Titel

Bateriezelle, Bateriemodul und dessen Verwendung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Bateriezelle, ein Bateriemodul und dessen Verwendung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen

Patentansprüche.

Stand der Technik

Als elementare Einheiten in Baterien setzen sich Bateriezellen aus einer Vielzahl von Elektrodeneinheiten zusammen, die in Form von Elektrodenstapeln oder Elektrodenwickeln vorliegen. Dabei umfasst ein Elektrodenstapel zumindest eine positive Elektrode in Form einer positiven Elektrodenfolie, eine negative Elektrode in Form einer negativen Elektrodenfolie und einen dazwischen angeordneten folienartigen Separator. An jeder einzelnen Elektrode ist ein Ableiterfähnchen vorgesehen. Die positiven bzw. negativen Ableiterfähnchen sind getrennt seitlich an den Elektroden gebündelt, die jeweils mit einem positiven bzw. negativen Stromsammler verbunden sind. Unter Ausbildung einer Bateriezelle werden die Elektrodenstapel in ein Gehäuse aufgenommen. Dabei kann das Gehäuse prismatisch, rund oder folienartig ausgeführt sein. Die positiven bzw. negativen Stromsammler sind durch das Gehäuse nach außen ausgestaltet.

Ein Bateriemodul lässt sich aus einer Vielzahl von Bateriezellen ausbilden. Dabei können die Bateriezellen in einer Reihen- oder Parallelschaltung miteinander elektrisch verbunden sein. Die Batteriezellen sind jeweils in einem Gehäuse umschlossen.

Aus der US2017/0084963 Al ist ein Batteriemodul bekannt, bei dem ein Stapel von Batteriezellen vorgesehen ist. Dabei sind die Batteriezellen in einer

Reihenschaltung elektrisch miteinander verbunden. Die Batteriezellen umfassen jeweils ein positives und negatives Ableiterfähnchen, die an zwei

gegenüberliegenden Gehäuseseiten der Batteriezellen angeordnet sind.

Offenbarung der Erfindung

Erfindungsgemäß wird eine Batteriezelle bereitgestellt, die eine Vielzahl von übereinander positionierten Elektrodenstapeln beinhaltet. Ein Elektrodenstapel weist eine positive Elektrode, eine negative Elektrode und einen dazwischen angeordneten Separator. Eine Vielzahl von Elektrodenstaple setzt sich zusammen aus übereinander angeordneten einzelnen Elektrodenstapeln. Dabei weisen die Elektrodenstapel eine gleiche Abfolge einer positiven Elektrode, eines Separators und einer negativen Elektrode auf. Dabei ist ein positiver

Stromsammler auf einer ersten Elektrode in Form einer ersten Großfläche fixiert. Zusätzlich ist ein negativer Stromsammler auf einer zweiten Elektrode in Form einer zweiten Großfläche fixiert.

Dabei ist vorteilhaft, dass die erfindungsgemäße Batteriezelle durch eine Reihenschaltung der Elektrodenstapel eine erhöhte Zellspannung aufweist. Darüber hinaus wird ein elektrischer Strom in der Batteriezelle durch den ersten bzw. zweiten Stromsammler homogen abgeleitet.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind

Gegenstand der Unteransprüche.

So ist es von Vorteil, wenn die vier angrenzenden Seitenflächen der

Elektrodenstapel in ein Gehäuse aufgenommen sind. Dabei ist das Gehäuse vorzugsweise folienartig ausgeführt. Dadurch werden die Elektrodenstapel vor einem Eindringen der Umgebungsmedien, beispielsweise Feuchtigkeit oder Luft, abgedichtet.

Darüber hinaus ist es von Vorteil, wenn der positive Stromsammler eine größere Schichtdicke als die positive Elektrode aufweist. Zusätzlich ist es von Vorteil, wenn der negative Stromsammler eine größere Schichtdicke als die negative Elektrode aufweist. Damit wird ein geringerer elektrischer Widerstand in der Batteriezelle gewährleistet.

Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn eine erste Zwischenschicht zwischen dem positiven Stromsammler und der ersten Großfläche angeordnet ist. Zusätzlich ist es von Vorteil, wenn eine zweite Zwischenschicht zwischen dem negativen Stromsammler und der zweiten Großfläche angeordnet ist.

Es ist vorteilhaft, wenn die erste Zwischenschicht einen elektrisch leitfähigen Klebstoff aufweist. Zusätzlich ist es vorteilhaft, wenn die zweite Zwischenschicht einen elektrisch leitfähigen Klebstoff aufweist. Vorzugsweise enthält der elektrisch leitfähige Klebstoff einen Silber- oder kohlenstoffbasierenden

Epoxidharzkleber. Mittels einer Haftkraft des elektrisch leitfähigen Klebstoffes ist das Gehäuse versiegelt. Des Weiteren wird eine Reibung zwischen dem positiven Stromsammler und der ersten Großfläche sowie zwischen dem negativen Stromsammler und der zweiten Großfläche vermieden, die zu einer Korrosion führt.

Die erfindungsgemäße Batteriezelle lässt sich vorteilhaft für ein

erfindungsgemäßes Batteriemodul einsetzen, das zumindest zwei derartige Batteriezellen beinhaltet. Dabei ist eine erste Batteriezelle auf einer zweiten Batteriezelle derart aufgebracht, dass ein erster positiver Stromsammler der ersten Batteriezelle mit einem zweiten negativen Stromsammler der zweiten Batteriezelle elektrisch verbunden ist. Alternativ ist die erste Batteriezelle auf der zweiten Batteriezelle derart aufgebracht, dass ein erster negativer Stromsammler der ersten Batteriezelle mit einem zweiten positiven Stromsammler der zweiten Batteriezelle elektrisch verbunden ist. Des Weiteren ist es von Vorteil, wenn der erste positive Stromsammler auf dem zweiten negativen Stromsammler vollflächig aufeinander vorzugsweise mittels Pressen fixiert ist und wenn der erste negative Stromsammler auf dem zweiten positiven Stromsammler vollflächig aufeinander vorzugsweise mittels Pressen fixiert ist.

Das erfindungsgemäße Batteriemodul lässt sich vorteilhaft in lithiumhaltigen Batteriesystemen wie Lithium- Ionen- Batterien, lithiumhaltigen Solid-State- Batterien, Lithium-Schwefel- oder Lithium- Luft- Batterien einsetzen. Diese können Anwendung in elektrischen Fahrzeugen, in Hybridfahrzeugen, oder in stationären Anwendungen wie beispielsweise zur Speicherung regenerativ gewonnener Energie finden.

Kurze Beschreibung der Figuren

In der Zeichnung sind vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden

Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigt:

Figur 1: eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Batteriezelle,

Figur 2: eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Batteriemoduls.

In Figur 1 ist eine Schnittansicht einer erfindungsgemäßen Batteriezelle 10 dargestellt. Die Batteriezelle 10 setzt sich beispielsweise aus mehreren

Elektrodenstapeln 12, 14, 16 zusammen. Die Elektrodenstapel 12, 14, 16 beinhalten vorzugsweise eine gleiche Abfolge einer positiven Elektrode 108, einer negativen Elektrode 112 und eines dazwischen angeordneten Separators 110. Dabei weist der Separator 110 beispielsweise einen Festkörperelektrolyten aus Polymer auf. Die Elektrodenstapel 12, 14, 16 sind in ein Gehäuse 106 aufgenommen. Dabei schützt das Gehäuse 106 die Elektrodenstapel 12, 14, 16 vor Korrosion, Gasen oder Feuchtigkeit in der Umgebung. Ein positiver Stromsammler 102 ist mittels einer ersten Zwischenschicht 104 auf der ersten positiven Elektrode 108 fixiert. Zugleich ist ein negativer Stromsammler 116 mittels einer zweiten Zwischenschicht 114 auf einer negativen Elektrode des Elektrodenstapels 16 fixiert. Dabei umfasst die erste bzw. zweite

Zwischenschicht 104, 114 einen elektrisch leitfähigen Klebstoff. Der elektrisch leitfähige Klebstoff kann beispielsweise ein Silber- oder kohlenstoffbasierter Epoxidharzkleber sein. Die positive bzw. negative Elektrode 108, 112 und der Separator 110 können beispielsweise mit einer Schichtdicke im Bereich von 10 pm bis 200 pm ausgeführt werden, um eine hohe volumetrische bzw.

gravimetrische Energiedichte aufweisend beispielsweise 1300 Wh/I bzw. 550 Wh/kg in der Batteriezelle 10 zu erreichen. Um einen geringeren elektrischen Widerstand in der Batteriezelle 10 zu erzielen, können der positive und negative Stromsammler mit einer Schichtdicke von 100 pm bis 5 mm ausgeführt sein.

Eine derartige Batteriezelle 10 lässt sich vorteilhaft für ein erfindungsgemäßes Batteriemodul 20 einsetzen, dessen Seitenansicht in Figur 2 dargestellt ist. Dabei umfasst das Batteriemodul 20 eine Mehrzahl von Batteriezellen 22, 24, 26, die jeweils durch ein Gehäuse ausgebildet sind. Die Batteriezellen 22, 24, 26 enthalten jeweils einen positiven und negativen Stromsammler. Ein erster negativer Stromsammler 202 ist auf einer ersten Batteriezelle 22 angeordnet.

Eine n-te Batteriezelle 26 enthält einen n-ten negativen Stromsammler 210 und einen n-ten positiven Stromsammler 212. Ein erster positiver Stromsammler 204 ist mit einem zweiten negativen Stromsammler 206 einer zweiten Batteriezelle 24 verbunden. Dadurch sind die erste und zweite Batteriezelle 22, 24 in einer Reihenschaltung verbunden. Ferner ist die erste Batteriezelle 22 auf die zweite Batteriezelle angepresst. Damit sind keine zusätzlichen Verbindungsprozesse oder Verbindungsbauteile nötig.

Das beschriebene Batteriemodul eignet sich zur Verwendung in lithiumhaltigen Batteriesystemen, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, lithiumhaltigen Solid-State-Batterien, Lithium-Schwefel- oder Lithium-Luft-Batterien sowie in Brennstoffzellen. Diese wiederum finden Anwendung in E-Bikes oder

Kraftfahrzeugen sowie in der stationären Speicherung elektrischer Energie.