DE-102025135749-A1 - Zylindrische Batteriezelle für ein Batteriemodul eines Kraftfahrzeugs, Batteriemodul und Verfahren

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine zylindrische Batteriezelle (12) für ein Batteriemodul (10) eines Kraftfahrzeugs, umfassend ein Zellengehäuse (14), das zumindest teilweise einen Aufnahmeraum (16) definiert, und eine im Aufnahmeraum (16) angeordnete Schichtstruktur (20), die innerhalb der Schichtstruktur (20) eine Vielzahl von Schichten (18) umfasst, die in axialer Richtung (24) der zylindrischen Batteriezelle (12) nebeneinander angeordnet sind, wobei die Schichten (18) jeweils eine Kathodenschicht (26), eine Festkörperelektrolytschicht (28) und eine weitere Schicht (30) umfassen, und wobei die jeweilige Festkörperelektrolytschicht (28) in axialer Richtung (24) der zylindrischen Batteriezelle (12) zwischen der jeweiligen Kathodenschicht (26) und der jeweiligen weiteren Schicht (30) angeordnet ist.

Inventors

• Donghyuk KIM

Assignees

• Mercedes-Benz Group AG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20250905

Priority Date

20241107

Claims (10)

1. Zylindrische Batteriezelle (12) für ein Batteriemodul (10) eines Kraftfahrzeugs, mit einem Zellengehäuse (14), das zumindest teilweise einen Aufnahmeraum (16) begrenzt, und einer in dem Aufnahmeraum (16) angeordneten Schichtstruktur (20), dadurch gekennzeichnet , dass die Schichtstruktur (20) mehrere Schichten (18) umfasst, die in axialer Richtung (24) der zylindrischen Batteriezelle (12) nebeneinander angeordnet sind, wobei die Schichten (18) jeweils eine Kathodenschicht (26), eine Festkörperelektrolytschicht (28) und eine weitere Schicht (30) umfassen, und wobei die jeweilige Festkörperelektrolytschicht (28) in axialer Richtung (24) der zylindrischen Batteriezelle (12) zwischen der jeweiligen Kathodenschicht (26) und der jeweiligen weiteren Schicht (30) angeordnet ist.
2. Zylindrische Batteriezelle (12) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die jeweilige weitere Schicht (30) eine Anodenschicht (32) ist.
3. Zylindrische Batteriezelle (12) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet , dass die jeweilige weitere Schicht (30) eine Förderungsschicht ist, die insbesondere aus Silber-Kohlenstoff oder Silizium besteht.
4. Zylindrische Batteriezelle (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 , dadurch gekennzeichnet , dass die zylindrische Batteriezelle (12) einen Deckel (34) umfasst, der zumindest teilweise den Aufnahmeraum (16) in axialer Richtung (24) begrenzt, wobei die Schichtstruktur (20) über den Deckel (34) unter Druck gesetzt wird.
5. Zylindrische Batteriezelle (12) gemäß Anspruch 4 , dadurch gekennzeichnet , dass das Zellgehäuse (14) eine Wand (36), die den Aufnahmeraum (16) in radialer Richtung (38) der zylindrischen Batteriezelle (12) definiert, und ein Abdeckelement (42) umfasst, das sich senkrecht zur Wand (36) erstreckt, wobei das Abdeckelement (42) in axialer Richtung (24) an einer Außenseite (44) des Deckels (34) angeordnet ist.
6. Zylindrische Batteriezelle (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet , dass das Abdeckelement (42) und die Wand (36) einstückig ausgebildet sind.
7. Zylindrische Batteriezelle (12) nach einem der Ansprüche 1 bis 6 , dadurch gekennzeichnet , dass das Abdeckelement (42) durch Bördeln hergestellt ist.
8. Zylindrische Batteriezelle (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 , dadurch gekennzeichnet , dass das Abdeckelement (42) und die Wand (36) getrennt voneinander ausgebildet und insbesondere miteinander verschweißt sind.
9. Batteriemodul (10) für ein Kraftfahrzeug, das mindestens die zylindrische Batteriezelle (12) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 umfasst.
10. Verfahren zur Herstellung einer zylindrischen Batteriezelle (12) für ein Batteriemodul (10) eines Kraftfahrzeugs gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8 , wobei die Schichten (18) in axialer Richtung (24) der Batteriezelle (12) im Aufnahmeraum (16) nebeneinander angeordnet werden, wodurch die Schichtstruktur (20) gebildet wird.

Description

GEBIET DER ERFINDUNG Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Kraftfahrzeuge. Genauer gesagt betrifft die vorliegende Erfindung eine zylindrische Batteriezelle für ein Batteriemodul eines Kraftfahrzeugs. Darüber hinaus betrifft die vorliegende Erfindung ein entsprechendes Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug und ein Verfahren zur Herstellung einer entsprechenden zylindrischen Batteriezelle. HINTERGRUNDINFORMATION Nach dem Stand der Technik umfassen Festkörperbatteriemodule mehrere Batteriezellen. Die Festkörperbatterietechnologie kann jedoch einen hohen und gleichmäßigen Druck für den Betrieb erfordern. Die Notwendigkeit einer Druckbeaufschlagungs-Einrichtung kann aufgrund des zusätzlichen Gewichts und der Komplexität eine Herausforderung für die Anwendung der Festkörperbatterietechnologie in batterieelektrischen Fahrzeugen darstellen. Darüber hinaus können herkömmliche Konstruktionen von Festkörperbatterien, die Beutel- oder Prismenzellen verwenden, externe Vorrichtungen erfordern, um den erforderlichen Betriebsdruck aufzubringen und aufrechtzuerhalten. Ein weiteres wichtiges Problem bei Festkörperbatterien oder Quasi-Festkörperbatterien kann die Schwierigkeit sein, große Flächen von Elektroden- und Festelektrolytfolien herzustellen, um großformatige Batteriezellen zu ermöglichen. ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine zylindrische Batteriezelle für ein Batteriemodul eines Kraftfahrzeugs, ein Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung einer zylindrischen Batteriezelle für ein Batteriemodul eines Kraftfahrzeugs bereitzustellen, mit denen das Batteriemodul mit den zylindrischen Zellen mit besonders geringem Aufwand hergestellt werden kann. Diese Aufgabe wird durch eine zylindrische Batteriezelle für ein Batteriemodul eines Kraftfahrzeugs, ein entsprechendes Batteriemodul für ein Kraftfahrzeug sowie ein Verfahren zur Herstellung einer entsprechenden zylindrischen Batteriezelle für ein Batteriemodul eines Kraftfahrzeugs gemäß den unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen dargestellt. Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine zylindrische Batteriezelle für ein Batteriemodul eines Kraftfahrzeugs. Vorzugsweise ist das Kraftfahrzeug als Personenkraftwagen ausgebildet. Vorzugsweise ist das Kraftfahrzeug ein batterieelektrisches Fahrzeug (BEV) oder ein Hybridfahrzeug, insbesondere ein Plug-in-Hybridfahrzeug (PHEV). Die genannten Festkörperbatteriezellen können als elektrische Batterie verstanden werden, die einen Festelektrolyten für die Ionenleitung zwischen Elektrolyten verwendet, beispielsweise anstelle von flüssigen oder Gel-Polymer-Elektrolyten, die in herkömmlichen Batterien zu finden sind. Die Festkörperbatteriezelle kann eine zylindrische Batteriezelle mit einer zylindrischen Form sein. Die zylindrische Batteriezelle umfasst ein Zellengehäuse, das zumindest teilweise einen Aufnahmeraum definiert. Mit anderen Worten bildet das Zellengehäuse den genannten Aufnahmeraum. Vorzugsweise erstreckt sich der Aufnahmeraum zumindest teilweise, insbesondere vollständig, innerhalb des genannten Zellengehäuses. Der Aufnahmeraum kann als Gehäuseraum oder Speicherraum bezeichnet werden. Darüber hinaus umfasst die zylindrische Batteriezelle mindestens eine, insbesondere unter Druck stehende, Schichtstruktur, die in dem Aufnahmeraum angeordnet ist. Das bedeutet, dass sich die Schichtstruktur innerhalb des Zellengehäuses befindet. Die Schichtstruktur kann als Scheibenstapel oder Scheibenstapelkonstruktion bezeichnet werden. Insbesondere zur Herstellung des Batteriemoduls mit den zylindrischen Zellen mit besonders verbessertem Aufwand, beispielsweise um die genannte Schichtstruktur auf besonders mühelose Weise unter Druck zu setzen, umfasst die genannte Schichtstruktur eine Vielzahl von Schichten, die in axialer Richtung der Batteriezelle nebeneinander angeordnet sind. Mit anderen Worten: Die Schichten der Schichtstruktur befinden sich in axialer Richtung der zylindrischen Batteriezelle nebeneinander. Das bedeutet, dass die Schichten in der genannten axialen Richtung gestapelt sind. Die Schichten umfassen jeweils eine Kathodenschicht, eine Festkörperelektrolytschicht und eine weitere Schicht. Die jeweilige Festkörperelektrolytschicht ist in axialer Richtung der zylindrischen Batteriezelle zwischen der jeweiligen Kathodenschicht und der jeweiligen weiteren Schicht angeordnet. Mit anderen Worten, die jeweilige Kathodenschicht befindet sich auf einer ersten Seite der jeweiligen Festkörperelektrolytschicht und die jeweilige weitere Schicht befindet sich auf einer zweiten Seite der jeweiligen Festkörperelektrolytschicht, wobei sich die genannten Seiten voneinander unterscheiden und insbesondere voneinander weg zeigen. Vorzugsweise zeigen die genannten Seiten voneinander weg. Bei der vorliegenden Erfindung kann möglicherweise die Notwendigkeit einer externen Druckausübungs-Einrichtung umgangen we