WO2014122082A1

WO2014122082A1 - Elektrolytbehälter, batteriezelle, kraftfahrzeug und verfahren zur herstellung einer batteriezelle

Info

Publication number: WO2014122082A1
Application number: PCT/EP2014/051979
Authority: WO
Inventors: Sarmimala Hore; Holger Fink; Markus Hald
Original assignee: Robert Bosch Gmbh; Samsung Sdi Co., Ltd.
Priority date: 2013-02-06
Filing date: 2014-02-03
Publication date: 2014-08-14
Also published as: DE102013201888A1

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektrolytbehälter (100, 200) für eine Batteriezelle, bevorzugt eine Lithium-Ionen-Batteriezelle, eine Batteriezelle (10), ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle und ein Kraftfahrzeug mit einer Batteriezelle. Der erfindungsgemäße Elektrolytbehälter (100, 200) umfasst einen elektrolytdichten Beutel (110), der Elektrolyt (115) einschließt. Der Elektrolytbehälter (100, 200) ist dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytbehälter (100, 200) weiterhin einen elektrolytpermeablen Beutel (120) umfasst, der den elektrolytdichten Beutel (110) umschließt. Der elektrolytpermeable Beutel (120) fängt das Elektrolyt (115) vorübergehend auf, nachdem es aus dem elektrolytdichten Beutel (110) freigesetzt wurde. Die Permeabilität des elektrolytpermeablen Beutels (120) bewirkt dann in vorteilhafter Weise eine langsame und großflächige Freisetzung des Elektrolyts (115) aus dem Elektrolytbehälter (100, 200).

Description

Beschreibung Titel

Elektrolvtbehälter, Batteriezelle, Kraftfahrzeug und Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Elektrolytbehälter für eine Batteriezelle, bevorzugt eine Lithium-Ionen-Batteriezelle, eine Batteriezelle und ein

Kraftfahrzeug mit einer Batteriezelle. Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle.

Stand der Technik

Durch verbesserte Speicherkapazität, häufigere Wiederaufladbarkeit und höhere Energiedichten finden Batterien, beispielsweise Lithium-Ionen-Zellen basierte Batterien oder Nickelmetallhydrid-Batterien, immer breitere Anwendungen.

Lithium-Ionen-Zellen basierte Batterien zeichnen sich unter anderem aus durch hohe Energiedichten und eine äußerst geringe Selbstentladung.

Batterien mit geringerer Energiespeicherkapazität werden zum Beispiel für kleine tragbare elektronische Geräte wie Mobiltelefone, Laptops, Camcorder und dergleichen verwendet, während Batterien mit hoher Kapazität als Energiequelle für den Antrieb von Motoren von Kraftfahrzeugen, beispielsweise Hybrid- oder Elektro-Fahrzeugen, etc. oder als stationäre Batterien Verwendung finden.

Batterien können aus einzelnen Batteriezellen bestehen oder mehrere

Batteriezellen umfassen, die seriell und/oder parallel zu einem oder mehreren Batteriemodulen zusammengeschaltet sein können. Umfasst die Batterie mehrere Module, können diese ihrerseits seriell und/oder parallel zur Bildung der Batterie zusammengeschaltet sein. Batteriezellen 10 weisen dabei jeweils ein auch als Kollektorfolienwickel bezeichnetes Elektrodenensemble in einer

Elektrolytflüssigkeit auf, wobei das Elektrodenensemble und das Elektrolyt von einem Gehäusesystem mit Gehäuse 20 und Deckel 30 umfasst sind. Dies ist beispielhaft in Figur 1 dargestellt. Das vom Gehäusesystem umfasste und daher nicht sichtbare Elektrodenensemble ist so gestaltet, dass die Elektroden mittels Stromabnehmern aus Kupfer oder Aluminium kontaktierbar sind, um so die Elektroden des Elektrodenensembles mit Terminals 40 der Batteriezelle 10 elektrisch leitfähig zu verbinden. Das Gehäusesystem 20, 30 kann dabei aus Metall bestehen, beispielsweise Aluminium, leicht in Batterien einbaubar und druckresistent sein.

Das in Figur 1 nicht gezeigte Elektrodenensemble kann nach dem Stand der Technik, wie in den Figuren 2 und 3 dargestellt, hergestellt werden. Dabei werden erst Kollektorfolien 60 mit Anodenmaterial 70 beziehungsweise

Kathodenmaterial 71 beschichtet. Dann werden die beschichteten Kollektorfolien 65, 66 mit einem zwischen den Kollektorfolien 65, 66 angeordneten Separator 67 zu dem Elektrodenensemble 80 aufgewickelt. Die Kollektorfolien können beispielsweise aus Kupfer oder Aluminium sein. Dann werden aus dem

Elektrodenensemble 80 seitlich überstehende Enden 81 , 82 der Kollektorfolien mit Stromabnehmern elektrisch verbunden, die ihrerseits mit den Terminals 40 verbunden sind.

In Figur 1 ist weiterhin eine Elektrolyteinfüllöffnung 50 dargestellt, durch die Elektrolyt nach Einsetzen des Elektrodenensembles in das Gehäuse 20 und Verschließen des Gehäuses 20 mit einem Deckel 30 in die Batteriezelle 10 mittels einer Elektrolyteinfüllvorrichtung 55 eingefüllt wird. Dies ist beispielhaft in Figur 4 dargestellt.

Zur Vermeidung von Beeinträchtigungen der Funktionsfähigkeit und/oder der Freisetzung gefährlicher Gase wird beim Einfüllen des Elektrolyts besonders darauf geachtet, dass in die Batteriezelle - trotz stark hygroskopischer

Eigenschaften von Salzen im Elektrolyt - keine Feuchtigkeit eindringen kann.

So wird in United States Patent 6,379,838 ein Beutel beschrieben, der in trockener und inerter Atmosphäre mit einer vorbestimmten Menge Elektrolyt befüllt und anschließend heiß versiegelt worden ist, so dass im Beutel keine Blasen vorhanden sind. Der elektrolytdichte Beutel wird, nachdem er zusammen mit einem Zellenstapel in ein Batteriezellpaket eingeführt wurde, das anschließend verschlossen und evakuiert wurde, zum Beispiel an der

Versiegelung aufgerissen.

Offenbarung der Erfindung

Die Erfinder haben erkannt, dass das Aufreißen des elektrolytdichten Beutels zu einer schnellen und lokalisierten Freisetzung des Elektrolyts führt.

Erfindungsgemäß wird daher ein Elektrolytbehälter mit den Merkmalen nach Anspruch 1 für eine Batteriezelle vorgeschlagen. Der erfindungsgemäße

Elektrolytbehälter umfasst einen elektrolytdichten Beutel, der Elektrolyt einschließt. Der Elektrolytbehälter ist dadurch gekennzeichnet, dass der Elektrolytbehälter weiterhin einen elektrolytpermeablen Beutel umfasst, der den elektrolytdichten Beutel umschließt.

Der elektrolytpermeable Beutel fängt das Elektrolyt vorübergehend auf, nachdem es aus dem elektrolytdichten Beutel freigesetzt wurde. Die Permeabilität des elektrolytpermeablen Beutels bewirkt dann in vorteilhafter Weise eine langsame und großflächige Freisetzung des Elektrolyts aus dem Elektrolytbehälter.

In einer Ausführungsform ist der elektrolytpermeable Beutel porös. Dann ist der Beutel leicht herstellbar.

Der elektrolytdichte Beutel kann eine Sollrissstelle aufweisen. Dann kann die Freisetzung des Elektrolyts aus dem elektrolytdichten Beutel besser kontrolliert werden. Ist die Sollrissstelle eine gerade oder eine gekrümmte Sollrisslinie, ist die Freisetzung noch besser kontrollierbar.

Erfindungsgemäß wird weiterhin eine Batteriezelle mit den Merkmalen nach Anspruch 6 vorgeschlagen. Die erfindungsgemäße Batteriezelle umfasst mindestens einen Kollektorfolienwickel in einem Gehäuse. Die

erfindungsgemäße Batteriezelle ist dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse weiterhin ein erfindungsgemäßer Elektrolytbehälter ist. Erfindungsgemäß wird ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle vorgeschlagen, wobei das Verfahren die Schritte Herstellen eines Elektrodenensembles und Einsetzen des Elektrodenensembles in ein Gehäuse umfasst. Zum vorteilhaften Befüllen mit Elektrolyt umfasst das Verfahren die Schritte Einsetzen eines erfindungsgemäßen Elektrolytbehälters in das Gehäuse und Aufreißen des elektrolytdichten Beutels.

Erfindungsgemäß wird schließlich ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 8 mit einer Batteriezelle vorgeschlagen. Das Kraftfahrzeug ist dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle eine erfindungsgemäße Batteriezelle ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben und in der Beschreibung beschrieben.

Zeichnungen

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Figur 1 ein beispielhaftes Gehäusesystem für eine Batteriezelle nach dem Stand der Technik;

Figur 2 eine beispielhafte Herstellung einer Kollektorfolie nach dem Stand der Technik;

Figur 3 eine beispielhafte Herstellung eines Kollektorfolienwickels nach dem Stand der Technik;

Figur 4 ein beispielhaftes System mit Kollektorfolienwickel und Terminals nach dem Stand der Technik;

Figur 5 eine beispielhafte Elektrolytbefüllung einer Batteriezelle nach dem Stand der Technik,

Figur 6 ein erstes Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen

Elektrolytbehälters, und Figur 7 ein zweites Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen

Elektrolytbehälters.

Ausführungsformen der Erfindung

In der Figur 6 ist ein erstes Ausführungsbeispiel 100 des erfindungsgemäßen Elektrolytbehälters gezeigt.

Der Elektrolytbehälter 100 umfasst dabei Elektrolyt 1 15 in einem elektrolytdichten Beutel 110. Der elektrolytdichte Beutel 110 ist wiederum in einem

elektrolytpermeablen Beutel 120 enthalten. Der elektrolytpermeable Beutel 120 des Elektrolytbehälters 100 des ersten Ausführungsbeispiels ist dabei elektrolytdurchlässig gestaltet. In dem ersten Ausführungsbeispiel ist der elektrolytdichte Beutel 1 10 rechteckig ausgebildet mit einer

Hauptausdehnungsrichtung. Dabei weist der elektrolytdichte Beutel 110 zwei linienförmig ausgebildete Sollrissstellen 130 auf, die parallel zu der

Hauptausdehnungsrichtung des elektrolytdichten Beutels 110 in der Nähe von zur Hauptausdehnungsrichtung senkrechten Kanten des elektrolytdichten Beutels 110 ausgebildet sind.

Wie in Figur 6 beispielhaft dargestellt, kann der Elektrolytbehälter 100 auf einem Elektrodenensemble 80 angeordnet sein und mit diesem in ein Gehäuse 20 eingesetzt werden, nachdem überstehende Kollektorfolienenden 81 , 82 so mit Terminals 40 verbunden wurden, dass die Terminals 40 durch einen Deckel 30 nach außen ragen, wenn das Gehäuse 20 mit dem Deckel 30 verschlossen wurde. Durch Ausübung einer vorbestimmten Mindestkraft, beispielsweise in Form von Druck, kann ein Reißen des elektrolytdichten Beutels 110 bewirkt werden. Aus dem gerissenen Beutel 110 ausgetretenes Elektrolyt 1 15 wird von dem elektrolytpermeablen Beutel 120 zeitweise zurückgehalten und über die Poren langsam, großflächig und gleichmäßig über das Elektrodenensemble 80 verteilt.

Figur 7 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel 200 des erfindungsgemäßen Elektrolytbehälters. Wieder umfasst der Elektrolytbehälter 100 Elektrolyt 1 15 in einem rechteckigen, mit Sollrissstellen 130 versehenen, elektrolytdichten Beutel 110, der in einem mittels Poren elektrolytdurchlässig gestalteten, elektrolytpermeablen Beutel 120 enthalten ist. Diesmal weist der elektrolytdichte Beutel 1 10 zwei linienförmig ausgebildete Sollrissstellen auf, die senkrecht zu der Hauptausdehnungsrichtung des elektrolytdichten Beutels 1 10 in der Nähe von zur

Hauptausdehnungsrichtung senkrechten Kanten des elektrolytdichten Beutels 1 10 ausgebildet sind.

In dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel sind die Sollrissstellen als gerade Linien dargestellt. Es sind aber auch Sollrissstellen möglich und im Sinne der Erfindung, die als gekrümmte Linien oder flächig als Sollrissbereiche ausgebildet sind. In dem ersten und dem zweiten Ausführungsbeispiel ist der elektrolytpermeable Beutel 110 aufgrund von Poren durchlässig für Elektrolyt. Es sind aber auch andere Formen der Durchlässigkeit für Elektrolyt möglich.

In allen Ausführungsbeispielen ist es möglich, dass Kollektorfolienwickel, Gehäuse, Elektrolytbehälter und Deckel so aufeinander angepasst sind, dass durch Verschließen des Gehäuses mit dem Deckel auf den Elektrolytbehälter ein Druck ausgeübt wird, der ein Reißen des elektrolytdichten Beutels an der Sollrissstelle bewirkt.

Claims

Ansprüche

1. Elektrolytbehälter (100, 200) für eine Batteriezelle (10), wobei der

Elektrolytbehälter (100, 200) einen elektrolytdichten Beutel (110) umfasst, der Elektrolyt (1 15) einschließt, dadurch gekennzeichnet, dass der

Elektrolytbehälter (100, 200) weiterhin einen elektrolytpermeablen Beutel (120) umfasst, der den elektrolytdichten Beutel (1 10) umschließt.

2. Elektrolytbehälter (100, 200) nach Anspruch 1 , wobei der

elektrolytpermeable Beutel (120) porös ist.

3. Elektrolytbehälter nach Anspruch 1 oder 2, wobei der elektrolytdichte Beutel (1 10) eine Sollrissstelle (130) aufweist.

4. Elektrolytbehälter nach Anspruch 3, wobei die Sollrissstelle (130) eine

Sollrisslinie ist.

5. Elektrolytbehälter nach Anspruch 4, wobei die Sollrisslinie gekrümmt ist.

6. Batteriezelle (10) mit mindestens einem Kollektorfolienwickel in einem

Gehäuse (20), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Gehäuse (20) weiterhin ein Elektrolytbehälter (100, 200) nach einem der vorangehenden Ansprüche ist.

7. Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle (10), umfassend:

Herstellen eines Elektrodenensembles,

Einsetzen des Elektrodenensembles in ein Gehäuse (20),

Einsetzen eines Elektrolytbehälters (100, 200) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 in das Gehäuse (20) und

Aufreißen des elektrolytdichten Beutels (1 10).

8. Kraftfahrzeug mit einer Batteriezelle (10) gemäß Anspruch 6.