Pouch-Zelle
Die Pouch-Zelle (englisch pouch, deutsch Beutel), auch Pouch-Bag-Zelle oder Coffee-Bag-Zelle ist eine verbreitete Bauform eines Lithium-Polymer-Akkumulators.[1]
Allgemeines
Die Bauform „Pouch-Zelle“ sagt weder etwas über die elektrischen Eigenschaften der Zelle, noch über den Hersteller aus. Der englische Begriff pouch (deutsch Beutel oder Tasche) beschreibt lediglich den technischen Aufbau der Zellen. Es können Zellen mit verschiedensten Zellchemien als Pouch-Zelle hergestellt werden.[2]
Aufbau
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Bei den weit verbreiteten zylindrischen Zellen mit meist massiver metallischer Außenhülle werden die aktiven Schichten um die innere Elektrode gewickelt. Im Gegensatz dazu werden bei Pouchzellen die gestapelten oder gefalteten aktiven Schichten[3] von einer flexiblen, meist auf Aluminiumbasis bestehenden Außenfolie eingeschlossen. Die offenen Seiten der Außenbeutel werden meist thermisch verschweißt. Im Inneren können mehrere elektrische Einzelzellen gestapelt werden, um in Reihenschaltung die elektrische Spannung und in Parallelschaltung die Kapazität und Strombelastbarkeit zu erhöhen. Die Folienaußenhülle wird am Ende der Fertigung vakuumiert, wodurch die Zellschichten verpresst und fixiert werden; dabei bleiben sie aber meist flexibel.
Lediglich die äußeren Anschluss-Elektroden verlassen die beutelförmige Zellumhüllung. Am negativen Pol wird dabei meist Kupfer verwendet. Als Ableiter für die positive Elektrode, wird meist Aluminium eingesetzt.[4][2]
Vorteile der Pouch-Zellen
Pouch-Zellen können durch die fehlenden Außengehäuse mit geringen Dicken, geringem Gewicht und anwendungsspezifischen Größen hergestellt werden. Sie haben durch ihre ebene äußere Außenform gute Möglichkeiten zur Wärmeableitung.[2]
Nachteile der Pouch-Zellen
Im Gegensatz zu den zylindrischen Bauformen, welche durch den Gehäuseaufbau einen größeren Innendruck ohne mechanische Verformung verkraften, kommt es bei Pouch-Zellen auch bei regulärem Betrieb durch die Alterung und ohne technischen Defekt zu einem leichten Aufblähen der Zellen.[5] Dieser Umstand muss bei der Konstruktion des umschließenden Gehäuses, beispielsweise dem Gehäuse eines Mobiltelefons, beachtet werden. Bei Fehlbehandlung wie einem elektrischen Kurzschluss oder mechanische Beschädigungen an der Zelle kann es zum Freisetzen von Gasen und zu einem deutlichen Aufblähen bzw. Platzen der Zellen kommen. Ohne massive Außenhülle können neben der Zelle auch umliegende Teile mechanisch belastet und zerstört werden.[6][7] Durch die dünne Außenfolie sind die Zellen generell empfindlich gegenüber mechanischen Beschädigungen und werden daher, bspw. für Traktionsbatterien in massiven Außengehäusen zusammengefasst. Dabei geht ein Teil des Gewichtvorteiles wieder verloren.
Ein weiterer Nachteil ist die Schwierigkeit, dass Pouch-Zellen in verschiedensten Formen gefertigt werden und entgegen den zylindrischen Zellen liegen keine genormten Abmessungen vor. Dies erschwert den Austausch im Konsumgut beim Endkunden ebenso wie die kostensenkende Massenproduktion.
Die verschweißten Seiten der Außenbeutel bergen das Risiko, dass Bestandteile des Elektrolyts nach außen diffundieren oder Sauerstoff ins Innere der Zellen gelangt. Beides würde die Lebensdauer der Zelle verkürzen und muss durch sorgfältige Herstellungstechnologie vermieden werden.[2]
Weblinks
Verfahren zur Charakterisierung und Modellierung von Lithium-Ionen Zellen (PDF), Jan Philipp Schmidt, KIT 2013, ISSN 1868-1603 /ISBN 978-3-7315-0115-2
Einzelnachweise
- Springer Professional, 18. Dezember 2014: Auch aus der Form schöpft die Batteriezelle ihre Kraft, aufgerufen 6. April 2017
- Zentrum für BrennstoffzellenTechnik ZBT, 3. März 2016: Abschlussbericht Lithium-Ionen-Zellen für kleine Nutzfahrzeuge, PDF, 6. April 2017
- LG Chem: ‘Lamination & Stacking’- Verfahren, abgerufen am 6. April 2017
- TU München, Lehrstuhl für Elektrische Energiespeichertechnik: Aufbau einer Lithium-Ionen-Batterie, abgerufen am 6. April 2017
- A. J. Louli et al.: Volume, Pressure and Thickness Evolution of Li-Ion Pouch Cells with Silicon-Composite Negative Electrodes. In: Journal of The Electrochemical Society. Band 164, Nr. 12, 2017, doi:10.1149/2.1691712jes.
- Dr. Jochen Mähliß, Batteryuniversity, August 2012: Aufbau, Funktionsweise, Gefährdungspotential …,PDF, aufgerufen 6. April 2017
- Dr. Jochen Mähliß: Gefährdungspotenzial von Li-Ionen-Zellen. 30. Oktober 2012.