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DE102014204497A1 - Battery cell with an electrode arrangement - Google Patents

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DE102014204497A1
DE102014204497A1 DE102014204497.9A DE102014204497A DE102014204497A1 DE 102014204497 A1 DE102014204497 A1 DE 102014204497A1 DE 102014204497 A DE102014204497 A DE 102014204497A DE 102014204497 A1 DE102014204497 A1 DE 102014204497A1
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electrically conductive
battery cell
conductive material
electrode
selectively electrically
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Application number
DE102014204497.9A
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German (de)
Inventor
Markus Kohlberger
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle (10) mit einer Elektrodenanordnung (12), die in einem Gehäuse (14) angeordnet ist, wobei die Batteriezelle (10) ein selektiv elektrisch leitendes Material (22) umfasst, das bei Überschreiten einer kritischen Grenzspannung in einen elektrisch leitenden Zustand übergeht und das derart angeordnet ist, dass in dem elektrisch leitenden Zustand eine positive Elektrode (17) und eine negative Elektrode (18) der Elektrodenanordnung (12) kurzgeschlossen sind. Die Erfindung betrifft zudem ein Batteriemodul sowie ein Fahrzeug mit einer derartigen Batteriezelle (10).The invention relates to a battery cell (10) having an electrode arrangement (12) which is arranged in a housing (14), wherein the battery cell (10) comprises a selectively electrically conductive material (22) which, when a critical limiting voltage is exceeded, is electrically connected conductive state and which is arranged such that in the electrically conductive state, a positive electrode (17) and a negative electrode (18) of the electrode assembly (12) are short-circuited. The invention also relates to a battery module and a vehicle having such a battery cell (10).

Description

Stand der TechnikState of the art

Die Erfindung betrifft eine Batteriezelle mit einer Elektrodenanordnung, die in einem Gehäuse angeordnet ist, sowie ein Batteriemodul und ein Fahrzeug mit einer derartigen Batteriezelle.The invention relates to a battery cell with an electrode arrangement, which is arranged in a housing, and a battery module and a vehicle with such a battery cell.

EP 0 878 861 A1 zeigt die Verwendung von Monomeradditiven, beispielsweise Thiophen, zur Verwendung in einer Lithium-Ionen-Batterie. Bei einer Überspannung der Batterie beginnt sich an der Kathode eine Schicht des Additivs abzusetzen, dringt durch Polymerisierung durch den Separator und kontaktiert die Anode, wodurch ein interner Kurzschluss erzeugt wird. EP 0 878 861 A1 shows the use of monomer additives, such as thiophene, for use in a lithium-ion battery. Upon overvoltage of the battery, a layer of the additive begins to settle at the cathode, permeates through polymerization by the separator and contacts the anode, creating an internal short circuit.

EP 2 219 424 A1 zeigt ein Material, welches in Abhängigkeit von der angelegten Spannung leitfähig oder nicht leitfähig ist, beispielsweise in einer Polymermatrix eingebundene Carbon-Nanoröhrchen. Dies kann für Batterien eingesetzt werden, wobei das Material als Spurenelement auf einer Oberfläche eines Substrats verwendet wird und gegenüber Spannungsschäden schützt. EP 2 219 424 A1 shows a material which is conductive or non-conductive depending on the applied voltage, for example, carbon nanotubes incorporated in a polymer matrix. This can be used for batteries where the material is used as a trace element on a surface of a substrate and protects against stress damage.

EP 0 240 063 A1 zeigt den Einsatz von 3-Decylthiophen als Polymerschicht auf einer Batterieelektrode. EP 0 240 063 A1 shows the use of 3-decylthiophene as a polymer layer on a battery electrode.

Lithium-Ionen-Batterie-Packs für automobile Anwendungen bestehen aus einer Vielzahl von Batteriezellen, welche entsprechend miteinander verbunden sind, um die gewünschte Leistung bereitzustellen. Während der Ladezyklen werden diese bis zum Erreichen der Ladeschlussspannung geladen. Automotive lithium ion battery packs consist of a plurality of battery cells connected together to provide the desired performance. During charging cycles, these are charged until the end of charging voltage is reached.

Wird diese Spannungsgrenze, zum Beispiel durch Überladung oder einen Defekt in einer Batteriezelle überschritten, beginnen Zersetzungsprozesse und eine Gasbildung in der Zelle und es besteht die Gefahr des thermischen Durchgehens der Batteriezelle. Zusätzlich kann ein solches Ereignis auch auf benachbarte Batteriezellen übergreifen. Dadurch werden Mensch und Umwelt gefährdet.If this voltage limit is exceeded, for example due to overcharging or a defect in a battery cell, decomposition processes and gas formation in the cell begin and there is the danger of thermal runaway of the battery cell. In addition, such an event can also spread to neighboring battery cells. This endangers humans and the environment.

Daher besteht ein anhaltendes Interesse daran, einen effektiven Überladungsschutz für Batteriezellen bereitzustellen. Therefore, there is a continuing interest in providing effective overcharge protection for battery cells.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Erfindungsgemäß wird eine Batteriezelle mit einer Elektrodenanordnung vorgeschlagen, die in einem Zellgehäuse angeordnet ist, wobei die Batteriezelle ein selektiv elektrisch leitendes Material umfasst, das bei Überschreiten einer kritischen Grenzspannung in einen elektrisch leitenden Zustand übergeht und derart angeordnet ist, dass in dem elektrisch leitenden Zustand eine positive Elektrode und eine negative Elektrode der Elektrodenanordnung kurzgeschlossen sind. According to the invention, a battery cell with an electrode arrangement is proposed which is arranged in a cell housing, wherein the battery cell comprises a selectively electrically conductive material, which transitions into an electrically conductive state when a critical threshold voltage is exceeded and is arranged such that in the electrically conductive state positive electrode and a negative electrode of the electrode assembly are short-circuited.

Das selektiv elektrisch leitende Material bezeichnet hierbei ein Material, das abhängig von der angelegten Spannung sein Leitfähigkeitsverhalten verändert. Bevorzugt sind dabei solche selektiv elektrisch leitenden Materialien, die bei kritischen Grenzspannungen > 4,3 V, bevorzugt zwischen 4,3 V und 4,5 V in einen elektrisch leitenden Zustand übergehen. Die kritische Grenzspannung bezeichnet dabei die Spannung, ab der sich die Leitfähigkeit des selektiv elektrisch leitenden Materials verändert und insbesondere von einem nicht leitenden Zustand in einen leitenden Zustand übergeht.The selectively electrically conductive material refers to a material that changes its conductivity behavior depending on the applied voltage. Preference is given to those selectively electrically conductive materials, which pass at critical threshold voltages> 4.3 V, preferably between 4.3 V and 4.5 V in an electrically conductive state. The critical limit voltage refers to the voltage at which the conductivity of the selectively electrically conductive material changes and, in particular, changes from a non-conductive state to a conductive state.

Bevorzugt weist das selektiv elektrisch leitende Material unterhalb der kritischen Grenzspannung eine geringe Leitfähigkeit σ < 10–15 S/m (Siemens pro Meter), bevorzugt < 10–11 S/m und besonders bevorzugt < 10–8 S/m aufweist. Oberhalb der kritischen Grenzspannung kann das selektiv elektrisch leitende Material eine Leitfähigkeit σ > 10–8 S/m (Siemens pro Meter), bevorzugt > 10–3 S/m und besonders bevorzugt > 101 S/m aufweist.Preferably, the selectively electrically conductive material below the critical limit voltage has a low conductivity σ <10 -15 S / m (Siemens per meter), preferably <10 -11 S / m and particularly preferably <10 -8 S / m. Above the critical limit voltage, the selectively electrically conductive material may have a conductivity σ> 10 -8 S / m (Siemens per meter), preferably> 10 -3 S / m and particularly preferably> 10 1 S / m.

Die Elektrodenanordnung der erfindungsgemäßen Batteriezelle umfasst Elektrodenlagen, die innerhalb des Gehäuses angeordnet sind. Um eine elektrische Verbindung zu den Elektrodenlagen bereitzustellen, werden die positiven oder die negativen Elektrodenlagen über Kollektoren zu Anschlussdurchführungen geführt, die aus dem Gehäuse hinausragen. The electrode arrangement of the battery cell according to the invention comprises electrode layers, which are arranged within the housing. In order to provide an electrical connection to the electrode layers, the positive or the negative electrode layers are guided via collectors to terminal bushings, which protrude from the housing.

In einer Ausführungsform ist das selektiv elektrisch leitende Material unterhalb einer kritischen Grenzspannung nicht elektrisch leitend und die positive Elektrode ist von der negativen Elektrode isoliert. Damit wirkt das selektiv elektrisch leitende Material als Isolator und ein Potentialabfluss zwischen der positiven und der negativen Elektrode ist im Wesentlichen nicht möglich.In one embodiment, the selectively electrically conductive material is not electrically conductive below a critical threshold voltage and the positive electrode is isolated from the negative electrode. Thus, the selectively electrically conductive material acts as an insulator and a potential drain between the positive and the negative electrode is essentially not possible.

In einer weiteren Ausführungsform enthält das selektiv elektrisch leitende Material ein selektiv elektrisch leitendes Polymer. Besonders bevorzugt besteht das selektiv elektrisch leitende Material aus einem selektiv elektrisch leitenden Polymer.In a further embodiment, the selectively electrically conductive material comprises a selectively electrically conductive polymer. Particularly preferably, the selectively electrically conductive material consists of a selectively electrically conductive polymer.

In einer weiteren Ausführungsform enthält das selektiv elektrisch leitende Material ein Polythiophene, insbesondere Poly(3-Decyl Thiophen).In another embodiment, the selectively electrically conductive material comprises a polythiophene, especially poly (3-decyl thiophene).

In einer weiteren Ausführungsform umfasst die Elektrodenanordnung einen Elektrodenwickel beziehungsweise eine gewickelten Elektrodenanordnung oder einen Elektrodenstapel beziehungsweise eine gestapelte Elektrodenanordnung mit positiven und negativen Elektrodenlagen. In Stapelkonfiguration sind die Elektrodenlagen mit dazwischen liegenden Separatorlagen gestapelt. Bei Wickelzellen, auch als Jelly-Rolls bezeichnet, sind die Elektrodenlagen mit dazwischen angeordneten Separatorlagen zu einem Wickel aufgerollt. Dabei sind die Elektrodenlagen und die Separatorlagen etwa aus einem flexiblen Material gefertigt, um den Wickel zu realisieren.In a further embodiment, the electrode arrangement comprises an electrode winding or a wound electrode arrangement or an electrode stack or a stacked electrode arrangement positive and negative electrode layers. In stack configuration, the electrode layers are stacked with separator layers in between. In wound cells, also referred to as jelly rolls, the electrode layers are rolled up with separator layers arranged therebetween to form a roll. In this case, the electrode layers and the separator layers are made of a flexible material, for example, in order to realize the winding.

Die positive Elektrodenlage und die negative Elektrodenlage können insbesondere eine leitende Folie oder eine leitende Platte umfassen, die mit einem Aktivmaterial beschichtet ist. Das Aktivmaterial, mit dem die Platten oder Folien beschichtet sind, stellt hierbei die entsprechenden Eigenschaften bereit, um die Elektrodenlagen als Akzeptor oder Donor eines bestimmten Ions auszugestalten. Folien können dabei eine Dicke von 75 µm bis 200 µm aufweisen, beispielsweise Cu-Folie (Kupfer-Folie) zwischen 7 µm und 15 µm oder Al-Folie (Aluminium-Folie) zwischen 10 µm und 20 µm. Diese eignen sich insbesondere für gewickelte Elektrodenanordnungen. Platten können eine Dicke von 75 µm bis 250 µm aufweisen und eignen sich insbesondere für gestapelte Elektrodenanordnungen. In particular, the positive electrode layer and the negative electrode layer may comprise a conductive foil or a conductive plate coated with an active material. The active material with which the plates or foils are coated, hereby provides the appropriate properties to design the electrode layers as an acceptor or donor of a particular ion. Films may have a thickness of 75 .mu.m to 200 .mu.m, for example, Cu film (copper foil) between 7 .mu.m and 15 .mu.m or Al foil (aluminum foil) between 10 .mu.m and 20 .mu.m. These are particularly suitable for wound electrode arrangements. Plates can have a thickness of 75 μm to 250 μm and are particularly suitable for stacked electrode arrangements.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Batteriezelle als Lithium-Ionen-Batteriezelle ausgestaltet. Dabei ist das Aktivmaterial Akzeptor oder Donor für Lithium-Ionen. So stellt die beschichtete positive Elektrodenlage ein Medium bereit, in das positiv geladene Lithium-Ionen beim Entladen der Batterie eingelagert werden können. In a preferred embodiment, the battery cell is designed as a lithium-ion battery cell. The active material is acceptor or donor for lithium ions. Thus, the coated positive electrode layer provides a medium into which positively charged lithium ions can be stored when discharging the battery.

Die positive Elektrodenlage kann beispielsweise eine Aluminiumfolie umfassen, die mit einem Aktivmaterial, wie Lithium-Metall Oxiden, Vanadium Oxiden, Olivinen und wiederaufladbaren Lithium Oxiden, beschichtet ist. Derartige Beschichtungen enthalten zum Beispiel Übergangsmetalloxide (LiMO2, M=Co, Ni, Fe, Mn, Al), Lithium-Kobaltoxid (LiCo2O4), Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) oder Lithium-Manganoxid (LiMn2O4), Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid oder Lithium-Nickel-Kobalt-Mangan-Oxid.The positive electrode layer may comprise, for example, an aluminum foil coated with an active material such as lithium metal oxides, vanadium oxides, olivines, and lithium oxide rechargeable oxides. Such coatings contain, for example, transition metal oxides (LiMO 2 , M = Co, Ni, Fe, Mn, Al), lithium cobalt oxide (LiCo 2 O 4 ), lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) or lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ). , Lithium-nickel-cobalt-aluminum oxide or lithium-nickel-cobalt-manganese oxide.

Die negative Elektrodenlage stellt dagegen die positiv geladenen Lithium-Ionen bereit und kann beispielsweise Kupferfolie umfassen, die mit einem Aktivmaterial, wie Lithium, Graphit, Softcarbon, Hardcarbon, Silizium, Zinnlegierungen, Lithium legiertem Material oder Intermetallen beschichtet ist.The negative electrode layer, on the other hand, provides the positively charged lithium ions, and may include, for example, copper foil coated with an active material such as lithium, graphite, soft carbon, hard carbon, silicon, tin alloys, lithium alloyed material or intermetallics.

In einer weiteren Ausführungsform umgibt das selektiv elektrisch leitende Material die Elektrodenanordnung, insbesondere einen Elektrodenwickel. Dabei kann das selektiv elektrisch leitende Material die Elektrodenanordnung derart umgeben, dass Enden des Elektrodenwickels einen Bereich bereitstellen, in dem die positiven und die negativen Elektrodenlagen jeweils durch einen Kollektor kontaktiert sind.In a further embodiment, the selectively electrically conductive material surrounds the electrode arrangement, in particular an electrode winding. In this case, the selectively electrically conductive material may surround the electrode arrangement such that ends of the electrode winding provide a region in which the positive and the negative electrode layers are each contacted by a collector.

In einer weiteren Ausführungsform verbindet das selektiv elektrisch leitende Material den Kollektor der negativen Elektrode mit dem Gehäuse, wobei der Kollektor der positiven Elektrode unmittelbar mit dem Gehäuse verbunden ist. Damit liegt das Gehäuse auf dem Potential der positiven Elektrode und ist von der negativen Elektrode isoliert.In another embodiment, the selectively electrically conductive material connects the negative electrode collector to the housing with the positive electrode collector directly connected to the housing. Thus, the housing is at the potential of the positive electrode and is isolated from the negative electrode.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Gehäuse einen Gehäusedeckel mit Anschlussdurchführungen der positiven Elektrode und der negativen Elektrode auf, der das selektiv elektrisch leitende Material umfasst. Bevorzugt ist der Gehäusedeckel aus dem selektiv elektrisch leitenden Material gefertigt. In dieser Ausführungsform ist es nicht notwendig weitere Durchführungsisolationen zwischen dem Gehäusedeckel und den Anschlussdurchführungen vorzusehen.In a further embodiment, the housing has a housing cover with terminal passages of the positive electrode and the negative electrode, which comprises the selectively electrically conductive material. Preferably, the housing cover is made of the selectively electrically conductive material. In this embodiment, it is not necessary to provide further feed-through insulation between the housing cover and the connection feedthroughs.

In einer weiteren Ausführungsform ist das selektiv elektrisch leitende Material als Durchführungsisolation zwischen dem Gehäuse und einer Anschlussdurchführung einer positiven Elektrode und/oder einer negativen Elektrode vorgesehen.In a further embodiment, the selectively electrically conductive material is provided as feedthrough insulation between the housing and a connection feedthrough of a positive electrode and / or a negative electrode.

In einer weiteren Ausführungsform umfasst ein Kern der Elektrodenanordnung das selektiv elektrisch leitende Material, wobei der Kern zumindest teilweise mit Elektrodenlagen der Elektrodenanordnung verbunden ist.In a further embodiment, a core of the electrode assembly comprises the selectively electrically conductive material, wherein the core is at least partially connected to electrode layers of the electrode assembly.

Erfindungsgemäß wird weiterhin ein Batteriemodul vorgeschlagen, das mindestens zwei der erfindungsgemäßen Batteriezellen umfasst. Die Batteriezellen können dabei in Serie oder parallel geschaltet sein. Weiterhin können mehrere Batteriezellen in einer Matrix verschaltet sein, wobei die Batteriezellen strangweise in Serie oder parallel geschaltet sind.According to the invention, a battery module is furthermore proposed which comprises at least two of the battery cells according to the invention. The battery cells can be connected in series or in parallel. Furthermore, a plurality of battery cells can be interconnected in a matrix, wherein the battery cells are connected in series in series or in parallel.

Weiterer Gegenstand der Erfindung ist die Verwendung mindestens einer erfindungsgemäßen Batteriezelle in einem Fahrzeug, insbesondere als Antriebsaggregat in einem Fahrzeug, sowie ein Fahrzeug, das mindestens eine erfindungsgemäße Batteriezelle insbesondere als Antriebsaggregat umfasst.Another object of the invention is the use of at least one battery cell according to the invention in a vehicle, in particular as a drive unit in a vehicle, as well as a vehicle comprising at least one battery cell according to the invention in particular as a drive unit.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Durch die Verwendung eines selektiv elektrisch leitenden Materials kann ein effektiver Überladungsschutz für Batteriezellen bereitgestellt werden. So kann das selektiv elektrisch leitende Material im leitenden Zustand eine positive Elektrode und eine negative Elektrode kurzschließen. Durch die Anordnung des selektiv elektrisch leitfähigen Materials, kann sichergestellt werden, dass bei Überschreiten der kritischen Grenzspannung überschüssiges Potential abfließen kann. Somit wird eine Überladung der Batteriezelle verhindert und daraus folgende Zersetzungsprozesse, ein Temperaturanstieg und die Gasbildung in der Batteriezelle verhindert. Dazu eignen sich insbesondere Polymere als elektrisch leitendes Material, die in Abhängigkeit von der angelegten Spannung leitfähig oder nicht leitfähig sind und damit unterhalb der kritischen Grenzspannung Isolatoren beziehungsweise oberhalb der kritischen Grenzspannung Leiter darstellen. Besonders vorteilhaft ist dabei, dass die Batteriezelle nicht geschädigt wird und reversibel in den Normalzustand zurückgeführt werden kann. By using a selectively electrically conductive material, effective overcharge protection for battery cells can be provided. Thus, the selectively electrically conductive material in the conductive state can short-circuit a positive electrode and a negative electrode. The arrangement of the selectively electrically conductive material, it can be ensured that when exceeded the critical limit voltage can drain excess potential. Thus, an overcharge of the battery cell is prevented and consequent decomposition processes, a temperature rise and the formation of gas in the battery cell prevented. In particular polymers are suitable as electrically conductive material, which are conductive or non-conductive depending on the applied voltage and thus below the critical limit voltage insulators or above the critical limit voltage conductor. It is particularly advantageous that the battery cell is not damaged and reversible can be returned to the normal state.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention are illustrated in the drawings and explained in more detail in the following description.

Es zeigen:Show it:

1 eine frontale Schnittansicht einer Batteriezelle mit gewickelter Elektrodenanordnung, die von einem selektiv elektrisch leitenden Material umgeben ist, 1 FIG. 4 is a front sectional view of a battery cell with wound electrode assembly surrounded by a selectively electrically conductive material. FIG.

2 eine seitliche Schnittansicht einer Batteriezelle mit gewickelter Elektrodenanordnung, die von dem selektiv elektrisch leitenden Material umgeben ist, 2 FIG. 2 is a side sectional view of a battery cell with a wound electrode assembly surrounded by the selectively electrically conductive material. FIG.

3 eine frontale Schnittansicht einer Batteriezelle, in der ein Gehäuse und eine Elektrode der Elektrodenanordnung durch das selektiv elektrisch leitende Material miteinander verbunden sind, 3 a frontal sectional view of a battery cell in which a housing and an electrode of the electrode assembly are interconnected by the selectively electrically conductive material,

4 eine frontale Schnittansicht einer Batteriezelle, in der ein Gehäusedeckel aus dem selektiv elektrisch leitenden Material gefertigt ist, 4 a frontal sectional view of a battery cell in which a housing cover is made of the selectively electrically conductive material,

5 eine frontale Schnittansicht einer Batteriezelle, in der eine Durchführungsisolation zwischen einem Gehäusedeckel und einer Anschlussdurchführung aus dem selektiv elektrisch leitenden Material gefertigt ist, und 5 a frontal sectional view of a battery cell, in which a feedthrough insulation between a housing cover and a terminal bushing is made of the selectively electrically conductive material, and

6 eine seitliche Schnittansicht einer Batteriezelle, in der ein Kern einer Elektrodenanordnung aus dem selektiv elektrisch leitenden Material gefertigt ist und mit den Elektroden verbunden ist. 6 a side sectional view of a battery cell in which a core of an electrode assembly is made of the selectively electrically conductive material and connected to the electrodes.

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Komponenten mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei in Einzelfällen auf eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar components are denoted by the same or similar reference numerals, wherein in individual cases a repeated description of these components is dispensed with. The figures illustrate the subject matter of the invention only schematically.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

1 zeigt eine frontale Schnittansicht einer Batteriezelle 10 mit einer gewickelten Elektrodenanordnung 12, die von einem selektiv elektrisch leitenden Material 22 umgeben ist. 2 zeigt eine Schnittansicht der Batteriezelle 10 entlang des Schnitts A-A. 1 shows a frontal sectional view of a battery cell 10 with a wound electrode assembly 12 made of a selectively electrically conductive material 22 is surrounded. 2 shows a sectional view of the battery cell 10 along the section AA.

Die Batteriezelle 10 umfasst ein Gehäuse 14, in dem eine Elektrodenanordnung 12 mit einer positiven Elektrode 17 und einer negativen Elektrode 18 aufgenommen ist. Die Elektrodenanordnung 12, die im Gehäuse 14 aufgenommen ist, umfasst eine negative Elektrodenlage und eine positive Elektrodenlage, zwischen denen eine Separatorlage eingebettet ist. Die Elektrodenanordnung 12 kann dabei gewickelt oder gestapelt sein. The battery cell 10 includes a housing 14 in which an electrode arrangement 12 with a positive electrode 17 and a negative electrode 18 is included. The electrode arrangement 12 in the housing 14 is included, comprises a negative electrode layer and a positive electrode layer, between which a Separatorlage is embedded. The electrode arrangement 12 can be wrapped or stacked.

Das Gehäuse 14 ist als Hardcase in zylindrischer Form mit eckiger Grundfläche ausgeführt. Weiterhin ist das Gehäuse 14 mit einem Gehäusedeckel 16 verschlossen, der zur elektrischen Anbindung an die Elektrodenlagen der Elektrodenanordnung 12 Anschlussdurchführungen oder Terminals 21, 23 aufweist. Dazu sind Kollektoren 20, 25 jeweils mit einer positiven und einer negativen Elektrodenlage der Elektrodenanordnung 12 und den Anschlussdurchführungen 21, 23 elektrisch verbunden. Die negative Elektrode 18 weist zusätzlich eine Durchführungsisolation 24 auf, die die Anschlussdurchführung 21 vom Gehäusedeckel 16 isoliert. Der Gehäusedeckel 16 liegt damit auf dem Potential der positiven Elektrode 17.The housing 14 is designed as a hardcase in a cylindrical shape with an angular base. Furthermore, the housing 14 with a housing cover 16 closed, which for electrical connection to the electrode layers of the electrode assembly 12 Terminal bushings or terminals 21 . 23 having. These are collectors 20 . 25 each with a positive and a negative electrode layer of the electrode assembly 12 and the connection bushings 21 . 23 electrically connected. The negative electrode 18 also has a feedthrough isolation 24 on which the connection execution 21 from the housing cover 16 isolated. The housing cover 16 is thus at the potential of the positive electrode 17 ,

Weiterhin ist die Elektrodenanordnung 12 der 1 von einem selektiv elektrisch leitenden Material 22, insbesondere Poly(3-Decyl Thiophen) beispielsweise in Form einer Folie umgeben. Dabei ist die Folie aus dem selektiv elektrisch leitenden Material 22 so ausgeführt, dass diese in direktem Kontakt zu den Kollektoren 20, 25 steht. Bevorzugt ist die Folie aus Poly(3-Decyl Thiophen) gefertigt. Die Folie erstreckt sich somit zwischen der negativen und der positiven Anschlussdurchführung 21, 23. Steigt die Spannungsdifferenz zwischen der negativen und der positiven Anschlussdurchführung 21, 23 über eine kritische Grenzspannung, wird die Folie aus dem selektiv elektrisch leitenden Material 22 elektrisch leitend und das Potential kann über die beiden Pole fließen. So kann eine Überladung der Batteriezelle 10 verhindert werden und ein effektiver Überladungsschutz bereitgestellt werden. Fällt die Spannungsdifferenz wieder ab, zum Beispiel durch die Beendigung eines Ladevorganges, wird die Folie aus dem selektiv elektrisch leitenden Material 22 wieder elektrisch nicht-leitend und die Batteriezelle 10 kann normal betrieben werden. Furthermore, the electrode arrangement 12 of the 1 of a selectively electrically conductive material 22 , in particular poly (3-decyl thiophene), for example, surrounded in the form of a film. The foil is made of the selectively electrically conductive material 22 designed so that these are in direct contact with the collectors 20 . 25 stands. Preferably, the film is made of poly (3-decyl thiophene). The film thus extends between the negative and the positive terminal bushing 21 . 23 , Increases the voltage difference between the negative and the positive connection execution 21 . 23 beyond a critical threshold voltage, the foil is made of the selectively electrically conductive material 22 electrically conductive and the potential can flow over the two poles. This can overload the battery cell 10 be prevented and provided an effective overcharge protection. If the voltage difference drops again, for example as a result of the termination of a charging process, the foil becomes of the selectively electrically conductive material 22 again electrically non-conductive and the battery cell 10 can be operated normally.

3 zeigt eine frontale Schnittansicht einer Batteriezelle 10, in der das Gehäuse 14 und eine negative Elektrode 18 durch das selektiv elektrisch leitende Material 22 miteinander verbunden sind. 3 shows a frontal sectional view of a battery cell 10 in which the case 14 and a negative electrode 18 through the selectively electrically conductive material 22 connected to each other.

Die in 3 dargestellte Batteriezelle 10 entspricht im Wesentlichen der in 1 dargestellten Batteriezelle 10. Im Unterschied zu 1 ist das selektiv elektrisch leitfähige Material 22, insbesondere Poly(3-Decyl Thiophen), in 3 zwischen dem Kollektor 20 und dem Gehäuse 14 angeordnet. Zusätzlich sieht der Kollektor 20, an dem das selektiv elektrisch leitfähige Material 22 angeordnet ist, eine Durchführungsisolation 24 im Bereich des Gehäusedeckels 16 vor. Damit liegt das Gehäuse 14 auf dem Potential der positiven Elektrode 17. Die negative Elektrode 18 ist über den Kollektor 20 mit der Anschlussdurchführung 21 verbunden und vom Gehäusedeckel 16 durch die Durchführungsisolation 24 isoliert. Übersteigt nun die Spannungsdifferenz zwischen der positiven und der negativen Elektrode 17, 18 die kritische Grenzspannung des selektiv elektrisch leitfähigen Materials 22, fließt das Potential über dieses ab. Fällt die Spannungsdifferenz wieder unter die kritische Grenzspannung des selektiv elektrisch leitenden Materials 22, wird das selektiv elektrisch leitende Material 22 elektrisch isolierenden und die Batteriezelle 10 kann normal betrieben werden. In the 3 illustrated battery cell 10 is essentially the same as in 1 illustrated battery cell 10 , In contrast to 1 is the selectively electrically conductive material 22 , in particular poly (3-decyl thiophene), in 3 between the collector 20 and the housing 14 arranged. In addition, the collector looks 20 to which the selectively electrically conductive material 22 is arranged, a feedthrough isolation 24 in the area of the housing cover 16 in front. This is the case 14 on the potential of the positive electrode 17 , The negative electrode 18 is over the collector 20 with the connection execution 21 connected and from the housing cover 16 through the implementation isolation 24 isolated. Now exceeds the voltage difference between the positive and the negative electrode 17 . 18 the critical limit voltage of the selectively electrically conductive material 22 , the potential flows over this. If the voltage difference again falls below the critical limit voltage of the selectively electrically conductive material 22 , the selectively becomes electrically conductive material 22 electrically insulating and the battery cell 10 can be operated normally.

4 zeigt eine frontale Schnittansicht einer Batteriezelle 10, in der der Gehäusedeckel 16 aus dem selektiv elektrisch leitenden Material 22 gefertigt ist. 4 shows a frontal sectional view of a battery cell 10 in which the housing cover 16 from the selectively electrically conductive material 22 is made.

Die in 4 gezeigte Batteriezelle 10 entspricht im Wesentlichen den Batteriezellen 10 der 1 und 2. Im Unterschied zu den 1 und 2 umfasst die Batteriezelle 10 der 4 einen Gehäusedeckel 16, der aus dem selektiv elektrisch leitenden Material 22 gefertigt ist. Übersteigt somit die Spannungsdifferenz zwischen der positiven und der negativen Elektrode 17, 18 die kritische Grenzspannung, wird das selektiv elektrisch leitende Material 22, insbesondere Poly(3-Decyl Thiophen), elektrisch leitend und das Potential kann zwischen der positiven und der negativen Elektrode 17, 18 abfließen. Fällt die Spannungsdifferenz wieder, zum Beispiel durch die Beendigung des Ladevorganges, wird das selektiv elektrisch leitfähige Material 22 wieder isolierend und die Batteriezelle 10 kann normal betrieben werden. In the 4 shown battery cell 10 essentially corresponds to the battery cells 10 of the 1 and 2 , Unlike the 1 and 2 includes the battery cell 10 of the 4 a housing cover 16 made of the selectively electrically conductive material 22 is made. Thus, exceeds the voltage difference between the positive and the negative electrode 17 . 18 the critical limit voltage, becomes the selectively electrically conductive material 22 , in particular poly (3-decyl thiophene), is electrically conductive and the potential can be between the positive and the negative electrode 17 . 18 flow away. If the voltage difference again, for example by the completion of the charging process, which is selectively electrically conductive material 22 insulating again and the battery cell 10 can be operated normally.

5 zeigt eine frontale Schnittansicht einer Batteriezelle 10, in der die Durchführungsisolation 24 zwischen dem Gehäusedeckel 16 und der Anschlussdurchführung 21 aus dem selektiv elektrisch leitenden Material 22 gefertigt ist. 5 shows a frontal sectional view of a battery cell 10 in which the implementation isolation 24 between the housing cover 16 and the connection procedure 21 from the selectively electrically conductive material 22 is made.

Die Batteriezelle 10 der 5 entspricht im Wesentlichen den Batteriezellen 10 gezeigt in den 1, 3, 4. Im Unterschied zu den vorherigen Figuren ist die Durchführungsisolation 24 zwischen dem Gehäusedeckel 16 und den Anschlussdurchführungen 21, 23 aus dem selektiv elektrisch leitfähigen Material 22, insbesondere Poly(3-Decyl Thiophen), gefertigt. Steigt somit die Spannungsdifferenz zwischen den Anschlussdurchführungen 21, 23 über eine kritische Grenzspannung, wird das selektiv elektrisch leitfähige Material 22 leitend und das Potential kann abfließen. Sinkt die Spannungsdifferenz zwischen den Anschlussdurchführungen 21, 23 wieder unter die kritische Grenzspannung, so kann die Batteriezelle 10 wieder normal betrieben werden. The battery cell 10 of the 5 essentially corresponds to the battery cells 10 shown in the 1 . 3 . 4 , In contrast to the previous figures, the bushing insulation is 24 between the housing cover 16 and the connection bushings 21 . 23 from the selectively electrically conductive material 22 , in particular poly (3-decyl thiophene). Thus increases the voltage difference between the terminal bushings 21 . 23 over a critical threshold voltage, this becomes selectively electrically conductive material 22 conductive and the potential can drain. Decreases the voltage difference between the terminal bushings 21 . 23 again below the critical limit voltage, so can the battery cell 10 be operated normally again.

6 zeigt eine seitliche Schnittansicht einer Batteriezelle 10, in der der Kern 26 der Elektrodenanordnung 12 aus dem selektiv elektrisch leitfähigen Material 22 gefertigt ist und mit den Elektrodenlagen der Elektrodenanordnung 12 verbunden ist. 6 shows a side sectional view of a battery cell 10 in which the core 26 the electrode assembly 12 from the selectively electrically conductive material 22 is manufactured and with the electrode layers of the electrode assembly 12 connected is.

Die Batteriezelle 10 der 6 entspricht im Wesentlichen der in den 1 und 2 gezeigten Batteriezelle 10. Im Unterschied zu der in den 1 und 2 gezeigten Batteriezelle 10 umfasst die Elektrodenanordnung 12 einen Kern 26, der aus dem selektiv elektrisch leitfähigen Material 22 gefertigt ist. Zusätzlich ist der Kern 26 über ein Kontaktierungselement 28, das ebenfalls aus dem selektiv elektrisch leitfähigen Material 22 gefertigt ist, mit positiven sowie negativen Elektrodenlagen der Elektrodenanordnung 12 verbunden. Liegt die Spannungsdifferenz zwischen der positiven und der negativen Elektrodenlage unter der kritischen Grenzspannung des selektiv elektrisch leitenden Materials 22, sind der Kern 26 und das Kontaktierungselement 28 nicht-leitend und isolieren die positive von der negativen Elektrodenlage. Übersteigt dagegen die Spannungsdifferenz zwischen der positiven und der negativen Elektrodenlage die kritische Grenzspannung des selektiv elektrisch leitenden Materials 22, so werden diese leitend und das Potential zwischen den Elektrodenlagen kann abfließen. The battery cell 10 of the 6 is essentially the same as in the 1 and 2 shown battery cell 10 , Unlike in the 1 and 2 shown battery cell 10 includes the electrode assembly 12 a core 26 made of the selectively electrically conductive material 22 is made. In addition, the core is 26 via a contacting element 28 also made of the selectively electrically conductive material 22 is made with positive and negative electrode layers of the electrode assembly 12 connected. If the voltage difference between the positive and the negative electrode layer is below the critical limit voltage of the selectively electrically conductive material 22 , are the core 26 and the contacting element 28 non-conductive and isolate the positive from the negative electrode layer. In contrast, the voltage difference between the positive and the negative electrode layer exceeds the critical limit voltage of the selectively electrically conductive material 22 , so these are conductive and the potential between the electrode layers can drain.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele oder die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereiches eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the embodiments described herein or the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

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Claims (12)

Batteriezelle (10) mit einer Elektrodenanordnung (12), die in einem Gehäuse (14) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Batteriezelle (10) ein selektiv elektrisch leitendes Material (22) umfasst, das bei Überschreiten einer kritischen Grenzspannung in einen elektrisch leitenden Zustand übergeht und das derart angeordnet ist, dass in dem elektrisch leitenden Zustand eine positive Elektrode (17) und eine negative Elektrode (18) der Elektrodenanordnung (12) kurzgeschlossen sind. Battery cell ( 10 ) with an electrode arrangement ( 12 ) housed in a housing ( 14 ), characterized in that the battery cell ( 10 ) a selectively electrically conductive material ( 22 ) which transitions to an electrically conductive state when a critical threshold voltage is exceeded and which is arranged such that in the electrically conductive state a positive electrode ( 17 ) and a negative electrode ( 18 ) of the electrode assembly ( 12 ) are shorted. Batteriezelle (10) nach Anspruch 1, wobei das selektiv elektrisch leitende Material (22) unterhalb einer kritischen Grenzspannung nicht elektrisch leitend ist und die positive Elektrode (17) von der negativen Elektrode (18) isoliert.Battery cell ( 10 ) according to claim 1, wherein the selectively electrically conductive material ( 22 ) is below a critical limit voltage is not electrically conductive and the positive electrode ( 17 ) from the negative electrode ( 18 ) isolated. Batteriezelle (10) nach Anspruch 1 oder 2, wobei das selektiv elektrisch leitende Material (22) ein selektiv elektrisch leitendes Polymer enthält.Battery cell ( 10 ) according to claim 1 or 2, wherein the selectively electrically conductive material ( 22 ) contains a selectively electrically conductive polymer. Batteriezelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei das selektiv elektrisch leitende Material (22) Poly(3-Decylthiophen) enthält.Battery cell ( 10 ) according to one of claims 1 to 3, wherein the selectively electrically conductive material ( 22 ) Contains poly (3-decylthiophene). Batteriezelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Elektrodenanordnung (12) eine gewickelte Elektrodenanordnung oder eine gestapelte Elektrodenanordnung mit positiven und negativen Elektrodenlagen umfasst. Battery cell ( 10 ) according to one of claims 1 to 4, wherein the electrode arrangement ( 12 ) comprises a wound electrode assembly or a stacked electrode assembly having positive and negative electrode layers. Batteriezelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das selektiv elektrisch leitende Material (22) die Elektrodenanordnung (12) umgibt. Battery cell ( 10 ) according to one of claims 1 to 5, wherein the selectively electrically conductive material ( 22 ) the electrode arrangement ( 12 ) surrounds. Batteriezelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das selektiv elektrisch leitende Material (22) einen Kollektor (20) der negativen Elektrode (18) mit dem Gehäuse (14) verbindet, und ein Kollektor (25) der positiven Elektrode (17) unmittelbar mit dem Gehäuse (14) verbunden ist. Battery cell ( 10 ) according to one of claims 1 to 6, wherein the selectively electrically conductive material ( 22 ) a collector ( 20 ) of the negative electrode ( 18 ) with the housing ( 14 ) and a collector ( 25 ) of the positive electrode ( 17 ) directly to the housing ( 14 ) connected is. Batteriezelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Gehäuse (14) einen Gehäusedeckel (16) mit Anschlussdurchführungen (21, 23) der positiven Elektrode (17) und der negativen Elektrode (18) aufweist, der das selektiv elektrisch leitende Material (22) umfasst.Battery cell ( 10 ) according to one of claims 1 to 7, wherein the housing ( 14 ) a housing cover ( 16 ) with connection bushings ( 21 . 23 ) of the positive electrode ( 17 ) and the negative electrode ( 18 ) comprising the selectively electrically conductive material ( 22 ). Batteriezelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das selektiv elektrisch leitende Material (22) als Durchführungsisolation (24) zwischen dem Gehäuse (14) und einer Anschlussdurchführung (21, 23) der positiven Elektrode (17) und/oder der negativen Elektrode (18) vorgesehen ist.Battery cell ( 10 ) according to one of claims 1 to 8, wherein the selectively electrically conductive material ( 22 ) as implementation isolation ( 24 ) between the housing ( 14 ) and a connection implementation ( 21 . 23 ) of the positive electrode ( 17 ) and / or the negative electrode ( 18 ) is provided. Batteriezelle (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei ein Kern (26) der Elektrodenanordnung (12) das selektiv elektrisch leitende Material (22) umfasst, der mit Elektrodenlagen der Elektrodenanordnung (12) verbunden ist. Battery cell ( 10 ) according to one of claims 1 to 9, wherein a core ( 26 ) of the electrode assembly ( 12 ) the selectively electrically conductive material ( 22 ) which is connected to electrode layers of the electrode arrangement ( 12 ) connected is. Batteriemodul umfassend mindestens zwei Batteriezellen (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.Battery module comprising at least two battery cells ( 10 ) according to one of claims 1 to 10. Fahrzeug umfassend mindestens eine Batteriezelle (10) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10.Vehicle comprising at least one battery cell ( 10 ) according to one of claims 1 to 10.
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