locally. For example, the cover plate may have an average thickness of more than 1 mm, preferably more than 1.5 mm, whereas the predetermined breaking area may only have a thickness of less than 0.5 mm, preferably less than 0.3 mm. This allows the

Sollbruchbereich im Gegensatz zur verhältnismäßig starren stabilen Deckplatte eine verringerte Festigkeit, ähnlich einer dünnen Folie, erhalten. Predetermined breaking area in contrast to the relatively rigid stable cover plate, a reduced strength, similar to a thin film obtained.

Um die Festigkeit des Sollbruchbereichs weiter gezielt zu schwächen, können in dem Sollbruchbereich linienartige Schwächungsbereiche mit einer geringeren Dicke als der durchschnittlichen Dicke des Sollbruchbereichs vorgesehen sein. Mit anderen Worten kann der Sollbruchbereich an solchen linienartigen Schwächungsbereichen eine weiter verringerte Dicke aufweisen, so dass der Sollbruchbereich bei Auftreten eines übermäßigen Innendrucks in dem Gehäuse entlang dieser Schwächungsbereiche aufreißt und damit eine Öffnung zum Entweichen von Gas aus dem Gehäuse freigibt. In order to further specifically weaken the strength of the predetermined breaking region, line-like weakening regions having a smaller thickness than the average thickness of the predetermined breaking region can be provided in the predetermined breaking region. In other words, the predetermined breaking region at such line-like weakening regions may have a further reduced thickness, so that the predetermined breaking region upon occurrence of a Excessive internal pressure in the housing along these weakened areas ruptures, thus releasing an opening for the escape of gas from the housing.

Insbesondere durch geeignete Wahl der Geometrie wie beispielsweise der Tiefe solcher Schwächungsbereiche in Bezug auf eine Oberfläche des restlichen Sollbruchbereichs und / oder der Erstreckung der Schwächungsbereiche entlang der Oberfläche des In particular, by suitable choice of the geometry such as the depth of such weakening areas with respect to a surface of the remaining predetermined breaking area and / or the extension of the weakened areas along the surface of the

Sollbruchbereichs kann beeinflusst werden, welche Kraft erforderlich ist, um den Breaking range can be influenced, which force is required to the

Sollbruchbereich entlang der Schwächungsbereiche bersten zu lassen. Der Rupture breaking area along the weakened areas burst. Of the

Sollbruchbereich kann somit beispielsweise gezielt dazu ausgebildet werden, bei einem erhöhten Innendruck in dem Gehäuse von mehr als 5000 hPa zu bersten. For example, the predetermined breaking range can be specifically designed to burst at an increased internal pressure in the housing of more than 5000 hPa.

Die beschriebenen möglichen Merkmale der Batteriezelle und Ausgestaltungen der Komponenten der Batteriezelle, insbesondere die integrierte Ausgestaltung eines ähnlich einer Berstscheibe wirkenden Sollbruchbereichs in der Deckplatte des Gehäuses der Batteriezelle, sind insbesondere für den Einsatz bei Batteriezellen geeignet, deren Gehäuse eine prismatische Form aufweist. The described possible features of the battery cell and configurations of the components of the battery cell, in particular the integrated design of a predetermined rupture disc acting in the cover plate of the housing of the battery cell, are particularly suitable for use in battery cells whose housing has a prismatic shape.

Die mit dem integrierten Sollbruchbereich versehene Deckplatte kann sowohl bei der Fertigung der Batteriezelle als auch für die fertig gestellte Batteriezelle mehrere Vorteile mit sich bringen. Beispielsweise kann bei der Fertigung der Batteriezelle das Montieren einer zusätzlichen Überdruckventilanordnung, beispielsweise das Einschweißen einer zusätzlichen, als separates metallisches Bauelement vorgesehenen Berstscheibe, entfallen. Insbesondere können in diesem Zusammenhang herkömmlich verwendete Schweißprozesse entfallen. Auch Fehlstellen, die bei solchen Schweißprozessen entstehen können, können vermieden werden. Durch die insgesamt mögliche Einsparung von Bauteilen kann der Herstellungsprozess einfacher und günstiger gestaltet werden. The cover plate provided with the integrated predetermined breaking region can bring several advantages both in the production of the battery cell and for the finished battery cell. For example, in the production of the battery cell, the mounting of an additional pressure relief valve assembly, for example, the welding of an additional, provided as a separate metallic component rupture disk, omitted. In particular, conventionally used welding processes can be dispensed with in this context. Even defects that may arise in such welding processes can be avoided. Due to the overall possible savings of components, the manufacturing process can be made simpler and cheaper.

Die beschriebenen Merkmale der Batteriezelle und Ausgestaltungen der Komponenten der Batteriezelle, insbesondere der Deckplatte, sind insbesondere für den Einsatz bei Batteriezellen geeignet, deren Gehäuse eine prismatische Form aufweist. The described features of the battery cell and embodiments of the components of the battery cell, in particular the cover plate, are particularly suitable for use in battery cells whose housing has a prismatic shape.

Es wird darauf hingewiesen, dass mögliche Merkmale und Vorteile einer It should be noted that possible features and benefits of a

erfindungsgemäßen Batteriezelle hierin mit Bezug auf unterschiedliche battery cell of the invention herein with reference to different ones

Ausführungsformen beschrieben sind. Ein Fachmann versteht, dass die einzelnen Merkmale in geeigneter Weise miteinander kombiniert oder ausgetauscht werden können, um auf diese Weise zu weiteren Ausführungsformen und möglicherweise Synergieeffekten zu gelangen. Embodiments are described. A person skilled in the art understands that the individual features can be suitably combined or exchanged with one another, to arrive in this way to further embodiments and possibly synergy effects.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings

Nachfolgend werden Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, wobei weder die Beschreibung noch die Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings, wherein neither the description nor the

Zeichnungen als die Erfindung einschränkend auszulegen sind. Fig. 1 zeigt eine Explosionszeichnung einer Lithium-Ionen-Batteriezelle. Drawings are to be construed as limiting the invention. Fig. 1 shows an exploded view of a lithium-ion battery cell.

Figur 2 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Deckplatte für eine Batteriezelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figur 3 zeigt eine perspektivische Teilansicht einer entlang der in Figur 2 gezeigten Linie B-B abgeschnittenen Deckplatte für eine Batteriezelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Figure 2 shows a perspective view of a cover plate for a battery cell according to an embodiment of the present invention. FIG. 3 shows a perspective partial view of a cover plate for a battery cell cut off along the line B-B shown in FIG. 2, according to an embodiment of the present invention.

Figur 4 zeigt eine Querschnittsansicht entlang der in Figur 2 gezeigten Linie A-A einer Deckplatte für eine Batteriezelle gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden FIG. 4 shows a cross-sectional view along the line A-A shown in FIG. 2 of a cover plate for a battery cell according to an embodiment of the present invention

Erfindung. Invention.

Figur 5 zeigt ein Kraftfahrzeug mit einer Batterie gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. FIG. 5 shows a motor vehicle with a battery according to an embodiment of the present invention.

Die Figuren sind lediglich schematisch und nicht maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in den Figuren gleiche oder gleich wirkende Merkmale. The figures are only schematic and not to scale. Like reference numerals designate the same or similar features in the figures.

Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention

Fig. 1 zeigt eine konventionelle Lithium-Ionen-Batteriezelle in einer Explosionsansicht. Es ist zu erkennen, dass die Batteriezelle aus einer Vielzahl einzelner Komponenten besteht, die separat vorgehalten werden und während der Fertigung aufwendig zusammengebaut werden müssen. Es werden hierin lediglich die für das Verständnis von Fig. 1 shows a conventional lithium-ion battery cell in an exploded view. It can be seen that the battery cell consists of a plurality of individual components, which are kept separately and must be assembled consuming during manufacture. Only the understanding of

Ausführungsformen der Erfindung notwendigen Bauteile und deren Merkmale Embodiments of the invention necessary components and their features

beschrieben, auf eine Beschreibung der übrigen Bauteile der Batteriezelle wird verzichtet. Die Batteriezelle 1 weist ein Wickelelement 3 mit einem gewickelten Stapel 5 aus einer Kupferfolie, welche mit Anodenmaterial beschichtet ist, und einer Aluminiumfolie, welche mit Kathodenmaterial beschichtet ist, sowie dazwischen liegenden Kunststofffolien, die als Diaphragmen dienen, auf. described, a description of the remaining components of the battery cell is omitted. The battery cell 1 comprises a winding element 3 with a wound stack 5 of a copper foil coated with anode material and an aluminum foil coated with cathode material, and intervening plastic films serving as diaphragms.

Zur elektrischen Kontaktierung werden die Kupferfolie und die Aluminiumfolie entlang der Wickelachse in entgegengesetzter Richtung leicht versetzt übereinander gestapelt, so dass die Kupferfolie auf einer Schmalseite und die Aluminiumfolie auf einer For electrical contacting, the copper foil and the aluminum foil along the winding axis in the opposite direction slightly staggered stacked, so that the copper foil on a narrow side and the aluminum foil on a

gegenüberliegenden Schmalseite über einen jeweiligen Rand des Wckelelements geringfügig überstehen. An einen überstehenden Bereich 4 der Kupferfolie wird ein aus Kupfer bestehender Stromabnehmer 7 angeschweißt, so dass dieser Stromabnehmer mit der Anode des Wckelelements elektrisch verbunden ist. An einen gegenüberliegenden überstehenden Bereich der Aluminiumfolie wird ein aus Aluminium bestehender zweiter Stromabnehmer 9 angeschweißt, um einen elektrischen Kontakt zu der Kathode des Wickelelements 3 herzustellen. slightly overhanging the opposite narrow side over a respective edge of the Wckelelements. To a protruding portion 4 of the copper foil, a current collector 7 made of copper is welded, so that this current collector is electrically connected to the anode of Wckelelements. To an opposite projecting portion of the aluminum foil, a second current collector 9 made of aluminum is welded to make electrical contact with the cathode of the winding element 3.

Das mit den beiden Stromabnehmern 7, 9 versehene Wickelelement 3 sowie eine Deckelanordnung 15 werden dann in einen nach oben offenen, quaderförmigen Behälter 13 durch eine Öffnung 14 eingebracht. Anschließend wird die Öffnung 14 des Behälters 13 mit einer Deckplatte 23 der Deckelanordnung 15 gas- und druckdicht verbunden. Durch eine Öffnung 26 in der Deckelanordnung 15wird in den Behälter 13 ein flüssiger Elektrolyt eingefüllt, der somit in Kontakt mit den an den Metallfolien des Wckelelements vorgesehenen Anoden- und Kathodenmaterialien kommt, so dass es an den The winding element 3 provided with the two current collectors 7, 9 as well as a cover arrangement 15 are then introduced through an opening 14 into an upwardly open, cuboidal container 13. Subsequently, the opening 14 of the container 13 with a cover plate 23 of the lid assembly 15 is connected gas-tight and pressure-tight. Through an opening 26 in the lid assembly 15 in the container 13, a liquid electrolyte is filled, which thus comes into contact with the provided on the metal foils of the wakelelements anode and cathode materials, so that it to the

Grenzflächen zu gewünschten chemischen Reaktionen zwischen diesen Materialien und dem Elektrolyten und entsprechend zur Umsetzung chemischer Energie in elektrische Energie und umgekehrt kommen kann. Der Behälter 13 ist aus Metallblech gebildet, um unter anderem dem chemisch aggressiven Elektrolyten widerstehen zu können. Die Deckelanordnung 15 besteht dabei aus einer Vielzahl von Bauteilen. Die Bauteile werden dabei dafür benötigt, mehrere unterschiedliche Funktionen mithilfe der Interfaces to desired chemical reactions between these materials and the electrolyte and corresponding to the implementation of chemical energy into electrical energy and vice versa can come. The container 13 is formed of sheet metal to withstand, inter alia, the chemically aggressive electrolyte. The cover assembly 15 consists of a plurality of components. The components are needed to perform several different functions using the

Deckelanordnung 15 für die gesamte Batteriezelle 1 zu implementieren. Beispielsweise soll mithilfe der Deckelanordnung 15 der Behälter 13 nicht nur gas- und druckdicht verschlossen werden, sondern es sollen auch Kontaktanordnungen 19 eine Verbindung zwischen dem Inneren des Behälters 13 und der äußeren Umgebung ermöglichen und dabei eine elektrische Verbindung jeweils zwischen einem der Stromabnehmer 7, 9 einerseits und von außen zu kontaktierenden Kontaktelementen 21 andererseits ermöglichen. Cover assembly 15 for the entire battery cell 1 to implement. For example, by means of the lid assembly 15, the container 13 should not only be sealed gas- and pressure-tight, but it should also contact arrangements 19 allow a connection between the interior of the container 13 and the external environment and thereby an electrical connection between each of the current collector 7, the 9th on the one hand and from the outside to be contacted contact elements 21 on the other hand.

Zu diesem Zweck weist die Deckelanordnung 15 unter anderem eine Deckplatte 23 auf, die an ihren seitlichen Rändern dicht mit einem Rand der Öffnung 14 des Behälters 13 beispielsweise durch anschweißen verbunden werden kann. Um den im Innern des Behälters 13 aufzunehmenden Elektrolyten widerstehen zu können, besteht diese Deckplatte 23 meist aus einem Metall. In der Deckplatte 23 sind mehrere Öffnungen vorgesehen, die unterschiedlichen Aufgaben dienen. For this purpose, the cover assembly 15, inter alia, a cover plate 23 which can be connected at its lateral edges tightly connected to an edge of the opening 14 of the container 13, for example by welding. In order to be able to withstand the electrolyte to be accommodated inside the container 13, this cover plate 23 usually consists of a metal. In the cover plate 23 a plurality of openings are provided, which serve different tasks.

Zum Beispiel sind Öffnungen 25 vorgesehen, durch die hindurch Bestandteile der Kontaktanordnungen 19 wie beispielsweise ein an einem Stromabnehmer 7, 9 For example, apertures 25 are provided through which components of the contact assemblies 19, such as one on a current collector 7, 9

angebrachter Zapfen 27 hindurchreichen können. Ferner ist eine Öffnung 26 vorgesehen, durch die hindurch Elektrolyt in das Innere des Gehäuses 11 gefüllt werden kann, nachdem der Behälter 13 mit der Deckplatte 23 verschlossen wurde. attached pin 27 can pass through. Further, an opening 26 is provided through which electrolyte can be filled into the interior of the housing 11 after the container 13 has been closed with the cover plate 23.

Zusätzlich sind weitere Bauteile wie beispielsweise eine Potentialplatte 17 vorgesehen, um eine der Kontaktanordnungen 19 elektrisch mit der Deckplatte 23 zu verbinden und auf diese Weise die Deckplatte 23 sowie den mit dieser verbundenen Behälter 13 auf das gleiche elektrische Potential zu legen, wie den mit dieser Kontaktanordnung 19 in In addition, other components such as a potential plate 17 are provided to electrically connect one of the contact assemblies 19 with the cover plate 23 and in this way the cover plate 23 and the associated with this container 13 to the same electrical potential as that with this contact arrangement 19 in

Verbindung stehenden Stromabnehmer 7, 9. Die Deckplatte 23 weist ferner eine große Öffnung 29 auf. Diese Öffnung 29 wird mit einer als separates Bauteil ausgestalteten Berstscheibe 28 verschlossen. Die Berstscheibe ist dabei ein Bauelement in Form einer dünnen Metallfolie, welches an seinem Rand an die Deckplatte 23 in einem Bereich rund um die Öffnung 29 herum angeschweißt wird. Die Berstscheibe 28 ist hierbei dazu ausgelegt, einen gefährlichen Überdruck innerhalb des Gehäuses 11 zu vermeiden, indem die dünne Folie der Berstscheibe 28 bei Überschreiten eines Schwellendrucks reißt und Gas somit aus dem Gehäuse 1 1 heraus entweichen kann. Connecting current collector 7, 9. The cover plate 23 also has a large opening 29. This opening 29 is closed by a rupture disk 28 designed as a separate component. The rupture disk is a component in the form of a thin metal foil, which is welded at its edge to the cover plate 23 in a region around the opening 29 around. The rupture disk 28 is in this case designed to avoid a dangerous overpressure within the housing 11 by the thin film of the rupture disk 28 breaks when a threshold pressure is exceeded and thus gas can escape from the housing 1 1 out.

Figur 2 zeigt eine modifizierte Deckplatte 23 für eine Batteriezelle gemäß einer Figure 2 shows a modified cover plate 23 for a battery cell according to a

Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Deckplatte 23 weist zusätzlich zu den Öffnungen 25 zum Durchführen der Kontaktanordnungen 19 und der Öffnung 26 zum Einfüllen des Elektrolyten einen Sollbruchbereich 31 auf. Die gesamte Deckplatte 23 einschließlich des Sollbruchbereichs 31 ist aus einem Metallblech geformt. Der Embodiment of the present invention. The cover plate 23 has, in addition to the openings 25 for performing the contact assemblies 19 and the opening 26 to Charging the electrolyte on a predetermined breaking area 31. The entire cover plate 23 including the predetermined breaking area 31 is formed from a metal sheet. Of the

Sollbruchbereich 31 wird dabei dadurch erzeugt, dass mithilfe eines Prägevorgangs Material aus diesem Bereich in angrenzende Bereiche verdrängt wird, so dass der Sollbruchbereich im Vergleich zu einer durchschnittlichen Dicke der Deckplatte 23 eine reduzierte Dicke aufweist. Predetermined breaking region 31 is thereby produced by displacing material from this region into adjacent regions by means of an embossing process, so that the predetermined breaking region has a reduced thickness in comparison to an average thickness of the cover plate 23.

Wie beispielsweise in der entlang der Linie B-B aus Figur 2 teilweise weggeschnittenen perspektivischen Ansicht aus Figur 3 sowie der entlang der Linie A-A aus Figur 2 aufgenommenen Querschnittsansicht aus Figur 4 dargestellt, weist der Sollbruchbereich 31 eine erheblich geringere Dicke d1 auf wie die Dicke d2 des die Deckplatte 23 bildenden Blechs. Die Dicke d1 des Sollbruchbereichs 31 kann dabei beispielsweise in Abhängigkeit von den Materialeigenschaften und der geometrischen Ausführung des Sollbruchbereichs derart gewählt werden, dass der Sollbruchbereich bei Auftreten eines erhöhten Innendrucks in dem Gehäuse 11 von beispielsweise mehr als 5000 hPa lokal aufreißt, so dass Gas aus dem Gehäuse 1 1 entweichen kann. Beispielsweise kann die Dicke d2 des für die Deckplatte 23 verwendeten Blechs typischerweise zwischen 1 und 3 mm betragen, wohingegen die Dicke d1 des Sollbruchbereichs zur Erreichung der gewünschten Bersteigenschaften auf weniger als 0,5 mm reduziert werden kann. As shown, for example, in the perspective view of FIG. 3 partially cut away along the line BB of FIG. 2 and the cross-sectional view of FIG. 4 taken along the line AA of FIG. 2, the predetermined breaking region 31 has a considerably smaller thickness d1 than the thickness d2 of FIG Cover plate 23 forming sheet. The thickness d1 of the predetermined breaking region 31 can be selected, for example, as a function of the material properties and the geometrical design of the predetermined breaking region such that the predetermined breaking region locally bursts when an increased internal pressure in the housing 11 occurs, for example, more than 5000 hPa, so that gas from the Housing 1 1 can escape. For example, the thickness d2 of the sheet used for the cover plate 23 can typically be between 1 and 3 mm, whereas the thickness d1 of the predetermined breaking range can be reduced to less than 0.5 mm to achieve the desired bursting properties.

Um die Deckplatte 23 einstückig mit dem integral darin ausgebildeten Sollbruchbereich 31 zu fertigen, kann beispielsweise ein Stempel geeigneter Geometrie in das die Deckplatte 23 bildende Metallblech eingeprägt werden. Die Form dieses Stempels ist dabei derart ausgestaltet, dass Material aus dem Zentrum des zu prägenden Bereichs heraus verdrängt und in angrenzende Bereiche verlagert wird. Hierdurch können am Rand rund um den Sollbruchbereich 31 Verdickungsbereiche 33 entstehen, an denen die Deckplatte 23 eine größere Dicke aufweist als die ursprüngliche Dicke d2 des verwendeten In order to manufacture the cover plate 23 in one piece with the predetermined breaking region 31 formed integrally therein, for example, a stamp of suitable geometry can be embossed into the sheet metal forming the cover plate 23. The shape of this stamp is designed such that material is displaced out of the center of the area to be embossed out and displaced into adjacent areas. As a result, thickening regions 33 can arise at the edge around the predetermined breaking region 31, at which the cover plate 23 has a greater thickness than the original thickness d2 of the used

Metallblechs. Je nach Art und Form des eingesetzten Stempels können die Metal sheet. Depending on the type and shape of the stamp used, the

Verdickungsbereiche 33 beispielsweise eine um 1 mm bis 3 mm vergrößerte Dicke aufweisen. Thickening regions 33, for example, have increased by 1 mm to 3 mm thickness.

Der Vorgang des Verprägens des Metallblechs zur Erzeugung des Sollbruchbereichs 31 in der Deckplatte 23 kann in einem einzigen Prägevorgang und / oder mit einem einzigen Prägewerkzeug durchgeführt werden, es können jedoch auch mehrere separate The process of embossing the metal sheet to produce the predetermined breaking area 31 in the cover plate 23 can be carried out in a single embossing process and / or with a single embossing tool, but it can also be several separate

Prägevorgänge beispielsweise mit unterschiedlichen Prägewerkzeugen beziehungsweise Stempeln eingesetzt werden, um letztendlich die gewünschte Form und Geometrie für den Sollbruchbereich 31 zu erzeugen. Embossing processes, for example, with different embossing tools or Stamping can be used to ultimately produce the desired shape and geometry for the predetermined breaking area 31.

Wie am deutlichsten in der Schnittansicht von Figur 4 zu erkennen, können in dem Sollbruchbereich 31 zusätzlich linienartige Schwächungsbereiche 35 ausgebildet sein, die eine geringere Dicke aufweisen als der verbleibende Sollbruchbereich 31. Beispielsweise kann eine Dicke d3 an einem solchen Schwächungsbereich 35 im Bereich von 0,01 bis 0,5 mm, vorzugsweise im Bereich von 0,05 bis 0,2 mm liegen. Bei Auftreten eines übermäßigen Innendrucks in dem Gehäuse 1 1 kann ein solcher verdünnter As can be seen most clearly in the sectional view of FIG. 4, additional line-like weakened regions 35 may be formed in the predetermined breaking region 31, which have a smaller thickness than the remaining predetermined breaking region 31. For example, a thickness d3 at such a weakened region 35 can be in the region of 0, 01 to 0.5 mm, preferably in the range of 0.05 to 0.2 mm. Upon occurrence of excessive internal pressure in the housing 1 1, such a dilute

Schwächungsbereich als Sollbruchlinie dienen, entlang derer der Sollbruchbereich 31 beim Bersten aufreißt. Die Schwächungsbereiche 35 können ähnlich wie der gesamte Sollbruchbereich 31 durch lokales Verprägen von Material mithilfe eines geeigneten Prägewerkzeugs hergestellt werden. Fig. 4 zeigt ein Kraftfahrzeug 100, mit einer Batterie 102, die aus mehreren der oben beschriebenen Batteriezellen 1 zusammengesetzt ist. Weakening range serve as a predetermined breaking line along which the predetermined breaking region 31 tears when bursting. The weakening regions 35, like the entire predetermined breaking region 31, can be produced by locally embossing material using a suitable embossing tool. 4 shows a motor vehicle 100 with a battery 102 which is composed of a plurality of the battery cells 1 described above.

Claims

Ansprüche claims

1. Batteriezelle (1), insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezelle, aufweisend: 1. battery cell (1), in particular lithium-ion battery cell, comprising:

ein Wickelelement (3) aus einem gewickelten Stapel (5) aus einer mit Anodenmaterial beschichteten ersten Folie, einer mit Kathodenmaterial beschichteten zweiten Folie und zwei als Diaphragmen dienenden Kunststofffolien, a winding element (3) consisting of a wound stack (5) of a first film coated with anode material, a second film coated with cathode material and two plastic films serving as diaphragms,

einen Elektrolyten, an electrolyte,

zwei Stromabnehmer (7, 9), von denen einer mit der ersten Folie und einer mit der zweiten Folie elektrisch leitfähig verbunden ist, two current collectors (7, 9), one of which is electrically conductively connected to the first foil and one to the second foil,

ein Gehäuse (11) mit einem metallischen Behälter (13) und einer metallischen a housing (11) with a metallic container (13) and a metallic one

Deckelanordnung (15), Lid assembly (15),

wobei der Behälter (13) eine Öffnung (14) aufweist, durch die das Wickelelement (3) und die beiden Stromabnehmer (7, 9) während der Fertigung der Batteriezelle (1) in das Gehäuse (1 1) eingebracht werden können, wherein the container (13) has an opening (14) through which the winding element (3) and the two current collectors (7, 9) during manufacture of the battery cell (1) in the housing (1 1) can be introduced

wobei die Deckelanordnung (15) eine Deckplatte (23) aufweist und die Öffnung (14) des Behälters (13) gasdicht und druckdicht abschließt, wherein the lid assembly (15) has a cover plate (23) and the opening (14) of the container (13) gas-tight and pressure-sealed,

wobei an der Deckelanordnung (15) eine Durchführungsanordnung (25) ausgebildet ist zum gasdichten Durchführen von elektrisch leitfähigen Kontaktanordnungen (19), welche jeweils mit einem der Stromabnehmer (7, 9) im Innern des Gehäuses (1 1) in Kontakt sind, durch die Deckplatte (23) hindurch aus dem Gehäuse (1 1) heraus, wherein on the cover assembly (15) has a feedthrough assembly (25) is formed for gas-tight passage of electrically conductive contact assemblies (19) which in each case with one of the current collector (7, 9) in the interior of the housing (1 1) in contact, through Cover plate (23) through out of the housing (1 1),

dadurch gekennzeichnet, dass characterized in that

die Deckplatte (23) einen Sollbruchbereich (31) reduzierter Dicke (d1) aufweist, der dazu ausgebildet ist, bei einem erhöhten Innendruck in dem Gehäuse (11) zu bersten. the cover plate (23) has a predetermined breaking region (31) of reduced thickness (d1), which is designed to burst at an increased internal pressure in the housing (11).

2. Batteriezelle nach Anspruch 1 , wobei die Deckplatte (23) um den Sollbruchbereich (31) herum einen Verdickungsbereich (33) mit einer Dicke aufweist, die größer ist als eine durchschnittliche Dicke (d2) der Deckplatte (23) außerhalb des Sollbruchbereichs (31). 2. Battery cell according to claim 1, wherein the cover plate (23) around the predetermined breaking area (31) around a thickening region (33) having a thickness which is greater than an average thickness (d2) of the cover plate (23) outside the predetermined breaking area (31 ).

3. Batteriezelle nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Deckplatte (23) eine durchschnittliche Dicke (d2) von mehr als 1 mm aufweist und der Sollbruchbereich (31) eine Dicke (d1) von weniger als 0,5 mm aufweist. 3. Battery cell according to claim 1 or 2, wherein the cover plate (23) has an average thickness (d2) of more than 1 mm and the predetermined breaking region (31) has a thickness (d1) of less than 0.5 mm.

4. Batteriezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Sollbruchbereich (31) linienartige Schwächungsbereiche (35) mit einer geringeren Dicke (d3) als 4. Battery cell according to one of claims 1 to 3, wherein the predetermined breaking area (31) line-like weakening areas (35) with a smaller thickness (d3) than

durchschnittlichen Dicke (d1) des Sollbruchbereichs (31) aufweist. average thickness (d1) of the predetermined breaking area (31).

5. Batteriezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Sollbruchbereich (31) dazu ausgebildet ist, bei einem erhöhten Innendruck von mehr als 5000 hPa in dem Gehäuse (1 1) zu bersten. 5. Battery cell according to one of claims 1 to 4, wherein the predetermined breaking area (31) is adapted to burst at an elevated internal pressure of more than 5000 hPa in the housing (1 1).

6. Batteriezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Deckplatte (23) 6. Battery cell according to one of claims 1 to 5, wherein the cover plate (23)

einschließlich des Sollbruchbereichs (31) durch Prägen eines Metallblechs gefertigt ist. including the predetermined breaking area (31) is produced by embossing a metal sheet.

7. Batteriezelle nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Sollbruchbereich (31) in der Deckplatte (23) einstückig integriert ist. 7. Battery cell according to one of claims 1 to 6, wherein the predetermined breaking region (31) in the cover plate (23) is integrally integrated.

8. Verfahren zum Fertigen eines Gehäuses für eine Batteriezelle mit einem metallischen Behälter (13) und einer metallischen Deckelanordnung (15), 8. A method for manufacturing a housing for a battery cell with a metallic container (13) and a metallic lid assembly (15),

wobei der Behälter (13) eine Öffnung (14) aufweist, durch die ein Wickelelement (3), zwei Stromabnehmer (7, 9) und ein Elektrolyt während der Fertigung der Batteriezelle (1) in das Gehäuse (11) eingebracht werden können, the container (13) having an opening (14) through which a winding element (3), two current collectors (7, 9) and an electrolyte can be introduced into the housing (11) during manufacture of the battery cell (1),

wobei die Deckelanordnung (15) eine Deckplatte (23) aufweist und die Öffnung (14) des Behälters (13) nach Fertigstellung des Gehäuses gasdicht und druckdicht abschließt, dadurch gekennzeichnet, dass wherein the cover assembly (15) has a cover plate (23) and the opening (14) of the container (13) after completion of the housing gas-tight and pressure-tight manner, characterized in that

in der Deckplatte (23) durch Verprägen ein Sollbruchbereich (31) reduzierter Dicke (d1) ausgebildet wird, der dazu ausgebildet ist, bei einem erhöhten Innendruck in dem in the cover plate (23) is formed by embossing a predetermined breaking area (31) of reduced thickness (d1), which is adapted to be at an increased internal pressure in the

Gehäuse (11) zu bersten. Burst housing (11).

9. Verfahren nach Anspruch 8, wobei beim Verprägen Material von dem Sollbruchbereich (31) in einen angrenzenden Verdickungsbereich (33) der Deckplatte (23) pressend verlagert wird. 9. The method of claim 8, wherein in the embossing material from the predetermined breaking region (31) in an adjacent thickening region (33) of the cover plate (23) is displaced by pressing.

10. Kraftfahrzeug (100) aufweisend eine Batteriezelle (1) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9. 10. Motor vehicle (100) comprising a battery cell (1) according to one of claims 1 to 9.