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DE102019214159A1 - Electrode unit of a battery cell, method for its production and use of such - Google Patents

Electrode unit of a battery cell, method for its production and use of such Download PDF

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DE102019214159A1
DE102019214159A1 DE102019214159.5A DE102019214159A DE102019214159A1 DE 102019214159 A1 DE102019214159 A1 DE 102019214159A1 DE 102019214159 A DE102019214159 A DE 102019214159A DE 102019214159 A1 DE102019214159 A1 DE 102019214159A1
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Germany
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electrode
base
separator
carrier film
base area
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Michael Butzin
Knut Hanke
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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Publication date
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Abstract

Es werden eine Elektrodeneinheit (10) einer Batteriezelle, ein Verfahren (20) zu deren Herstellung sowie deren Verwendung vorgestellt. Die Elektrodeneinheit (10) umfasst dabei eine erste Elektrode (102) mit einer ersten Trägerfolie (104), die auf deren erster Seite eine erste Grundfläche (106) und eine mit der ersten Grundfläche (106) verbundene Elektrodenkontaktierung (108) aufweist. Dabei sind eine erste Kante (114) der ersten Grundfläche (106) und eine senkrecht zu der ersten Kante (114) der ersten Grundfläche (106) anliegende zweite Kante (116) der Elektrodenkontaktierung (108) zumindest abschnittsweise gezähnt sind.An electrode unit (10) of a battery cell, a method (20) for its production and its use are presented. The electrode unit (10) comprises a first electrode (102) with a first carrier film (104) which has a first base surface (106) and an electrode contact (108) connected to the first base surface (106) on its first side. A first edge (114) of the first base surface (106) and a second edge (116) of the electrode contacting (108) lying perpendicular to the first edge (114) of the first base surface (106) are at least partially toothed.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Elektrodeneinheit einer Batteriezelle und ein Verfahren zu deren Herstellung gemäß dem Oberbegriff der unabhängigen Patentansprüche. Weiterhin betrifft die Erfindung die Verwendung einer solchen Elektrodeneinheit.The present invention relates to an electrode unit of a battery cell and a method for its production according to the preamble of the independent claims. The invention also relates to the use of such an electrode unit.

Stand der TechnikState of the art

Zur Umsetzung der Elektromobilität werden Sekundärbatterien, die auch als wieder aufladbare Akkumulatoren bezeichnet werden, zur Speicherung elektrischer Energie verwendet. Dafür sind insbesondere Lithium-Ionen-Batterien aufgrund ihrer vergleichsweise hohen Energiedichte sowie ihrer vergleichbar guten thermischen Stabilität und geringen Selbstentladung geeignet.To implement electromobility, secondary batteries, which are also known as rechargeable accumulators, are used to store electrical energy. Lithium-ion batteries are particularly suitable for this because of their comparatively high energy density and their comparably good thermal stability and low self-discharge.

Eine solche Batterie umfasst dabei eine oder mehrere Lithium-Ionen-Batteriezellen. Derartige Lithium-Ionen-Batteriezellen umfassen üblicherweise eine oder mehrere Elektrodeneinheiten in Form von Elektrodenwickeln oder Elektrodenstapeln, die wiederum zumindest eine positive Elektrode, zumindest eine negative Elektrode und zumindest einen Separator aufweisen. Dabei kann der zumindest eine Separator die zumindest eine positive und die zumindest eine negative Elektrode räumlich voneinander trennen und damit einen durch einen Kontakt zwischen der positiven und der negativen Elektrode verursachten internen elektrischen Kurzschluss verhindern.Such a battery includes one or more lithium-ion battery cells. Such lithium-ion battery cells usually comprise one or more electrode units in the form of electrode coils or electrode stacks, which in turn have at least one positive electrode, at least one negative electrode and at least one separator. In this case, the at least one separator can spatially separate the at least one positive and the at least one negative electrode from one another and thus prevent an internal electrical short circuit caused by a contact between the positive and the negative electrode.

Aus dem Dokument US 2012321932 A1 ist eine Batteriezelle bekannt, bei der ein erster Separator auf einer ersten Seite einer Elektrode und ein zweiter Separator auf einer zweiten Seite der besagten Elektrode laminiert ist.From the document US 2012321932 A1 a battery cell is known in which a first separator is laminated on a first side of an electrode and a second separator is laminated on a second side of said electrode.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden eine Elektrodeneinheit einer Batteriezelle und ein Verfahren zu deren Herstellung mit den kennzeichnenden Merkmalen der unabhängigen Ansprüche bereitgestellt. Weiterhin ist auch die Verwendung einer solchen Elektrodeneinheit Gegenstand der vorliegenden Erfindung.According to the present invention, an electrode unit of a battery cell and a method for the production thereof are provided with the characterizing features of the independent claims. The present invention also relates to the use of such an electrode unit.

Eine erfindungsgemäße Elektrodeneinheit umfasst dabei eine erste Elektrode mit einer ersten Trägerfolie, wobei die erste Trägerfolie auf deren erster Seite eine erste Grundfläche und eine mit der ersten Grundfläche verbundene Elektrodenkontaktierung aufweist. Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass eine erste Kante der ersten Grundfläche und eine senkrecht zu der ersten Kante der ersten Grundfläche anliegende zweite Kante der Elektrodenkontaktierung zumindest abschnittsweise gezähnt sind. Die erste bzw. zweite Kante kann beispielsweise ein periodisch auftretendes Kantenmuster, wie z.B. in Form von Zacken, aufweisen. Dabei sind die erste und die zweite Kante vorzugsweise an einer der Stellen der ersten Trägerfolie vorgesehen, wo ein minimaler Kurvenradius durch eine Kontaktierung bzw. eine Verbindung der ersten Kante mit der zweiten Kante ausgebildet ist.An electrode unit according to the invention comprises a first electrode with a first carrier film, the first carrier film having a first base area on its first side and an electrode contact connected to the first base area. According to the invention, it is provided that a first edge of the first base and a second edge of the electrode contact lying perpendicular to the first edge of the first base are at least partially toothed. The first or second edge can, for example, have a periodically occurring edge pattern, such as in the form of jagged edges. The first and the second edge are preferably provided at one of the points on the first carrier film where a minimal radius of curvature is formed by contacting or connecting the first edge to the second edge.

Der besondere Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass die erste Grundfläche und die damit verbundene Elektrodenkontaktierung einteilig bereitgestellt werden können. Dadurch werden keine zusätzlichen Haftelemente oder Verbindungselemente zwischen der Elektrodenkontaktierung und der ersten Grundfläche der ersten Trägerfolie benötigt.The particular advantage of the present invention is that the first base area and the electrode contact connected to it can be provided in one piece. As a result, no additional adhesive elements or connecting elements are required between the electrode contact and the first base area of the first carrier film.

Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the present invention are the subject of the subclaims.

So ist es von Vorteil, wenn ein erster Separator, welcher eine größere erste Großfläche als die erste Grundfläche der ersten Trägerfolie aufweist, derart auf der ersten Seite der ersten Trägerfolie angeordnet ist, dass der erste Separator die erste Grundfläche vollflächig und die Elektrodenkontaktierung auf deren einer Seite bereichsweise abdeckt. Mit anderen Worten ausgedrückt, weist die erste Großfläche des ersten Separators einen größeren Flächeninhalt als die erste Grundfläche der ersten Trägerfolie auf. Diese Maßnahme ermöglicht es, dass der erste Separator als Stützelement mit einer mechanischen Stützfunktion die Elektrodenkontaktierung vor einem Kontakt mit einer gegenpoligen Elektrodenkontaktierung durch Biegen einer der beiden Elektrodenkontaktierung beim Zusammenbau einer Batteriezelle oder während eines Betriebs der Batteriezelle schützen kann. Des Weiteren dient die mechanische Stützfunktion auch dazu, die Elektrodenkontaktierung im Falle eines Zusammenstoßens zu schützen, welches beispielsweise eine auf der Batteriezelle einwirkende Kraft hervorruft, wie es bei einem Autounfall der Fall ist. Damit kann ein interner elektrischer Kurzschluss zwischen den gegenpoligen Elektroden vermieden werden.It is advantageous if a first separator, which has a larger first large area than the first base area of the first carrier film, is arranged on the first side of the first carrier film in such a way that the first separator covers the first base area and the electrode contact is on one of them Page covers in areas. In other words, the first large area of the first separator has a larger area than the first base area of the first carrier film. This measure enables the first separator, as a support element with a mechanical support function, to protect the electrode contact from contact with an opposing electrode contact by bending one of the two electrode contacts when assembling a battery cell or during operation of the battery cell. Furthermore, the mechanical support function also serves to protect the electrode contact in the event of a collision, which for example causes a force acting on the battery cell, as is the case in a car accident. An internal electrical short circuit between the electrodes of opposite polarity can thus be avoided.

Weiter vorteilhafterweise ist es, wenn ein zweiter Separator aufweisend eine größere zweite Großfläche als eine zweite Grundfläche der ersten Trägerfolie derart auf einer zweiten Seite der ersten Trägerfolie angeordnet ist, dass der zweite Separator die zweite Grundfläche vollflächig und die Elektrodenkontaktierung auf deren anderer Seite bereichsweise abdeckt. Darunter kann verstanden sein, dass die zweite Großfläche des zweiten Separators einen größeren Flächeninhalt als die zweite Grundfläche der ersten Trägerfolie aufweist. Dabei ist die zweite Grundfläche der besagten ersten Grundfläche gegenüberliegend ausgebildet. Dementsprechend ist die zweite Seite der besagten ersten Seite der ersten Trägerfolie gegenüberliegend ausgeführt. Damit kann die Elektrodenkontaktierung auf deren anderer Seite vor einem möglichen Kontakt mit einer weiteren gegenpoligen Elektrodenkontaktierung bspw. im Falle eines Biegens einer der Elektrodenkontaktierungen geschützt werden.It is further advantageous if a second separator having a larger second large area than a second base area of the first carrier film is arranged on a second side of the first carrier sheet in such a way that the second separator covers the entire area of the second base area and the electrode contact on the other side thereof in areas. This can be understood to mean that the second large area of the second separator has a larger surface area than the second base area of the first carrier film. The second base area is the said first base area opposite formed. Accordingly, the second side of said first side of the first carrier film is designed to be opposite. In this way, the electrode contact on its other side can be protected from possible contact with a further electrode contact with opposite polarity, for example in the event of a bending of one of the electrode contacts.

So ist vorteilhaft, wenn die erste Elektrode zumindest teilweise durch den ersten und den zweiten Separator umschlossen ist. Darunter kann verstanden sein, dass der erste Separator und der zweite Separator derart übereinander angeordnet sowie weiterhin beispielsweise an deren Kanten miteinander verbunden sind, dass die erste und die zweite Grundfläche als Ganzes innerhalb eines Zwischenraumes der beiden Separatoren aufgenommen sind. Dabei ist die Elektrodenkontaktierung ihrerseits vorzugsweise teilweise von den beiden Separatoren abgedeckt. Ein mit den beiden Separatoren nicht in Berührung stehender Anteil der Elektrodenkontaktierung ist dazu ausgelegt, mit einer oder mehreren weiteren Elektrodenkontaktierungen einer oder mehrerer weiterer Elektrodeneinheiten elektrisch leitend zu verbinden. Damit kann die erste Elektrode auf deren erster und zweiter Grundfläche von einer oder mehreren weiteren gegenpoligen Elektroden räumlich absolut getrennt und somit ein dazwischen möglicher elektrischer Kurzschluss vermieden werden.It is therefore advantageous if the first electrode is at least partially enclosed by the first and the second separator. This can be understood to mean that the first separator and the second separator are arranged one above the other and furthermore connected to one another, for example at their edges, that the first and the second base area are received as a whole within a space between the two separators. The electrode contact is in turn preferably partially covered by the two separators. A portion of the electrode contact that is not in contact with the two separators is designed to connect to one or more further electrode contacts of one or more further electrode units in an electrically conductive manner. In this way, the first electrode on its first and second base area can be spatially and absolutely separated from one or more further electrodes of opposite polarity, thus avoiding an electrical short circuit that may occur between them.

Dabei ist vorteilhaft, wenn zumindest einer der Separatoren einen Festkörperelektrolyten aufweist. Aufgrund der Verwendung eines Festkörperelektrolyten anstatt eines flüssigen Elektrolyten kann die Gefahr einer Entzündung des flüssigen Elektrolyten beim Erwärmen einer diesen enthaltenden Batteriezelle vermieden werden. Damit kann die Betriebssicherheit einer solchen Batteriezelle verbessert werden.It is advantageous if at least one of the separators has a solid electrolyte. Due to the use of a solid electrolyte instead of a liquid electrolyte, the risk of the liquid electrolyte igniting when a battery cell containing it is heated can be avoided. The operational safety of such a battery cell can thus be improved.

So ist von besonderem Vorteil, wenn die erste Elektrode als negative Elektrode ausgeführt ist, wobei die negative Elektrode bspw. metallisches Lithium aufweist. Damit kann eine elektrische Leitfähigkeit der betroffenen Elektrodeneinheit durch Verwendung des metallischen Lithiums erhöht werden.It is particularly advantageous if the first electrode is designed as a negative electrode, the negative electrode having, for example, metallic lithium. In this way, the electrical conductivity of the electrode unit concerned can be increased by using the metallic lithium.

Alternativ vorteilhaft ist es, wenn die erste Elektrode als positive Elektrode ausgeführt ist, wobei ein erstes positives Aktivmaterial zu einer Ausbildung einer ersten positiven Aktivmaterialfläche auf der ersten Grundfläche der ersten Trägerfolie aufgebracht ist. Weiterhin vorteilhaft ist es, wenn dasselbe positive Aktivmaterial zu einer Ausbildung einer zweiten positiven Aktivmaterialfläche auf der zweiten Grundfläche der ersten Trägerfolie aufgebracht ist. Das positive Aktivmaterial kann dabei Lithium-Kobaltoxid umfassen. Diese Maßnahme stellt eine beiderseitig mit einem positiven Aktivmaterial beschichtete positive Elektrode zur Verfügung, welche eine doppelte elektrische Leitfähigkeit gegenüber einer Elektrode gemäß dem Stand der Technik aufweist.Alternatively, it is advantageous if the first electrode is designed as a positive electrode, a first positive active material being applied to the first base surface of the first carrier film to form a first positive active material surface. It is also advantageous if the same positive active material is applied to form a second positive active material surface on the second base surface of the first carrier film. The positive active material can include lithium cobalt oxide. This measure provides a positive electrode which is coated on both sides with a positive active material and which has twice the electrical conductivity compared to an electrode according to the prior art.

Gemäß einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrodeneinheit einer Batteriezelle bereitgestellt, wobei das Verfahren einen Vorbereitungsverfahrensschritt und einen Bearbeitungsverfahrensschritt umfasst.According to another aspect of the present invention, a method for producing an electrode unit of a battery cell is provided, the method comprising a preparation method step and a processing method step.

Erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass in einem Vorbereitungsverfahrensschritt eine erste Trägerfolie bereitgestellt wird, welche auf deren erster Seite eine Hilfsfläche, eine erste Grundfläche und eine Elektrodenkontaktierung umfasst. Dabei wird die Hilfsfläche mittels Perforieren von der ersten Grundfläche und der Elektrodenkontaktierung abgrenzt. An den Grenzen der Hilfsfläche zu der ersten Grundfläche und der Elektrodenkontaktierung sind beispielsweise mehrere schlitzartige oder lochförmige Durchbrechungen vorgesehen. Diese Durchbrechungen bilden an den Grenzen jeweils eine Trennlinie aus. Weiter erfindungsgemäß ist es vorgesehen, dass in dem Bearbeitungsverfahrensschritt die Hilfsfläche derart aus der ersten Trägerfolie entfernt wird, dass eine erste Kante der ersten Grundfläche und eine senkrecht zu der ersten Kante anliegende zweite Kante der Elektrodenkontaktierung zumindest abschnittsweise eine gezähnte Struktur aufweisen. Dabei wird die Hilfsfläche beispielsweise entlang der jeweiligen Trennlinie an der Grenze zu der ersten Grundfläche und zu der Elektrodenkontaktierung von der ersten Trägerfolie abgetrennt. Dadurch entsteht die abschnittsweise gezähnte Struktur an der ersten und der zweiten Kante. Diese Maßnahmen erlauben es beispielsweise, dass die Elektrodenkontaktierung zugleich mit der ersten Grundfläche aus der ersten Trägerfolie ausgebildet werden kann. Dafür werden keine zusätzlichen Verfahrensschritte zu einer Bereitstellung der Elektrodenkontaktierung und anschließend deren Verbindung mit der ersten Grundfläche benötigt.According to the invention it is provided that a first carrier film is provided in a preparation process step, which on its first side comprises an auxiliary surface, a first base surface and an electrode contact. The auxiliary area is separated from the first base area and the electrode contact by means of perforations. At the boundaries of the auxiliary area to the first base area and the electrode contact, several slot-like or hole-like openings are provided, for example. These openings each form a dividing line at the borders. It is further provided according to the invention that in the processing step the auxiliary surface is removed from the first carrier film in such a way that a first edge of the first base surface and a second edge of the electrode contact perpendicular to the first edge have a toothed structure at least in sections. In this case, the auxiliary area is separated from the first carrier film, for example, along the respective dividing line at the border to the first base area and to the electrode contact. This creates the partially toothed structure on the first and second edges. These measures allow, for example, that the electrode contact can be formed from the first carrier film at the same time as the first base area. For this, no additional method steps for providing the electrode contact and then connecting it to the first base area are required.

Vorteilhafterweise wird in einem Verfahrensschritt nach dem Vorbereitungs- und vor dem Bearbeitungsverfahrensschritt ein erster Separator aufweisend eine größere erste Großfläche als die erste Grundfläche derart auf der ersten Trägerfolie angeordnet wird, dass der erste Separator die erste Grundfläche vollflächig und eine mit der ersten Grundfläche verbundene Elektrodenkontaktierung auf deren einer Seite bereichsweise abdeckt. Diese Maßnahme stellt sicher, dass die erste Grundfläche der ersten Elektrode durch den ersten Separator elektrisch isoliert wird.
Weiterhin ist es vorteilhaft, wenn in einem weiteren Verfahrensschritt nach dem Bearbeitungsverfahrensschritt ein zweiter Separator aufweisend eine größere zweite Großfläche als eine zweite Grundfläche der ersten Trägerfolie derart auf der ersten Trägerfolie angeordnet wird, dass der zweite Separator die zweite Grundfläche vollflächig und die Elektrodenkontaktierung auf deren anderer Seite bereichsweise abdeckt. Damit kann die erste Elektrode ohne Zuhilfenahme von zusätzlichen Isolationselementen vergleichsweise gut elektrisch isoliert werden.Advantageously, in a process step after the preparation and before the processing process step, a first separator having a larger first large area than the first base area is arranged on the first carrier film in such a way that the first separator has the first base area over the entire area and an electrode contact connected to the first base area one side of which covers areas. This measure ensures that the first base area of the first electrode is electrically insulated by the first separator.
Furthermore, it is advantageous if, in a further method step after the processing method step, a second separator having a larger second large area than a second base area first carrier film is arranged on the first carrier film in such a way that the second separator covers the entire surface of the second base area and the electrode contact on the other side thereof in areas. The first electrode can thus be electrically insulated comparatively well without the aid of additional insulation elements.

Die erfindungsgemäße Elektrodeneinheit lässt sich vorteilhaft für eine Festkörperbatteriezelle einsetzen, die unter anderem in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Elektrofahrzeugen (Electric Vehicle, EV), Hybridfahrzeugen (Hybride Electric Vehicle, HEV) sowie Plug-In-Hybridfahrzeugen (Plug-In-Hybride Electric Vehicle, PHEV) zum Einsatz kommt.The electrode unit according to the invention can advantageously be used for a solid-state battery cell, which is used, among other things, in motor vehicles, in particular in electric vehicles (Electric Vehicle, EV), hybrid vehicles (Hybrid Electric Vehicle, HEV) and plug-in hybrid vehicles (Plug-In Hybrid Electric Vehicle, PHEV) is used.

FigurenlisteFigure list

In den Zeichnungen sind vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dargestellt und in der nachfolgenden Figurenbeschreibung näher erläutert. Es zeigt:

  • Figur la eine Draufsicht einer erfindungsgemäßen Elektrodeneinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung,
  • 1b eine Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Elektrodeneinheit gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und
  • 2 ein beispielhaftes Ablaufdiagramm eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Elektrodeneinheit gemäß der vorliegenden Erfindung.
In the drawings, advantageous embodiments of the present invention are shown and explained in more detail in the following description of the figures. It shows:
  • Figure la is a plan view of an inventive electrode unit according to an embodiment of the present invention,
  • 1b a side view of an inventive electrode unit according to an embodiment of the present invention and
  • 2 an exemplary flow chart of a method according to the invention for producing an electrode unit according to the present invention.

In Figur la ist eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrodeneinheit 10 gemäß der vorliegenden Erfindung schematisch dargestellt.In Figure la is an embodiment of an electrode unit according to the invention 10 shown schematically according to the present invention.

Die Elektrodeneinheit 10 ist beispielsweise in Form eines Elektrodenstapels abgebildet. Dabei weist die Elektrodeneinheit 10 zum Beispiel eine erste Elektrode 102 auf, welche entweder eine positive Polarität oder eine negative Polarität aufweist. Dabei ist eine erste Seite bzw. eine Vorderseite der ersten Elektrode 102 exemplarisch in 1 sichtbar dargestellt. Die erste Elektrode 102 weist üblicherweise eine zweite Seite bzw. eine Rückseite auf, die der ersten Seite bzw. der Vorderseite gegenüberliegend positioniert ist und bezüglich deren Beschreibung wird auf die erste Seite verwiesen. Die erste Elektrode 102 umfasst beispielsweise eine erste Trägerfolie 104, die vorzugsweise metallisch, beispielsweise aus Aluminium, ausgeführt ist. Die erste Trägerfolie 104 besteht auf deren erster Seite aus einer vorzugsweise rechteckig ausgebildeten ersten Grundfläche 106 und einer Elektrodenkontaktierung 108. Die Elektrodenkontaktierung 108 ist dabei vorzugsweise wie die erste Grundfläche 106 rechteckig ausgebildet. Dabei ist die erste Grundfläche 106 vorzugsweise zu einem Aufbringen eines Aktivmaterials der ersten Elektrode 102 unter einer Ausbildung einer elektrischen Leitfähigkeit der ersten Elektrode 102 ausgelegt.The electrode unit 10 is shown, for example, in the form of an electrode stack. The electrode unit 10 for example a first electrode 102 which has either a positive polarity or a negative polarity. There is a first side or a front side of the first electrode 102 exemplarily in 1 shown visibly. The first electrode 102 usually has a second side or a rear side, which is positioned opposite the first side or the front side, and with regard to the description thereof, reference is made to the first side. The first electrode 102 comprises, for example, a first carrier film 104 , which is preferably made of metal, for example made of aluminum. The first carrier film 104 consists on the first side of a preferably rectangular first base area 106 and an electrode contact 108 . The electrode contact 108 is preferably like the first base area 106 rectangular shape. Here is the first base area 106 preferably for applying an active material to the first electrode 102 with the formation of an electrical conductivity of the first electrode 102 designed.

Gemäß der abgebildeten Draufsicht der Elektrodeneinheit 10 ist eine Vorderseite der Elektrodenkontaktierung 108 sichtbar dargestellt, wobei die Elektrodenkontaktierung 108 üblicherweise eine der Vorderseite gegenüberliegend ausgeführte Rückseite aufweist. Dabei ist die Elektrodenkontaktierung 108 vorzugsweise rechteckig und mit der ersten Grundfläche 106 flächenbündig stehend ausgeführt.According to the illustrated top view of the electrode unit 10 is a front side of the electrode contact 108 Visibly shown, with the electrode contact 108 usually has a rear side opposite the front side. Here is the electrode contact 108 preferably rectangular and with the first base area 106 executed flush with the surface.

Weiter umfasst die erste Trägerfolie 104 eine Hilfsfläche 124, die jeweils eine gemeinsame Kante 114, 116 mit der ersten Grundfläche 106 und mit der Elektrodenkontaktierung 108 aufweist. Die Hilfsfläche 124 und die erste Grundfläche 106 sowie die Elektrodenkontaktierung 108 sind beispielsweise mittels eines Perforationsprozess voneinander abgegrenzt. Dabei ist eine erste Kante 114, mit anderen Worten ausgedrückt die gemeinsame Kante der Hilfsfläche 124 und der ersten Grundfläche 106 sowie eine zweite Kante 116, auch als die gemeinsame Kante der Hilfsfläche 124 mit der Elektrodenkontaktierung 108 zu verstehen, mit einer gezähnten Struktur vorgesehen. Dies kann zum Beispiel nach dem Perforationsprozess entstehen in der Art, dass die Hilfsfläche 124 von der ersten Trägerfolie 104 abgetrennt wird.The first carrier film also comprises 104 an auxiliary surface 124 each having a common edge 114 , 116 with the first base 106 and with the electrode contact 108 having. The auxiliary surface 124 and the first base 106 as well as the electrode contact 108 are delimited from one another, for example, by means of a perforation process. There is a first edge 114 , in other words, the common edge of the auxiliary surface 124 and the first base 106 as well as a second edge 116 , also called the common edge of the auxiliary surface 124 with the electrode contact 108 to understand provided with a toothed structure. This can occur, for example, after the perforation process in the way that the auxiliary surface 124 from the first carrier film 104 is separated.

Weiterhin umfasst die Elektrodeneinheit 10 einen ersten Separator 110, welcher beispielsweise in Form eines Festkörperelektrolyten, z. B. Polymerelektrolyten, ausgeführt ist. Der erste Separator 110 ist dabei derart auf der ersten Elektrode 102 angeordnet, dass der erste Separator 110 die erste Grundfläche 106 vollflächig und die Elektrodenkontaktierung 108 in einer der ersten Grundfläche 106 abgewandten Richtung teilweise abdeckt. Dabei umfasst der erste Separator 110 eine erste Großfläche 112, welche vorzugsweise einen größeren Flächeninhalt als die erste Grundfläche 106 der ersten Trägerfolie 104 aufweist.Furthermore, the electrode unit comprises 10 a first separator 110 , which, for example, in the form of a solid electrolyte, e.g. B. polymer electrolytes executed. The first separator 110 is in this way on the first electrode 102 arranged that the first separator 110 the first base 106 over the entire surface and the electrode contact 108 in one of the first base 106 facing away from the direction partially covers. The first separator includes 110 a first large area 112 , which preferably has a larger area than the first base area 106 the first carrier film 104 having.

In 1b ist eine Seitenansicht der Elektrodeneinheit 10 gemäß 1a dargestellt. Es bezeichnen gleiche Bezugszeichen gleiche Baukomponenten wie in 1a.In 1b Fig. 3 is a side view of the electrode unit 10 according to 1a shown. The same reference symbols denote the same structural components as in FIG 1a .

Die Elektrodeneinheit 10 umfasst dabei beispielsweise einen dem ersten Separator 110 gegenüberliegend ausgeführten zweiten Separator 120. Dabei weist der zweite Separator 120 eine zweite Großfläche auf, die einen größeren Flächeninhalt als eine zweite Grundfläche 118 der ersten Elektrode 102 aufweist. Die zweite Großfläche ist beispielsweise identisch im Hinblick auf deren Flächeninhalt mit der ersten Großfläche 112 ausgeführt. Weiter ist der zweite Separator 120 seinerseits vergleichbar ausgeführt wie der erste Separator 110. Der zweite Separator 120 ist dabei über der zweiten Grundfläche 118 derart auf der ersten Elektrode 102 angeordnet, dass der zweite Separator 120 die zweite Grundfläche 118 vollflächig und die Elektrodenkontaktierung 108 auf deren anderer Seite bereichsweise abdeckt.The electrode unit 10 includes, for example, a first separator 110 opposite executed second separator 120 . The second separator 120 a second large area that has a larger area than a second base area 118 the first electrode 102 having. The second large area is, for example, identical to the first large area with regard to its surface area 112 executed. Next is the second separator 120 for its part, designed in a manner comparable to the first separator 110 . The second separator 120 is above the second base 118 like this on the first electrode 102 arranged that the second separator 120 the second base 118 over the entire surface and the electrode contact 108 on the other side covers areas.

Weiter ist die erste Elektrode 102 beispielsweise zwischen durch den ersten und den zweiten Separator 110, 120 angeordnet in der Art, dass der erste und der zweite Separator 110, 120 zusammen eine taschenförmige Struktur aufweisen und die erste Elektrode 102 darin aufgenommen ist. Weiterhin umfasst die Elektrodeneinheit 10 eine zweite Elektrode 122, welche der ersten Elektrode 102 gegenpolig ausgeführt ist. Damit ist gemeint, dass die erste Elektrode 102 beispielsweise als positive Elektrode der Elektrodeneinheit 10 fungiert während die zweite Elektrode 122 als negative Elektrode. Sinngemäß ist die erste Elektrode 102 als negative Elektrode ausgeführt während die zweite Elektrode 122 als positive Elektrode. Dabei weist die zweite Elektrode 122 eine gleiche Länge in einer Längsrichtung der Elektrodeneinheit 10 wie die erste Elektrode 102 auf und ist beispielsweise auf dem zweiten Separator 120 angeordnet. Alternativ kann die zweite Elektrode 122 auch auf dem ersten Separator 110 aufgebracht werden. Der über dem zweiten Separator 120 überstehende Überstand der zweiten Elektrode 122 ist beispielsweise als eine zweite Elektrodenkontaktierung der zweiten Elektrode 122 ausgebildet. Ferner kann die zweite Elektrode 122 im Hinblick auf deren mechanischen Aufbau der ersten Elektrode 102 entsprechend ausgeführt sein.Next is the first electrode 102 for example between through the first and the second separator 110 , 120 arranged in such a way that the first and the second separator 110 , 120 together have a pocket-shaped structure and the first electrode 102 is included in it. Furthermore, the electrode unit comprises 10 a second electrode 122 which of the first electrode 102 is carried out with opposite polarity. This means that the first electrode 102 for example as a positive electrode of the electrode unit 10 acts while the second electrode 122 as a negative electrode. The first electrode is analogous 102 executed as a negative electrode while the second electrode 122 as a positive electrode. The second electrode 122 an equal length in a longitudinal direction of the electrode unit 10 like the first electrode 102 and is, for example, on the second separator 120 arranged. Alternatively, the second electrode 122 also on the first separator 110 be applied. The one above the second separator 120 protruding overhang of the second electrode 122 is for example as a second electrode contact of the second electrode 122 educated. Furthermore, the second electrode 122 with regard to their mechanical structure of the first electrode 102 be carried out accordingly.

In 2 ist ein Ablaufdiagram eines erfindungsgemäßen Verfahrens 20 zur Herstellung einer Elektrodeneinheit 10 dargestellt.In 2 is a flow diagram of a method according to the invention 20th for the production of an electrode unit 10 shown.

Dabei wird in einem Vorbereitungsverfahrensschritt 202 eine erste Trägerfolie 104 mit einer Hilfsfläche 124, einer ersten Grundfläche 106 und einer Elektrodenkontaktierung 108 bereitgestellt. Die Hilfsfläche 124 wird beispielsweise mittels Perforieren von der ersten Grundfläche 106 und der Elektrodenkontaktierung 108 abgegrenzt. Anschließend wird in einem Verfahrensschritt 204 ein erster Separator 110 aufweisend eine größere erste Großfläche 112 als die erste Grundfläche 106 derart auf der ersten Trägerfolie 104 angeordnet, dass der erste Separator 110 die erste Grundfläche 106 vollflächig und die Elektrodenkontaktierung 108 auf deren einer Seite bereichsweise abdeckt. Danach wird in einem Bearbeitungsverfahrensschritt 206 die Hilfsfläche 124 aus der ersten Trägerfolie 104 entfernt, dass eine erste Kante 114 der ersten Grundfläche 106 und eine senkrecht zu der ersten Kante 114 der ersten Grundfläche 106 anliegende zweite Kante 116 der Elektrodenkontaktierung 108 zumindest abschnittsweise eine gezähnte Struktur aufweisen. Weiter wird in einem weiteren Verfahrensschritt 208 ein zweiter Separator 120 aufweisend eine größere zweite Großfläche als eine zweite Grundfläche 118 der ersten Trägerfolie 104 derart auf der ersten Trägerfolie 104 angeordnet, dass der zweite Separator 120 die zweite Grundfläche 118 vollflächig und die Elektrodenkontaktierung 108 auf deren anderer Seite bereichsweise abdeckt. Weiterhin wird in einem vorläufigen abschließenden Verfahrensschritt 210 eine zweite Elektrode 122 unter Ausbildung einer Elektrodeneinheit 10 beispielsweise auf einem zweiten Separator 120 angeordnet.This is done in a preparatory process step 202 a first carrier film 104 with an auxiliary surface 124 , a first base 106 and an electrode contact 108 provided. The auxiliary surface 124 is for example by means of perforation of the first base area 106 and the electrode contact 108 delimited. Then in one process step 204 a first separator 110 having a larger first large area 112 than the first base 106 such on the first carrier film 104 arranged that the first separator 110 the first base 106 over the entire surface and the electrode contact 108 on one side of which covers areas. After that, in a processing step 206 the auxiliary surface 124 from the first carrier film 104 removed that first edge 114 the first base 106 and one perpendicular to the first edge 114 the first base 106 adjacent second edge 116 the electrode contact 108 have a toothed structure at least in sections. Next is in a further process step 208 a second separator 120 having a larger second large area than a second base area 118 the first carrier film 104 such on the first carrier film 104 arranged that the second separator 120 the second base 118 over the entire surface and the electrode contact 108 on the other side covers areas. Furthermore, in a preliminary final process step 210 a second electrode 122 with the formation of an electrode unit 10 for example on a second separator 120 arranged.

Die erfindungsgemäße Elektrodeneinheit 10 lässt sich vorteilhaft in lithiumhaltigen Batteriesystemen, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, lithiumhaltigen Solid-State-Batterien, Lithium-Schwefel- oder Lithium-Luft-Batterien, verwenden. Diese wiederum finden Anwendung in E-Bikes oder Kraftfahrzeugen sowie in der stationären Speicherung elektrischer Energie.The electrode unit according to the invention 10 can be used advantageously in lithium-containing battery systems, such as lithium-ion batteries, lithium-containing solid-state batteries, lithium-sulfur or lithium-air batteries. These in turn are used in e-bikes or motor vehicles as well as in stationary storage of electrical energy.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • US 2012321932 A1 [0004]US 2012321932 A1 [0004]

Claims (12)

Elektrodeneinheit einer Batteriezelle, umfassend eine erste Elektrode (102) mit einer ersten Trägerfolie (104), wobei die erste Trägerfolie (104) auf deren erster Seite eine erste Grundfläche (106) und eine mit der ersten Grundfläche (106) verbundene Elektrodenkontaktierung (108) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass eine erste Kante (114) der ersten Grundfläche (106) und eine senkrecht zu der ersten Kante (114) der ersten Grundfläche (106) anliegende zweite Kante (116) der Elektrodenkontaktierung (108) zumindest abschnittsweise gezähnt sind.Electrode unit of a battery cell, comprising a first electrode (102) with a first carrier film (104), the first carrier film (104) having a first base area (106) and an electrode contact (108) connected to the first base area (106) on its first side. characterized in that a first edge (114) of the first base (106) and a second edge (116) of the electrode contact (108) lying perpendicular to the first edge (114) of the first base (106) are at least partially toothed. Elektrodeneinheit gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein erster Separator (110) aufweisend eine größere erste Großfläche (112) als die erste Grundfläche (106) derart auf der ersten Seite der ersten Trägerfolie (104) angeordnet ist, dass der erste Separator (110) die erste Grundfläche (106) vollflächig und die Elektrodenkontaktierung (108) auf deren einer Seite bereichsweise abdeckt.Electrode unit according to Claim 1 , characterized in that a first separator (110) having a larger first large area (112) than the first base area (106) is arranged on the first side of the first carrier film (104) in such a way that the first separator (110) has the first base area (106) over the entire surface and covering the electrode contact (108) on one side in areas. Elektrodeneinheit gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein zweiter Separator (120) aufweisend eine größere zweite Großfläche als eine zweite Grundfläche (118) derart auf einer zweiten Seite der ersten Trägerfolie (104) angeordnet ist, dass der zweite Separator (120) die zweite Grundfläche (118) vollflächig und die Elektrodenkontaktierung (108) auf deren anderer Seite bereichsweise abdeckt.Electrode unit according to Claim 2 , characterized in that a second separator (120) having a larger second large area than a second base area (118) is arranged on a second side of the first carrier film (104) in such a way that the second separator (120) covers the second base area (118) over the entire surface and covering the electrode contact (108) on its other side in areas. Elektrodeneinheit gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (102) zumindest teilweise durch den ersten und den zweiten Separator (110, 120) umschlossen ist.Electrode unit according to Claim 3 , characterized in that the first electrode (102) is at least partially enclosed by the first and the second separator (110, 120). Elektrodeneinheit gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest einer der Separatoren (110, 120) einen Festkörperelektrolyten aufweist.Electrode unit according to one of the Claims 2 to 4th , characterized in that at least one of the separators (110, 120) has a solid electrolyte. Elektrodeneinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (102) als negative Elektrode ausgeführt ist, wobei die negative Elektrode metallisches Lithium aufweist.Electrode unit according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the first electrode (102) is designed as a negative electrode, the negative electrode having metallic lithium. Elektrodeneinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Elektrode (102) als positive Elektrode ausgeführt ist, wobei ein erstes positives Aktivmaterial zur Ausbildung einer ersten positiven Aktivmaterialfläche auf der ersten Grundfläche (106) der ersten Trägerfolie (104) aufgebracht ist.Electrode unit according to one of the Claims 1 to 5 , characterized in that the first electrode (102) is designed as a positive electrode, a first positive active material for forming a first positive active material surface being applied to the first base surface (106) of the first carrier film (104). Elektrodeneinheit gemäß Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass dasselbe positive Aktivmaterial zur Ausbildung einer zweiten positiven Aktivmaterialfläche auf der zweiten Grundfläche (118) der ersten Trägerfolie (104) aufgebracht ist.Electrode unit according to Claim 7 , characterized in that the same positive active material is applied to form a second positive active material surface on the second base surface (118) of the first carrier film (104). Verfahren zur Herstellung einer Elektrodeneinheit gemäß einem der Ansprüche 1 bis 8, umfassend einen Vorbereitungsverfahrensschritt (202) und einen Bearbeitungsverfahrensschritt (206), dadurch gekennzeichnet, dass in dem Vorbereitungsverfahrensschritt (202) eine erste Trägerfolie (104) umfassend auf deren erster Seite eine Hilfsfläche (124), eine erste Grundfläche (106) und eine Elektrodenkontaktierung (108), bereitgestellt wird, wobei die Hilfsfläche (124) mittels Perforieren von der ersten Grundfläche (106) und der Elektrodenkontaktierung (108) abgrenzt wird und in dem Bearbeitungsverfahrensschritt (206) die Hilfsfläche (124) derart aus der ersten Trägerfolie (104) entfernt wird, dass eine erste Kante (114) der ersten Grundfläche (106) und eine senkrecht zu der ersten Kante (114) der ersten Grundfläche (106) anliegende zweite Kante (116) der Elektrodenkontaktierung (108) zumindest abschnittsweise eine gezähnte Struktur aufweisen.Method for producing an electrode unit according to one of the Claims 1 to 8th , comprising a preparation method step (202) and a processing method step (206), characterized in that in the preparation method step (202) a first carrier film (104) comprising an auxiliary surface (124), a first base surface (106) and an electrode contact on its first side (108), is provided, the auxiliary surface (124) being delimited from the first base surface (106) and the electrode contact (108) by means of perforation, and in the processing method step (206) the auxiliary surface (124) is thus made up of the first carrier film (104) is removed so that a first edge (114) of the first base (106) and a second edge (116) of the electrode contact (108) lying perpendicular to the first edge (114) of the first base (106) have a toothed structure at least in sections. Verfahren gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Verfahrensschritt (204) nach dem Vorbereitungs- und vor dem Bearbeitungsverfahrensschritt (202, 206) ein erster Separator (110) aufweisend eine größere erste Großfläche (112) als die erste Grundfläche (106) derart auf der ersten Trägerfolie (104) angeordnet wird, dass der erste Separator (110) die erste Grundfläche (106) vollflächig und die mit der ersten Grundfläche (106) verbundene Elektrodenkontaktierung (108) auf deren einer Seite bereichsweise abdeckt.Procedure according to Claim 9 , characterized in that in a method step (204) after the preparation and before the processing method step (202, 206) a first separator (110) having a larger first large area (112) than the first base area (106) in this way on the first carrier film (104) is arranged so that the first separator (110) covers the entire surface of the first base area (106) and the electrode contacting (108) connected to the first base area (106) on one side thereof in areas. Verfahren gemäß Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass in einem weiteren Verfahrensschritt (208) nach dem Bearbeitungsverfahrensschritt (206) ein zweiter Separator (120) aufweisend eine größere zweite Großfläche als eine zweite Grundfläche (118) der ersten Trägerfolie (104) derart auf der ersten Trägerfolie (104) angeordnet wird, dass der zweite Separator (120) die zweite Grundfläche (118) vollflächig und die Elektrodenkontaktierung (108) auf deren anderer Seite bereichsweise abdeckt.Procedure according to Claim 10 , characterized in that in a further method step (208) after the processing method step (206) a second separator (120) having a larger second large area than a second base area (118) of the first carrier film (104) in this way on the first carrier film (104) is arranged so that the second separator (120) covers the entire surface of the second base area (118) and the electrode contacting (108) on the other side thereof in areas. Verwendung einer Elektrodeneinheit gemäß (10) einem der Ansprüche 1 bis 8 in einer Batteriezelle in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV) oder in einem Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV).Use of an electrode unit according to (10) one of the Claims 1 to 8th in a battery cell in an electric vehicle (EV), in one Hybrid vehicle (HEV) or in a plug-in hybrid vehicle (PHEV).
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