WO2016116321A1

WO2016116321A1 - Batteriezelle mit kunststoffbauteil, sowie batterie

Info

Publication number: WO2016116321A1
Application number: PCT/EP2016/050412
Authority: WO
Inventors: Markus Kohlberger
Original assignee: Robert Bosch Gmbh
Priority date: 2015-01-21
Filing date: 2016-01-12
Publication date: 2016-07-28
Also published as: DE102015200911A1; CN107112450A; CN107112450B

Abstract

Erfindungsgemäß wird eine Batteriezelle (1) bereitgestellt, die ein Gehäuse (2), einen Gehäusedeckel (3) mit darin vorgesehenen Anschlüssen (31, 32), ein in dem Gehäuse (2) angeordneten Elektrodenensemble (4) bestehend aus zumindest einer ersten Elektrode, einer zweiten Elektrode und einem zwischen diesen vorgesehenen Separator, wobei jede Elektrode zumindest einen zu dem Gehäusedeckel (3) hervorstehenden Stromabnehmer (51, 52) aufweist, und ein Kunststoffbauteil (6) aufweist, das die Stromabnehmer (51, 52) der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode jeweils getrennt voneinander umschließt und eine Stromdurchführung von den Elektroden zu den Anschlüssen (31, 32) ermöglicht. Ferner wird eine Batterie mit zumindest zwei derartigen Batteriezellen (1) bereitgestellt, wobei die Batteriezellen (1) seriell oder parallel miteinander verschaltet sind.

Description

Batteriezelle mit Kunststoffbauteil, sowie Batterie

Stand der Technik

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Batteriezelle, vorzugsweise eine Lithium-Ionen- Batteriezelle, mit einem Kunststoffbauteil zum Umschließen der Elektroden. Ferner betrifft die vorliegende Erfindung eine Batterie, vorzugsweise eine wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterie, mit zumindest zwei der erfindungsgemäßen Batteriezellen. Mit dem Begriff Batterie ist hier gemeint, dass mindestens zwei Batteriezellen miteinander seriell oder parallel verschaltet sind. Die Begriffe Batteriezelle und Zelle werden in der vorliegenden Schrift synonym verwendet.

In verschiedenen Technologie-Bereichen kommen in letzter Zeit vermehrt

hochentwickelte wiederaufladbare Batterien, auch als Sekundärbatterie oder

Akkumulatoren bezeichnet, zum Einsatz, das heißt ein paralleler oder serieller Zusammenschluss mehrerer einzelner elektrisch verschalteter wiederaufladbarer

Batteriezellen zu einem Batteriepack oder einem sogenannten Batteriemodul.

Anwendungsmöglichkeiten für derartige Batterien sind in Zukunft sowohl bei stationären Anwendungen wie zum Beispiel bei Windkraftanlagen als auch im

Kraftfahrzeugbereich zum Antrieb eines Elektromotors oder eines zusätzlich zu einem herkömmlichen Verbrennungsmotor vorgesehenen Elektro-Zusatzmotors zu finden, beispielsweise in einem Elektrofahrzeug, Hybridfahrzeug (Plug-In-Hybrid oder Micro- Hybrid) oder dergleichen, sowie in anderen technischen Bereichen, wie zum Beispiel im Consumer-Bereich bei Powertools, Mobilfunktelefonen, Smartphones, tragbaren Computern, Videokameras oder MP3-Playern. Besonders in diesen Bereichen werden sehr hohe Anforderungen bezüglich Sicherheit, Zuverlässigkeit, Leistungsfähigkeit und

Lebensdauer gestellt. Prädestiniert für ein breites Einsatzgebiet von Applikationen ist dabei die Lithium-Ionen-Batterietechnologie, die sich durch eine äußerst geringe Selbstentladung und eine hohe Energiedichte hervorhebt, welche einen wichtigen Parameter der Leistungsfähigkeit darstellt und beispielsweise in Wattstunden pro Kilogramm (Wh/kg) angegeben wird.

Bekannte wiederaufladbare Lithium-Ionen-Batterien bestehen aus mindestens einer, üblicherweise aus zwei und mehr Lithium-Ionen-Batteriezellen, die mindestens eine positive Elektrode, das heißt eine Anode, und eine negative Elektrode, das heißt eine Kathode, besitzen, welche Lithium-Ionen reversibel einlagern, auch als Interkalation bekannt, und wieder auslagern können, was als Deinterkalation bezeichnet wird. Ein Beispiel für eine derartige bekannte Lithium-Ionen-Batteriezelle ist in der DE 10 201 1 077 295 A1 gezeigt, die eine Lithium-Ionen-Batteriezelle offenbart, bei der ein aufgewickeltes Elektrodenensemble in einem sogenannten Hardcase angeordnet ist, wobei sogenannte Kollektoren die Seitenränder der Folienstapel geklemmt halten und in dem Gehäuse anordnen. Die Kollektoren sind hier an den vertikalen Seiten der Folien angeordnet, wodurch eine horizontale Ausrichtung der geklemmten Bereiche der Folienstapel umgesetzt ist. Damit die Interkalation beziehungsweise die

Deinterkalation von Lithium-Ionen stattfindet, ist die Anwesenheit einer

Elektrolytkomponente notwendig, die ein sogenanntes Lithium-Leitsalz enthält.

Praktisch bei allen derzeitigen Lithium-Ionen-Zellen, sowohl im Consumer-Bereich als auch im Kraftfahrzeugbereich wird als Lithium-Leitsalz Lithium-Hexa-Fluorophosphat LiPF₆ eingesetzt. LiPF₆ ist gegenüber Feuchtigkeit äußerst reaktiv und es erfolgt in mehreren Stufen Hydrolyse bis hin zu Fluorwasserstoff HF. Um eine Schädigung der Lithium-Ionen-Zelle durch Feuchte zu verhindern wird in der Praxis als Stand der Technik ein Gehäuse mit einem metallenen Anteil verwendet, wobei die Metallfolie, bzw. das Metallblech die eigentliche Sperre gegen die Luftfeuchte ist. Figur 5 zeigt eine schematische Ansicht einer derartigen Lithium-Ionen-Zelle 9, bei der ein Gehäuse 91 einen derartigen metallenen Anteil verwendet, um ein Elektrodenensemble 92 nach außen zu schützen. Das Elektrodenensemble 92 besteht dabei aus zumindest einer positiven Elektrode, der Anode, und zumindest einer negativen Elektrode, der Kathode, von denen als Stromabnehmer wirkende Ableiterfolien 921 , 922 zur Seite

hervorstehen. Die Ableiterfolien 921 , 922 werden dabei jeweils von einem

Stromkollektor 923 abgegriffen und eine elektrische Leitung nach außen zu jeweiligen Kontaktanschlüssen 93 hergestellt, welche durch einen Gehäusedeckel 94 des

Gehäuses 91 hindurchgeführt sind, um einen Abgriff von außen zu ermöglichen. Die Ableiterfolien 921 und 922 der Elektroden sind dabei üblicherweise zueinander entgegengesetzt angeordnet, wobei die Ableiterfolie 921 zu der in der Figur linken Seitenwand 91 1 des Gehäuses 91 hin von den Elektrodenensemble 92 hervorsteht, und wobei die Ableiterfolie 922 zu der in der Figur rechten Seitenwand 912 des Gehäuses 91 hin von den Elektrodenensemble 92 hervorsteht. Die Ableiterfolien 921 , 922 haben damit eine sogenannte waagrechte oder horizontale Anordnung in dem Gehäuse 91 , bei der die Ableiterfolien 921 , 922 in einer Längsrichtung des Gehäuses 91 zueinander entgegengesetzt in dem Gehäuse 91 angeordnet sind. Die

Stromabgriffe durch die Stromkollektoren 923, die mit den Ableiterfolien 921 , 922 elektrisch leitend verbunden sind, erfolgen dabei jeweils an einer Seite an dem Elektrodenensemble 92 nach oben geführt hin zu den jeweiligen Kontaktanschlüssen 93.

Derartige bekannte Lithium-Ionen-Batteriezellen haben jedoch generell den Nachteil, dass deren Energiedichte im Verhältnis zu deren Gewicht nicht hoch genug ist, um beispielsweise Elektrofahrzeuge ausreichend zu versorgen, insbesondere um zum Beispiel eine zufriedenstellende Reichweite des Elektrofahrzeugs zu erzielen. Folglich ist die Forschung auf dem Gebiet der Kraftfahrzeugtechnik bestrebt, die Energiedichte von Lithium-Ionen-Batteriezellen so weit wie möglich zu erhöhen.

Offenbarung der Erfindung

Um den genannten Problemen des Stands der Technik zu begegnen stellt die vorliegende Erfindung eine Batteriezelle, vorzugsweise in Form einer Lithium- Ionen- Batteriezelle bereit, die ein Gehäuse, einen Gehäusedeckel mit darin vorgesehenen Anschlüssen, und ein in dem Gehäuse angeordnetes

Elektrodenensemble aufweist. Das Elektrodenensemble, vorzugsweise ein gewickeltes Elektrodenensemble, also ein Elektrodenensemble in Form eines Elektrodenwickels, bestehend dabei aus zumindest einer ersten Elektrode, einer zweiten Elektrode und einem zwischen diesen vorgesehenen Separator, wobei jede Elektrode zumindest einen zu dem Gehäusedeckel hervorstehenden

Stromabnehmer aufweist, beispielsweise in Gestalt einer oder mehrerer

Ableiterfolien oder dergleichen. Ferner weist die erfindungsgemäße Batteriezelle ein Kunststoffbauteil auf, das die Stromabnehmer der ersten Elektrode und die Stromabnehmer der zweiten Elektrode jeweils getrennt voneinander umschließt und eine Stromdurchführung von den Elektroden zu den Anschlüssen ermöglicht. Die erfindungsgemäße Batteriezelle kann dabei eine hochkapazitive Batteriezelle sein, die vorzugweise ein Ladungsspeichervermögen von >5Ah aufweist, weiter vorzugsweise >60Ah.

Im Gegensatz zu dem oben beschriebenen Stand der Technik weist die erfindungsgemäße Batteriezelle folglich eine senkrechte oder vertikale

Anordnung der Stromabnehmer der jeweiligen Elektroden auf, so dass diese im Gegensatz zu der bekannten waagrechten und damit zueinander

entgegengesetzten Anordnung auf derselben Seite des Elektrodenensembles nebeneinander angeordnet sind, und zwar auf der Seite, die dem Gehäusedeckel des Gehäuses der Batteriezelle gegenüberliegt. Eine derartige senkrechte beziehungsweise vertikale Anordnung der Stromabnehmer des

Elektrodenensembles führt zu einer besseren Ausnutzung des verfügbaren Raums in dem Gehäuse der Batteriezelle. Bei einer Beschädigung der

Stromabnehmer, beispielsweise bei einem Schmelzen der Stromabnehmer oder auch der Stromkollektoren durch einen externen Kurzschluss, kann deren geschmolzenes Material, wie zum Beispiel Aluminium, bei einer derartigen Anordnung auf das Elektrodenensemble tropfen, wodurch weitere Kurzschlüsse hervorgerufen werden können und folglich die Batteriezelle weiter beschädigt wird. Um nun das Elektrodenensemble vor derartigen Einflüssen zu schützen, ist das Kunststoffbauteil bei der erfindungsgemäßen Batteriezelle vorgesehen, das zwar die Stromabnehmer ohne Unterbrechung von dem Elektrodenensemble zu den Anschlüssen führt aber den die Stromabnehmer umgebenden Raum innerhalb des Gehäuses trennt, so dass ein Raum zwischen dem

Gehäusedeckel des Gehäuses und dem Kunststoffbauteil und ein Raum zwischen dem Kunststoffbauteil und dem Elektrodenensemble voneinander so getrennt sind, dass zumindest das Elektrodenensemble von dem

Kunststoffbauteil abgedeckt ist. Dadurch kann das Kunststoffbauteil

geschmolzenes Material auffangen und eine Beschädigung des

Elektrodenensembles verhindern. Das Kunststoffbauteil hat dabei vorzugsweise eine Höhe zwischen 1 mm und 4mm, weiter vorzugsweise etwa 2mm, um genügend Masse mit geringerem Schmelzpunkt im Vergleich zu dem

geschmolzenen Material bereitzustellen, durch die das geschmolzene Material hindurchdringen muss. Mit„Höhe" ist hier die Dimension des Kunststoffbauteils gemeint, die sich von dem Elektrodenensemble in Richtung des Deckels des Gehäuses erstreckt.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batteriezelle ist das Kunststoff bauteil ein um die Stromabnehmer herum umspritztes Bauteil, also ein durch Umspritzen erzeugtes Kunststoffbauteil. Dadurch kann sichergestellt werden, dass das Kunststoffbauteil ein einstückiges Bauteil ist, das die

Stromabnehmer lückenlos umschließt.

Gemäß einer dazu alternativen Weiterbildung der erfindungsgemäßen

Batteriezelle ist das Kunststoffbauteil ein separates Formteil, das den/die

Stromabnehmer der ersten Elektrode und den/die Stromabnehmer der zweiten Elektrode jeweils zusammendrückt. Mit separatem Formteil ist ein bereits im Vorfeld gefertigtes Bauteil gemeint, das an die Stromabnehmer in einer diese zusammendrückenden Weise angebracht werden kann, wobei das

Kunststoffbauteil dabei den/die Stromabnehmer der erste Elektrode

zusammendrückt und umgibt, und dazu beabstandet den/die Stromabnehmer der zweiten Elektrode zusammendrückt und umgibt, so dass ein Kurzschluss zwischen diesen verhindert wird. Das Kunststoffbauteil kann dazu eine äußere Gestalt aufweisen, die aus zumindest zwei Teilen besteht, welche miteinander in Eingriff gehen können, wobei die zumindest zwei Teile vorzugsweise baugleich sind. Die Form jedes der beiden Teile kann dabei eine längliche riegelartige Gestalt aufweisen, in der an einer Längsseite zwei Einbuchtungen oder

Aussparungen vorgesehen sind, in die die Stromabnehmer zumindest teilweise eingesetzt werden können.

Um die beiden Teile miteinander zu einem Bauteil verbinden zu können, können an den miteinander in Kontakt gehenden Längsseiten Verbindungselemente vorgesehen sein, beispielsweise in Form von Rasthaken und Widerhaken, oder Rasthaken und entsprechenden Rasthakenaufnahmen oder Ösen, wobei die

Rasthaken dann mit den jeweiligen entsprechenden Widerhaken oder Ösen in dem gegenüberliegenden Teil in Verbindung treten können. Eine Verbindung der beiden Teile des Kunststoffbauteils kann dabei wieder auftrennbar vorgesehen sein. In einer bevorzugten Ausführung, wie oben bereits erwähnt, sind die beiden Teile baugleich, also mit denselben Verbindungselementen beziehungsweise entsprechenden Öffnungen an denselben Stellen versehen, wobei dann bei einem Zusammenbau der beiden Teile um 180° zueinander verdreht werden müssen, damit die Verbindungselemente entsprechend die beiden Teile verbinden können. Eine baugleiche Gestalt der beiden Teile hat den Vorteil einer vereinfachten Produktion und eines unnötig Werdens einer Vorsortierung der

Bauteile. Das Kunststoffbauteil kann alternativ dazu auch aus mehr als zwei Teilen bestehen.

Gemäß einem alternativen Gesichtspunkt kann das Kunststoffbauteil aus zwei Teilen bestehen, die an einem Ende durch ein Gelenk miteinander verbunden sind, wobei vorzugsweise die anderen Enden der zwei Teile miteinander in Eingriff gehen können, vorzugsweise durch entsprechenden

Verbindungselemente, wie zum Beispiel mittels einer Haken-Widerhaken- Kombination, einer Haken-Öse-Kombination oder dergleichen, wie bereits vorhergehend beschrieben. Mit einem Gelenk ist hier beispielsweise ein

Filmscharnier oder dergleichen gemeint, das die beiden Teile des

Kunststoffbauteils dauerhaft miteinander verbindet. Dies hat den Vorteil, dass bei einem Zusammenbau keines der beiden Teile ohne das andere verloren werden kann und eine Ausrichtung der Verbindungselemente beim Zusammenbau automatisch erfolgt.

Vorzugsweise sind bei einer zwei- oder mehrteiligen Gestalt der

Kunststoffbauteile, unabhängig von der getrennten oder zusammengefügten Ausführung, die zum Zusammendrücken der Stromabnehmer vorgesehenen Abschnitte des Kunststoffbauteils, also beispielsweise die vorhergehend genannten Einbuchtungen oder Aussparungen in den Teilen des

Kunststoffbauteils, mit einem weiteren Kunststoff versehen, beispielsweise in Form einer Dichtlippe. Damit kann eine dichte Einklemmung der Stromabnehmer durch das Kunststoffbauteil sichergestellt werden. Ferner wird beispielsweise bei Verwendung von Ableiterfolien als Stromabnehmer das Risiko verringert, die

Folien beim Anbringen des Kunststoffbauteils abzuquetschen. Der weitere Kunststoff kann dabei ein Elastomerkunststoff sein, wie zum Beispiel Polyurethan oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk. Weiter vorzugsweise kann das Kunststoffbauteil aus thermoplastischem

Kunststoff hergestellt sein, wie zum Beispiel aus Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Perfluoralkoxylalkan (PFA), Polyethylenterephthalat (PET) oder

Polyphenylensulfid (PPS). Vorzuziehen sind dabei hochschmelzende Typen, wie zum Beispiel PET, PPS oder PFA, da geschmolzenes Material, wie zum Beispiel heißes Aluminium mit über 500°C auf das Kunststoffbauteil tropfen kann und dieses derartigen Temperaturen standhalten sollte. Bei einer Verwendung von PP oder PE hat das Kunststoffbauteil vorzugsweise eine Höhe von 3mm bis 4mm, um genügend Masse mit geringerem Schmelzpunkt im Vergleich zu dem geschmolzenen Material bereitzustellen, durch die das geschmolzene Material hindurchdringen muss. Mit„Höhe" ist hier die Dimension des Kunststoffbauteils gemeint, die sich von dem Elektrodenensemble in Richtung des Deckels des Gehäuses erstreckt.

Ferner kann das Kunststoffbauteil an dessen zum Gehäuse hinweisendem Umfang, also an seinem äußeren Umfang, der der Innenseite des Gehäuses gegenüberliegt, mit einem weiteren Kunststoff versehen sein, vorzugsweise in Form einer Dichtlippe, um den die Stromabnehmer umgebenden Raum innerhalb des Gehäuses möglichst dicht zu trennen. Dadurch kann ein Raum zwischen dem Gehäusedeckel des Gehäuses und dem Kunststoffbauteil und ein Raum zwischen dem Kunststoffbauteil und dem Elektrodenensemble voneinander so getrennt werden, dass das Elektrodenensemble von dem Kunststoffbauteil vollständig abgedeckt ist. Dabei kann vorzugsweise eine Durchgangsöffnung in dem Kunststoffbauteil vorgesehen sein, die den Raum zwischen dem

Gehäusedeckel und dem Kunststoffbauteil und den Raum zwischen dem

Kunststoffbauteil und dem Elektrodenensemble miteinander kontrolliert verbindet, und über die ein Elektrolyt von oben eingefüllt an das Elektrodenensemble gelangt.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Batteriezelle kann ein Teil jedes Stromabnehmers, der zwischen dem Kunststoffbauteil und dem Gehäusedeckel angeordnet ist, einen geringeren Leitungsquerschnitt als der Teil jedes Stromabnehmers aufweisen, der zwischen dem Kunststoffbauteil und dem Elektrodenensemble angeordnet ist. Das bedeutet, dass der Teil jedes Stromabnehmers, der den geringsten Leitungsquerschnitt aufweist, zwischen dem Gehäusedeckel des Gehäuses und dem Kunststoff bauteil angeordnet ist, wobei der Teil jedes Stromabnehmers zwischen Kunststoff bauteil und

Elektrodenensemble einen demgegenüber breiteren Leitungsquerschnitt aufweist. Ein potentielles Schmelzen oder Durchschmelzen eines

Stromabnehmers bei einem Kurzschluss würde entsprechend an dem Teil mit dem geringsten Leitungsquerschnitt erfolgen, also oberhalb des

Kunststoffbauteils, so dass ein Herabtropfen des geschmolzenen Materials auf das Elektrodenensemble durch das Kunststoff bauteil verhindert werden kann. Gemäß einem weiteren Gesichtspunkt der Erfindung wird eine Batterie bereitgestellt, die zumindest zwei der vorhergehend beschriebenen Batteriezellen aufweist, wobei die Batteriezellen seriell oder parallel miteinander verschaltet sind. Vorteile der Erfindung

Mit einer erfindungsgemäßen Batteriezelle, genauer gesagt mit einer wie vorhergehend beschriebenen Batteriezelle mit einer senkrechten Anordnung des Elektrodenensembles beziehungsweise der Stromabnehmer des

Elektrodenensembles kann ein zur Verfügung stehender Raum in dem Gehäuse der Batteriezelle besser ausgenutzt werden, indem das Elektrodenensemble aufgrund des Fehlens der seitlichen Stromabnehmer insgesamt in einer

Längsrichtung des Gehäuses breiter sein kann. Durch dieses insgesamt breitere Elektrodenensemble in dem Batteriezellengehäuse kann im Vergleich zu einer Batteriezelle mit gleich großem Gehäuse aber waagrechter Anordnung der

Stromabnehmer des Elektrodenensembles eine 15 bis 20%ige Erhöhung der Energiedichte der Batteriezelle erreicht werden.

Bei einer derartigen senkrechten Anordnung der Stromabnehmer können jedoch Störungen, beispielsweise in Form von Kurzschlüssen der Elektroden, oder

Beschädigungen der Elektroden oder des Separators auftreten, die durch ein Aufschmelzen der Stromabnehmer oder der Stromkollektoren und damit durch das herabtropfende geschmolzene Material verursacht werden, beispielsweise durch geschmolzenes Aluminium der Folien einer positiven Elektrodenfolie oder eines Stromkollektors. Aus diesem Grund findet eine senkrechte Anordnung von Stromabnehmers derzeit nur bei Batteriezellen mit einem

Ladungsspeichervermögen von <5Ah Anwendung, wobei bisher versucht wird, mit Kunststofffolien oder Klebeband den oberen Bereich des

Elektrodenensembles zu schützen, was aber speziell zwischen den Folienlagen nicht möglich ist. Mit der Verwendung eines Kunststoffbauteils wie bei der vorliegenden Erfindung, das zwischen Gehäusedeckel und Elektrodenensemble vorgesehen ist, kann nun dieses das Elektrodenensemble sicher schützen, so dass auch große Zellen mit einem Ladungsspeichervermögen von > 60Ah ohne Risiko bei einem Auftreten eines externen Kurzschlusses möglich sind. Bei einem Durchschmelzen der Stromabnehmer oder der Stromkollektoren wird demnach aufgrund eines derartigen Kurzschlusses aufgeschmolzenes Material, beispielsweise flüssiges Aluminium, durch das verwendete Kunststoffbauteil aufgefangen und das Elektronenensemble sicher geschützt. Das

Kunststoffbauteil kann darüber hinaus das Elektronenensemble vor Spritzern zwischen den Folienlagen nach unten schützen, die auftreten können, wenn beispielsweise die einzelnen Folienlagen miteinander oder an dem Deckel verschweißt werden, wenn der Deckel mit dem Gehäuse verschweißt wird, oder aber wenn in Folge eines Kurzschlusses eine oder mehrere der Folienlagen schmelzen.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer bevorzugten

Ausführungsform einer Batteriezelle gemäß der Erfindung;

Figur 2 zeigt eine geschnittene Detailansicht entlang der Linie A-A in

Figur 1;

Figuren 3a-c zeigen ein Kunststoffbauteil in verschiedenen

Ausführungsformen einer Batteriezelle gemäß der Erfindung;

Figuren 4a&b zeigen ein Kunststoff bauteil einer weiteren Ausführungsform einer Batteriezelle gemäß der Erfindung in offenen und geschlossenen Zustand; und Figur 5 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Batteriezelle gemäß dem Stand der Technik.

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Komponenten und Elemente mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten oder Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.

Ausführungsformen der Erfindung

Figur 1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer bevorzugten

Ausführungsform einer Batteriezelle 1 gemäß der Erfindung. Die Batteriezelle 1 hat ein Gehäuse 2 in Form eines einseitig offenen Quaders mit einem Hohlraum 21, einen Gehäusedeckel 3 mit darin vorgesehenen Anschlüssen 31, 32, und ein in dem Gehäuse 2 angeordnetes Elektrodenensemble 4 bestehend aus zumindest einer ersten Elektrode, einer zweiten Elektrode und einem zwischen diesen vorgesehenen Separator, wobei jede Elektrode zumindest einen zu dem Gehäusedeckel 3 hervorstehenden Stromabnehmer 51, 52 aufweist. In einem fertig zusammengebauten Zustand der Batteriezelle 1 ist dabei das

Elektrodenensemble 4 in dem Hohlraum 21 des Gehäuses 2 angeordnet und der Gehäusedeckel 3 ist mit dem oberen Rand des Gehäuses 2 verschweißt.

Darüber hinaus hat die Batteriezelle 1 ein Kunststoffbauteil 6, das den/die Stromabnehmer 51 der ersten Elektrode und den/die Stromabnehmer 52 der zweiten Elektrode jeweils getrennt voneinander umschließt und eine

Stromdurchführung von den Elektroden zu den Anschlüssen 31, 32 ermöglicht. Dabei sind die durch das Kunststoffbauteil 6 umschlossenen und dadurch zusammengeklemmten Stromabnehmer 51 mit dem Anschluss 31 in elektrischer Verbindung und die durch das Kunststoffbauteil 6 umschlossenen und dadurch zusammengeklemmten Stromabnehmer 52 mit dem Anschluss 32 in elektrischer Verbindung. Wahlweise übernimmt entsprechend der gewählten Polung der Anschluss 31 die Funktion des Pluspols und der Anschluss 31 die Funktion des Minuspols, oder umgekehrt. Wie ferner in Figur 1 zu erkennen ist, hat ein Teil jedes Stromabnehmers 51, 52, der zwischen dem Kunststoffbauteil 6 und dem Gehäusedeckel 3 angeordnet ist, einen Leitungsquerschnitt Ql der geringer ist als ein Leitungsquerschnitt Q2 eines Teils jedes Stromabnehmers 51, 52, der zwischen dem Kunststoffbauteil 6 und dem Elektrodenensemble 4 angeordnet ist. Das bedeutet, dass der Teil jedes Stromabnehmers 51, 52, der den geringsten Leitungsquerschnitt aufweist, zwischen dem Gehäusedeckel 3 und dem Kunststoffbauteil 6 angeordnet ist. Ein potentielles Schmelzen oder Durchschmelzen eines Stromabnehmers 51, 52 bei einem Kurzschluss würde entsprechend an dem Teil mit dem geringsten

Leitungsquerschnitt Ql erfolgen, der damit oberhalb des Kunststoffbauteils 6 zwischen diesem und dem Gehäusedeckel 3 liegt, so dass ein Herabtropfen von durch den Kurzschluss geschmolzenem Material auf das Elektrodenensemble 4 durch das Kunststoffbauteil 6 verhindert wird. Das Kunststoffbauteil 6, wie es in Figur 1 in einer schematischen Seitenansicht gezeigt ist, umschließt also je Elektrode mehrere Stromabnehmer 51, 52. Zur besseren Veranschaulichung zeigt Figur 2 eine geschnittene Detailansicht dieser Anordnung entlang der Linie A-A in Figur 1. Wie vorhergehend beschrieben ist dabei eine Vielzahl von Stromabnehmern 51 des Elektrodenensembles 4 zwischen zwei Hälften 61, 62 des Kunststoffbauteils 6 zusammengedrückt angeordnet. Die Stelle 7 ist dabei die Stelle, an der die Stromabnehmer 51 am dichtesten gedrängt angeordnet und damit am dichtesten von dem

Kunststoffbauteil 6 umschlossen sind. Figur 3a zeigt eine bevorzugte Ausführung des Kunststoffbauteils 6 der bevorzugten Ausführungsform der Batteriezelle 1 gemäß der Erfindung. Das Kunststoffbauteil 6 besteht aus einer ersten Hälfte 61 und einer zweiten Hälfte

62, die zwischen sich zwei durchgehende Öffnungen 63, 63 bestehen lassen, durch die sich die Stromabnehmer 51, 52 im zusammengebauten Zustand wie in Figuren 1 und 2 gezeigt erstrecken können. Die erste Hälfte 61 weist zwei

Einbuchtungen oder Aussparungen 611 auf, die zusammen mit entsprechenden Einbuchtungen oder Aussparungen 621 in der zweiten Hälfte 62 die Öffnungen

63, 63 bilden. Um eine Verbindung zwischen den beiden Hälften 61, 62 herstellen zu können, sind an beiden Hälften 61, 62 Verbindungselemente vorgesehen, hier in Form von Rasthaken 64 an der ersten Hälfte 61 sowie entsprechenden Rastösen (nicht gezeigt) in der zweiten Hälfte 62, in die die Rasthaken 64 einrasten können.

Figur 3b zeigt eine alternative Ausführung eines Kunststoffbauteils 6', bei der die beiden Hälften 61', 62' baugleich sind, bei der also die Rasthaken 64' sowie die entsprechenden Rastösen (nicht gezeigt) baugleich angeordnet sind. Um nun die beiden Hälften 61', 62' zusammenzusetzen, müssen diese lediglich um 180° um deren Mittelachse verdreht werden, so dass die Hälften 61' und 62' zueinander passen. Der restliche Aufbau des Kunststoffbauteils 6' entspricht entsprechend dem des Kunststoffbauteils 6 wie in Figur 3a gezeigt. Insbesondere bezüglich der

Einbuchtungen oder Aussparungen ist diese Ausführung des Kunststoffbauteils 6' ähnlich zu der in Figur 3a gezeigten Ausführung. Die Baugleichheit der beiden Hälften 61', 62' bringt den Vorteil einer vereinfachten Produktion und eines unnötig Werdens einer Vorsortierung der Bauteile mit sich.

Figur 3c zeigt eine weitere alternative Ausführung eines Kunststoffbauteils 6". Die beiden Hälften 61", 62" sind hier an einem Ende mit einem als Gelenk wirkenden Filmscharnier 65 miteinander verbunden, so dass die beiden Hälften 61", 62" in einem festen Verhältnis zueinander stehen, wodurch ein

Zusammenbau des Kunststoffbauteils 6" wesentlich erleichtert wird. Um nun die beiden Hälften 61", 62", oder besser gesagt das andere Ende der beiden Hälften 61", 62" miteinander zu verbinden, ist an diesen eine Haken-Gegenhaken- Verbindung 66 vorgesehen, die eingerastet werden kann, so dass die beiden Hälften 61", 62" anschließend fest miteinander verbunden sind. Bezüglich der Einbuchtungen oder Aussparungen ist diese Ausführung des Kunststoffbauteils

6" ähnlich zu den in Figuren 3a und 3b gezeigten Ausführungen.

Figuren 4a und 4b zeigen eine weitere alternative Ausführung eines

Kunststoffbauteils 6"', die größtenteils baugleich mit der in Figur 3a gezeigten Ausführung des Kunststoffbauteils 6 ist. Das Kunststoffbauteil 6"' besteht wieder aus einer ersten Hälfte 61"' und einer zweiten Hälfte 62"', die zwischen sich zwei durchgehende Öffnungen bestehen lassen, durch die sich die Stromabnehmer 51, 52 im zusammengebauten Zustand wie in Figuren 1 und 2 gezeigt erstrecken können. Um eine Verbindung zwischen den beiden Hälften 61"', 62"' herstellen zu können, sind an beiden Hälften 61"', 62"' Verbindungselemente in Form von Rasthaken an der ersten Hälfte 61"' sowie entsprechenden Rastösen (nicht gezeigt) in der zweiten Hälfte 62"' vorgesehen, in die die Rasthaken einrasten können. Um die durchgehenden Öffnungen auszubilden sind in der ersten Hälfte 61"' zwei Einbuchtungen oder Aussparungen 611"' und entsprechende

Einbuchtungen oder Aussparungen 621"' in der zweiten Hälfte 62"' ausgebildet. Um nun einen möglichst dichten Kontakt zwischen Kunststoffbauteil 6"' und Stromabnehmer 51, 52 herstellen zu können, sind bei dieser Ausführung Dichtlippen 67 in den Einbuchtungen oder Aussparungen 611"' und 621"' vorgesehen, die aus einem Elastomerkunststoff bestehen, wie zum Beispiel Polyurethan oder Ethylen-Propylen-Dien-Kautschuk. Damit kann eine dichte Einklemmung der Stromabnehmer 51 , 52 durch das Kunststoffbauteil 6"' sichergestellt werden. Ferner wird beispielsweise bei Verwendung von

Ableiterfolien als Stromabnehmer 51 , 52 das Risiko verringert, die Folien beim Anbringen des Kunststoffbauteils 6"' abzuquetschen. Die Dichtlippen 67 werden dabei bei der Herstellung des Kunststoffbauteils 6"' mittels eines Zwei- Komponenten-Spritzguss-Verfahrens erzeugt. Eine derartige Dichtlippe wäre auch am äußeren Rand des Kunststoffbauteils 6"' zum Rand des Gehäuses 2 hin denkbar, um eine möglichst dichte Trennung zwischen einem Raum zwischen dem Gehäusedeckel 3 und dem Kunststoffbauteil 6"' und einem Raum zwischen dem Kunststoffbauteil 6"' und dem Elektrodenensemble 4 zu erzielen. In jedem Fall muss bei der Verwendung einer oder mehrerer Dichtlippen 67 eine zusätzliche Aussparung in dem Kunststoffbauteil 6"' vorgesehen sein, um je nach Position eines potentiellen Berstventils eine Elektrolyteinfüllöffnung bereitzustellen. Eine derartige zusätzliche Aussparung wird bei dem

Kunststoffbauteil 6"' durch eine weitere Aussparung 612"' in der ersten Hälfte 61 "' und eine weitere Aussparung 622"' in der zweiten Hälfte 62"' umgesetzt, die im zusammengebauten Zustand, der in Figur 4b zu sehen ist, die erwünschte Elektrolyteinfüllöffnung zum Einfüllen von Elektrolyt von oben ausbilden.

Die technischen Merkmale der vorhergehend beschriebenen Ausführungsformen sind nicht auf die jeweilige beschriebene Ausführungsform begrenzt und sind entsprechend untereinander austauschbar.

Claims

Ansprüche

1. Batteriezelle (1) mit

einem Gehäuse (2),

einem Gehäusedeckel (3) mit darin vorgesehenen Anschlüssen (31, 32), einem in dem Gehäuse (2) angeordneten Elektrodenensemble (4) bestehend aus zumindest einer ersten Elektrode, einer zweiten

Elektrode und einem zwischen diesen vorgesehenen Separator, wobei jede Elektrode zumindest einen zu dem Gehäusedeckel (3)

hervorstehenden Stromabnehmer (51, 52) aufweist, und

einem Kunststoff bauteil (6; 6'; 6"; 6"'), das die Stromabnehmer (51, 52) der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode jeweils getrennt voneinander umschließt und eine Stromdurchführung von den

Elektroden zu den Anschlüssen (31, 32) ermöglicht.

2. Batteriezelle (1) nach Anspruch 1, wobei das Kunststoffbauteil (6; 6'; 6";

6"') ein um die Stromabnehmer (51, 52) herum umspritztes Bauteil ist.

3. Batteriezelle (1) nach Anspruch 1, wobei das Kunststoffbauteil (6; 6'; 6";

6"') ein separates Formteil ist, das die Stromabnehmer (51, 52) der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode jeweils zusammendrückt.

4. Batteriezelle (1) nach Anspruch 3, wobei die zum Zusammendrücken der Stromabnehmer (51, 52) vorgesehenen Abschnitte (61 1 "', 621 "') des Kunststoffbauteils (6"') mit einem weiteren Kunststoff versehen sind, vorzugsweise in Form einer Dichtlippe (67).

5. Batteriezelle (1) nach Anspruch 4, wobei der weitere Kunststoff ein

Elastomerkunststoff ist, vorzugsweise Polyurethan oder Ethylen- Propylen-Dien-Kautschuk. Batteriezelle (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 5, wobei das

Kunststoffbauteil (6; 6'; 6"; 6"') aus thermoplastischem Kunststoff hergestellt ist, vorzugsweise aus Polyethylen, Polypropylen,

Polyfluoralkyl, Polyethylenterephthalat, Polyphenylensulfid oder

Perfluoralkoxylalkan.

Batteriezelle (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei das

Kunststoffbauteil (6; 6'; 6"') aus zumindest zwei Teilen (61 , 62; 61 62'; 61 "', 62"') besteht, die miteinander in Eingriff gehen können, wobei die zumindest zwei Teile (61 ', 62') vorzugsweise baugleich sind.

Batteriezelle (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 6, wobei das

Kunststoffbauteil (6") aus zwei Teilen (61 ", 62") besteht, die an einem Ende durch ein Gelenk (65) miteinander verbunden sind, wobei vorzugsweise die anderen Enden der zwei Teile (61 ", 62") miteinander in Eingriff gehen können.

Batteriezelle (1) nach einem der Ansprüche 3 bis 8, wobei das

Kunststoffbauteil (6; 6'; 6"; 6"') an dessen zum Gehäuse (2)

hinweisendem Umfang mit einem weiteren Kunststoff versehen sind, vorzugsweise in Form einer Dichtlippe (67), wobei weiter vorzugsweise eine Durchgangsöffnung (612"', 622"') in dem Kunststoffbauteil (6"') vorgesehen ist, die den Raum zwischen dem Gehäusedeckel (3) und dem Kunststoffbauteil (6"') und den Raum zwischen dem

Kunststoffbauteil (6"') und dem Elektrodenensemble (4) miteinander verbindet.

Batteriezelle (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei ein Teil jedes Stromabnehmers (51, 52), der zwischen dem Kunststoffbauteil (6; 6'; 6"; 6"') und dem Gehäusedeckel (3) angeordnet ist, einen geringeren Leitungsquerschnitt (Ql) als der Leitungsquerschnitt (Q2) des Teils jedes Stromabnehmers (51, 52) aufweist, der zwischen dem Kunststoffbauteil (6; 6'; 6"; 6"') und dem Elektrodenensemble (4) angeordnet ist.

11. Batteriezelle (1) nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die Batteriezelle (1) eine hochkapazitive Batteriezelle ist, vorzugweise mit einem Ladungsspeichervermögen von >5Ah.

12. Batterie mit zumindest zwei Batteriezellen (1) nach einem der

vorangehenden Ansprüche, wobei die Batteriezellen (1) seriell oder parallel miteinander verschaltet sind.