DE202020005749U1

DE202020005749U1 - energy storage

Info

Publication number: DE202020005749U1
Application number: DE202020005749.5U
Authority: DE
Original assignee: Investhg Ug Haftungsbeschraenkt
Current assignee: Investhg Ug Haftungsbeschraenkt
Priority date: 2020-06-26
Filing date: 2020-06-26
Publication date: 2022-04-13
Anticipated expiration: 2030-06-27

Abstract

Energiespeicher (100), aufweisend:
ein Zellelement (102, 102', 102") mit einer oberen Elektrodenschicht (114);
eine Gehäuseseitenwand (502, 502', 502"), welche das Zellelement (102, 102', 102") umgibt;
einen siebgedruckten Gehäuseboden (501); und
eine metallische Ableiterschicht (116, 117), welche auf zumindest einen Abschnitt der Gehäuseseitenwand (502, 502', 502") gedruckt ist und die obere Elektrodenschicht (114) des Zellelements (102, 102', 102") elektrisch kontaktiert.

Energy store (100), comprising:
a cell element (102, 102', 102") having a top electrode layer (114);
a housing sidewall (502, 502', 502") surrounding the cell member (102, 102', 102");
a screen printed case back (501); and
a metallic conductor layer (116, 117) which is printed on at least a portion of the housing side wall (502, 502', 502") and electrically contacts the upper electrode layer (114) of the cell element (102, 102', 102").

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die Erfindung bezieht sich auf einen Energiespeicher, insbesondere einen Energiespeicher, der eine elektrochemische Zelle enthält.The invention relates to an energy store, in particular an energy store that contains an electrochemical cell.

Technischer HintergrundTechnical background

Eine elektrochemische Zelle umfasst eine Kathode, also eine positive Elektrode, eine Anode, also eine negative Elektrode, sowie einen Separator, der die positive Elektrode von der negativen Elektrode trennt. Bei einer konventionellen Batteriezelle sind in einem Gehäuse die positive Elektrode, die negative Elektrode, der Separator und ein flüssiger Elektrolyt aufgenommen, in dem die vorgenannte positive Elektrode, die negative Elektrode und der Separator zumindest teilweise aufgenommen sind. Bei einer Festkörperbatteriezelle ist der Separator mit einem festen Elektrolyten gebildet. Die Anode und Kathode können über Kontakte einen Stromkreis mit einem Verbraucher ausbilden. Eine elektrochemische Zelle kann für Energiespeicher in Form einer Primärbatterie oder einer Sekundärbatterie zum Einsatz kommen. Als Primärbatterie wird eine nicht wiederaufladbare Batterie bezeichnet, die für den einmaligen Gebrauch bestimmt ist. Als Sekundärbatterie oder Akkumulator wird eine Batterie bezeichnet, die wiederaufladbar ist.An electrochemical cell comprises a cathode, ie a positive electrode, an anode, ie a negative electrode, and a separator which separates the positive electrode from the negative electrode. In a conventional battery cell, a case accommodates the positive electrode, the negative electrode, the separator, and a liquid electrolyte in which the aforementioned positive electrode, the negative electrode, and the separator are at least partially accommodated. In an all-solid battery cell, the separator is formed with a solid electrolyte. The anode and cathode can form a circuit with a consumer via contacts. An electrochemical cell can be used for energy storage in the form of a primary battery or a secondary battery. A primary battery is a non-rechargeable battery intended for single use. A rechargeable battery is referred to as a secondary battery or accumulator.

Bei einem bekannten Rolle-zu-Rolle-Nassbeschichtungsverfahren zur Herstellung von Batteriezellen wird eine geringviskose Aufschlämmung mit einem jeweiligen Elektrodenmaterial für die Anode bzw. Kathode jeweils beidseitig und nacheinander auf einem metallischen Ableiter aufgebracht und das Lösungsmittel danach verdampft. Zur Zellassemblierung werden die so entstandenen Elektrodenrollen dann geschnitten und zusammen mit einem Separator abwechselnd (Anode, Separator, Kathode) solange gestapelt, bis eine gewünschte Kapazität erreicht ist. Danach wird der Stapel elektrisch verbunden und in ein Gehäuse, z.B. einen Folienbeutel, eingepackt. Anschließend wird noch ein flüssiger Elektrolyt eingefüllt und das Gehäuse verschlossen. Die resultierende Zelle hat eine Nominalspannung von ca. 3,2 V, je nach Kathodenmaterial.In a known roll-to-roll wet coating process for the production of battery cells, a low-viscosity slurry with a respective electrode material for the anode or cathode is applied on both sides and in succession to a metallic collector and the solvent is then evaporated. For cell assembly, the resulting electrode rolls are then cut and stacked alternately (anode, separator, cathode) together with a separator (anode, separator, cathode) until the desired capacity is reached. The stack is then electrically connected and packed in a housing, e.g. a foil bag. A liquid electrolyte is then filled in and the housing is sealed. The resulting cell has a nominal voltage of about 3.2 V, depending on the cathode material.

Die US 5 035 965 A offenbart ein Herstellungsverfahren für eine flexible Dünnschichtzelle, bei dem auf einer Lithium-Aluminium-Folie als Material negativer Polarität ein Elektrolytmaterial und auf diesem ein Material positiver Polarität jeweils durch einen Siebdruckvorgang aufgebracht und in einem UV-Kalzinierofen getrocknet wird. Die Viskosität des in der Siebdruckvorrichtung verwendeten Polymers ist auf etwa 30 Pa s eingestellt. Unter gleichen Bedingungen wird in einem weiteren Siebdruck- und Trockenvorgang ein Ableiter aufgebracht. Die Dünnschichtzelleinheiten werden anschließend zwischen Gehäusematerialien mit Leitungsanschlüssen laminiert, unter Evakuierung fusionsgebondet und in vorbestimmte Größen geschnitten. Eine Mehrschichtstruktur kann hergestellt werden, indem vor dem Aufbringen des Ableiters Lithium-Aluminium-Folie auf das Material positiver Polarität fusionsgebondet wird und das Aufbringen und Trocknen des Elektrolytmaterials und des Materials positiver Polarität wiederholt werden.the U.S. Patent No. 5,035,965 discloses a production method for a flexible thin-film cell, in which an electrolyte material is applied to a lithium-aluminum foil as the material of negative polarity and a material of positive polarity is applied to it by a screen printing process and dried in a UV calcining oven. The viscosity of the polymer used in the screen printer is adjusted to about 30 Pas. A conductor is applied under the same conditions in a further screen printing and drying process. The thin-film unit cells are then laminated between case materials with lead terminals, fusion-bonded under evacuation, and cut into predetermined sizes. A multi-layer structure can be made by fusion-bonding lithium-aluminum foil to the positive polarity material before applying the arrester and repeating the application and drying of the electrolytic material and the positive polarity material.

Ein Nachteil der obigen Herstellungsverfahren besteht in der Vielzahl unterschiedlicher Fertigungsschritte, die mittels unterschiedlich spezialisierter Fertigungsvorrichtungen auszuführen sind. Dies bedingt nicht nur eine aufwendig gestaltete Fertigungsanlage, sondern darüber hinaus während des Herstellungsablaufs zeitaufwendige Bewegungen der Zwischenprodukte von einer Fertigungsvorrichtung in die andere.A disadvantage of the above manufacturing methods is the large number of different manufacturing steps that have to be carried out using differently specialized manufacturing devices. This not only necessitates a complex production facility, but also time-consuming movements of the intermediate products from one production device to the other during the production process.

Die FR 2 690 567 A1 schlägt ein Herstellungsverfahren für einen elektrochemischen Generator mit einer geringen Dicke von zwischen 10 µm und 100 µm vor, bei dem auf einem Glas-Epoxy-Verbundträger nach- und übereinander ein Kathodenstromableiter, eine Kathode, ein Elektrolytabscheider, eine Anode, ein Anodenstromableiter und ein Verkapselungsmaterial jeweils mittels eines Siebdruckvorgangs aufgebracht werden, gefolgt von dreistündigem Trocknen bei 100 °C unter Primärvakuum nach jeder Schicht. Der Elektrolytabscheider, der Anodenstromableiter und das Verkapselungsmaterial sind seitlich der Kathode und Anode schräg bis auf den Glas-Epoxy-Verbundträger hinabgeführt, wobei außenliegende Abschnitte der Stromableiter vom Verkapselungsmaterial unbedeckt bleiben.the FR 2 690 567 A1 proposes a manufacturing process for an electrochemical generator with a small thickness of between 10 µm and 100 µm, in which a cathode current collector, a cathode, an electrolyte separator, an anode, an anode current collector and an encapsulation material are successively and superimposed on a glass-epoxy composite support each applied by means of a screen printing process, followed by drying at 100°C under primary vacuum for 3 hours after each layer. The electrolyte separator, the anode current collector and the encapsulation material are led down to the side of the cathode and anode at an angle down to the glass-epoxy composite carrier, with external sections of the current collector remaining uncovered by the encapsulation material.

Bei diesem Verfahren erfolgt die Herstellung zwar mittels einer Abfolge ähnlicher Verfahrensschritte. Es besteht jedoch das Problem, dass bei größerer Höhe der Anodenoberseite über dem Glas-Epoxy-Verbundträger der schräg nach unten verlaufende Anodenableiter nicht nur mehr Metall und seitlichen Bauraum benötigt, sondern aufgrund zunehmend freischwebenden Verlaufs auch an Stabilität einbüßt. Die daraus folgende Beschränkung der Höhe der Anodenoberseite über dem Glas-Epoxy-Verbundträger beschränkt bei gegebenem seitlichen Bauraum auch die erzielbare Kapazität des Energiespeichers, die sich typischerweise proportional zur Dicke insbesondere der Kathode verhält. Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, bei geringgehaltenem Aufwand des Herstellungsverfahrens die bei gegebener seitlicher Ausdehnung erzielbare Kapazität des Energiespeichers zu erhöhen.In this method, the production takes place by means of a sequence of similar method steps. However, there is the problem that with a greater height of the anode top above the glass-epoxy composite carrier, the anode conductor, which runs diagonally downwards, not only requires more metal and lateral installation space, but also loses stability due to the increasingly free-floating course. The consequent limitation of the height of the anode top above the glass-epoxy composite carrier also limits the achievable capacity of the energy store for a given lateral installation space, which is typically proportional to the thickness of the cathode in particular. It is therefore an object of the invention to increase the capacity of the energy storage device that can be achieved with a given lateral expansion while keeping the complexity of the manufacturing process to a minimum.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Die Aufgabe wird gelöst durch einen Energiespeicher gemäß Schutzanspruch 1. Der erfindungsgemäße Energiespeicher umfasst ein Zellelement mit einer oberen Elektrodenschicht, einen siebgedruckten Gehäuseboden, eine Gehäuseseitenwand, welche das Zellelement umgibt, und eine metallische Ableiterschicht, welche auf zumindest einen Abschnitt der Gehäuseseitenwand gedruckt ist und die obere Elektrodenschicht des Zellelements elektrisch kontaktiert.The object is achieved by an energy storage device according to claim 1. The energy storage device according to the invention comprises a cell element with an upper electrode layer, a screen-printed housing base, a housing side wall which surrounds the cell element, and a metallic conductor layer which is printed on at least one section of the housing side wall and which upper electrode layer of the cell element electrically contacted.

Ein Verfahren zur Herstellung des erfindungsgemäßen Energiespeichers umfasst einen Schritt des Siebdruckens, auf einer Druckauflage, welche zur Auflage eines Zellelements des Energiespeichers ausgebildet ist, eines Gehäusebodens des Energiespeichers, und einen Schritt des Siebdruckens, auf der Druckauflage, einer Gehäuseseitenwand des Energiespeichers. Ein weiterer Verfahrensschritt besteht im Siebdrucken, auf zumindest einem Abschnitt der Gehäuseseitenwand, einer metallischen Ableiterschicht zur elektrischen Kontaktierung einer oberen Elektrodenschicht des Zellelements.A method for producing the energy store according to the invention comprises a step of screen printing on a pressure pad, which is designed to support a cell element of the energy store, a housing bottom of the energy store, and a step of screen printing on the pressure pad, a housing side wall of the energy store. A further method step consists in screen printing, on at least one section of the housing side wall, a metallic collector layer for electrical contacting of an upper electrode layer of the cell element.

Die Ausdrücke „auf“, „obere“ und „Auflage“ sind in der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen durchweg bezogen auf eine Druckrichtung des Siebdruckens gemeint, die vorzugsweise, aber nicht notwendigerweise, mit der Richtung der Schwerkraft während der Siebdruckschritte übereinstimmt. So bezeichnet die obere Elektrodenschicht eine Elektrodenschicht des Zellelements, die weiter oben angeordnet ist, als eine andere Elektrodenschicht des Zellelements. Auch sonst beziehen sich im allgemeinen Sprachgebrauch auf die Schwerkraftrichtung bezogene Begriffe wie „oben“, „unten“, „Oberseite“, „Höhe“ oder „neben“ vorliegend stets auf die Druckrichtung. Entsprechend bezieht sich der Begriff „Gehäuseseitenwand“ auf eine Gehäusewand, die eine seitlich weisende Flächennormale hat und sich somit parallel zu der Druckrichtung erstreckt. Mit „Druckauflage“ ist eine Abstützung entgegen der Druckrichtung gemeint, z. B. in Form einer ebenen Tischplatte. In der vorliegenden Beschreibung und den Ansprüchen bedeutet Siebdrucken auf einem Element nicht notwendigerweise, dass das siebgedruckte Material unmittelbar auf dem genannten Element aufgebracht wird, sondern kann auch bedeuten, dass zwischen dem genannten Element und dem siebgedruckten Material ein oder mehrere weitere Elemente angeordnet sind, die von dem genannten Element entgegen der Druckrichtung abgestützt werden. Beispielsweise kann das Siebdrucken der Gehäuseseitenwand auf der Druckauflage auch bedeuten, dass die Gehäuseseitenwand auf einem Gehäuseboden siebgedruckt wird, der auf der Druckauflage aufliegt und von ihr entgegen der Druckrichtung abgestützt wird.Throughout the present specification and claims, the terms "on", "upper" and "platform" are intended to refer to a direction of printing of the screen printing, which preferably, but not necessarily, coincides with the direction of gravity during the screen printing steps. Thus, the upper electrode layer refers to an electrode layer of the cell element that is located higher than another electrode layer of the cell element. Terms relating to the direction of gravity in general usage, such as “above”, “below”, “upper side”, “height” or “beside” always refer to the direction of pressure in the present case. Correspondingly, the term “housing side wall” refers to a housing wall that has a surface normal pointing laterally and thus extends parallel to the printing direction. "Printing support" means support against the direction of printing, e.g. B. in the form of a flat tabletop. In the present description and claims, screen-printing on an element does not necessarily mean that the screen-printed material is applied directly to said element, but can also mean that one or more further elements are arranged between said element and the screen-printed material are supported by said element against the direction of pressure. For example, the screen printing of the housing side wall on the printing pad can also mean that the housing side wall is screen printed on a housing base that rests on the printing pad and is supported by it in the opposite direction to the printing direction.

Das Siebdrucken der Gehäuseseitenwand ermöglicht, neben dem elektrisch zu kontaktierenden Zellelement, auf gleicher oder nur geringfügig abweichender Höhe mit der oberen Elektrodenschicht des Zellelements eine Oberseite der Gehäuseseitenwand zu schaffen, so dass die obere Elektrodenschicht mittels der im zweiten Verfahrensschritt auf die Oberseite der Gehäuseseitenwand siebgedruckten metallischen Ableiterschicht elektrisch kontaktiert werden kann, ohne dass die metallische Ableiterschicht hierzu über einen der Dicke des Zellelements entsprechenden Höhenunterschied bis zu einem unteren Ende, wie z. B. einer Trägerplatte, des Energiespeichers geführt werden müsste. Dies ermöglicht, ohne Gefährdung der Stabilität der Kontaktierung das Zellelement dicker auszuführen, um so eine höhere Energiekapazität des Energiespeichers zu erzielen. Da somit auch eine Schrägführung der metallischen Ableiterschicht über den genannten Höhenunterschied überflüssig ist, kann nicht nur das benötigte Material für die metallische Ableiterschicht, sondern auch der benötigte seitliche Bauraum verringert werden. Das Siebdrucken des Gehäusebodens ermöglicht eine besonders effiziente Herstellung des Energiespeichers, da z. B. Verfahrensschritte und entsprechende Vorrichtungen zum Zuschneiden einer Trägerplatte entfallen können. Da die Verfahrensschritte Siebdruckvorgänge sind, werden sie mit einer Vorrichtung ausgeführt, die auch für die Bildung weiterer Elemente des Energiespeichers wie z. B. Elektroden verwendbar ist. Dies ermöglicht, den Verfahrensaufwand geringzuhalten.The screen printing of the housing side wall makes it possible, in addition to the cell element to be electrically contacted, to create an upper side of the housing side wall at the same or only slightly different height with the upper electrode layer of the cell element, so that the upper electrode layer can be printed on the upper side of the housing side wall by means of the metallic elements screen-printed in the second process step Conductor layer can be electrically contacted without the metallic conductor layer for this purpose having a height difference corresponding to the thickness of the cell element up to a lower end, such as e.g. B. a support plate, the energy storage would have to be performed. This makes it possible to make the cell element thicker without jeopardizing the stability of the contacting, in order to achieve a higher energy capacity of the energy store. Since a sloping guide of the metal collector layer over the mentioned height difference is also superfluous, not only the material required for the metal collector layer but also the required lateral installation space can be reduced. The screen printing of the housing base enables a particularly efficient production of the energy storage device, since z. B. process steps and corresponding devices for cutting a support plate can be omitted. Since the process steps are screen printing processes, they are carried out with a device that is also used for the formation of other elements of the energy store such. B. electrodes can be used. This makes it possible to keep the process costs low.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des Energiespeichers erstreckt sich die metallische Ableiterschicht über die gesamte obere Elektrodenschicht. Hierdurch wird ein besonders guter elektrischer Kontakt ermöglicht und zugleich die obere Elektrodenschicht, die z. B. ein Alkalimetal wie Lithium oder Natrium aufweisen kann, vor Korrosion geschützt. Vorzugsweise erstreckt die metallische Ableiterschicht sich über einen die obere Elektrodenschicht ringförmig umgebenden Abschnitt der Gehäuseseitenwand. Dies ermöglicht einen besonders dichten Abschluss mit der Gehäuseseitenwand, um Verluste gering zu halten und einen ionischen Strom zwischen dem Zellelement und z. B. einem weiteren Zellelement des Energiespeichers zu unterdrücken.According to a preferred development of the energy storage device, the metal conductor layer extends over the entire upper electrode layer. This enables a particularly good electrical contact and at the same time the upper electrode layer z. B. may have an alkali metal such as lithium or sodium, protected from corrosion. The metallic collector layer preferably extends over a section of the housing side wall that surrounds the upper electrode layer in the form of a ring. This enables a particularly tight seal with the housing side wall to keep losses low and an ionic current between the cell element and z. B. another cell element of the energy store.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst der Energiespeicher ferner ein weiteres Zellelement mit einer unteren Elektrodenschicht, welche so auf die metallische Ableiterschicht gedruckt ist, dass die untere Elektrodenschicht des weiteren Zellelements elektrisch mit der oberen Elektrodenschicht verbunden ist. Dies ermöglicht, den Energiespeicher mit einem Zellstapel herzustellen, der eine Mehrzahl elektrisch in Reihe geschalteter Zellelemente umfasst, um so eine höhere elektrische Spannung des Energiespeichers bereitzustellen.According to a preferred development, the energy store also includes a further cell element with a lower electrode layer, which is printed on the metallic collector layer in such a way that the lower electrode layer of the further cell element is electrically connected to the upper electrode layer. This makes it possible to produce the energy store with a cell stack that has a plurality includes electrically connected in series cell elements, so as to provide a higher electrical voltage of the energy store.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst der Energiespeicher ferner eine weitere Gehäuseseitenwand des Energiespeichers, welche auf die Gehäuseseitenwand siebgedruckt ist. Dies ermöglicht, auf einfache Weise durch Wiederholen gleicher Schritte einen Energiespeicher mit einer beliebigen gewünschten Anzahl von Zellelementen herzustellen.According to a preferred development, the energy store also includes a further housing side wall of the energy store, which is screen-printed onto the housing side wall. This makes it possible to produce an energy store with any desired number of cell elements in a simple manner by repeating the same steps.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung umfasst der Energiespeicher ferner einen Gehäusedeckel des Energiespeichers. Der Gehäusedeckel ist derart auf die metallische Ableiterschicht gedruckt, dass neben dem Gehäusedeckel ein Kontaktierungsabschnitt der metallischen Ableiterschicht freiliegt. Dies ermöglicht, den Energiespeicher an dem Kontaktierungsabschnitt elektrisch mit äußeren Schaltkreisen zu verbinden, wobei aufgrund der Ausbildung der metallischen Ableiterschicht auf der Gehäuseseitenwand gegebenenfalls schädlicher Druck auf das Zellelement vermieden werden kann.According to a preferred development, the energy store also includes a housing cover of the energy store. The housing cover is printed onto the metal conductor layer in such a way that a contacting section of the metal conductor layer is exposed next to the housing cover. This makes it possible to electrically connect the energy store to external circuits at the contacting section, it being possible to avoid damaging pressure on the cell element due to the formation of the metallic conductor layer on the housing side wall.

Figurenlistecharacter list

Nachfolgend wird der erfindungsgemäße Energiespeicher anhand einiger Ausführungsbeispiele dargestellt. Es zeigen:

1 eine schematische Querschnittsansicht eines Energiespeichers,
2 eine schematische angeschnittene Vorderansicht einer Siebdruckvorrichtung beim Siebdrucken einer ersten Elektrodenteilschicht des Energiespeichers aus 1,
2A eine ausschnitthafte Vergrößerung der Elektrodenschicht aus 2,
3 die Vorrichtung aus 2 beim Ausbilden einer zweiten Elektrodenschicht des Energiespeichers,
4 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Energiespeichers,
5A-S schematische Querschnittsansichten von Schritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Energiespeichers gemäß einer Ausführungsform, zu sehen in 5R, und
6 eine schematische Querschnittsansicht eines Energiespeichers gemäß einer Ausführungsform.

The energy store according to the invention is presented below using a few exemplary embodiments. Show it:

1 a schematic cross-sectional view of an energy storage device,
2 a schematic sectional front view of a screen printing device during screen printing of a first partial electrode layer of the energy store 1 ,
2A an enlarged detail of the electrode layer 2 ,
3 the device off 2 when forming a second electrode layer of the energy store,
4 a flowchart of a method for producing an energy store,
5A-S schematic cross-sectional views of steps of a method for producing an energy store according to one embodiment, to be seen in 5R , and
6 a schematic cross-sectional view of an energy store according to an embodiment.

Detaillierte Beschreibung der ZeichnungenDetailed description of the drawings

In den Zeichnungen sind, sofern nicht ausdrücklich anders angegeben, gleiche oder äquivalente Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.In the drawings, unless expressly stated otherwise, the same or equivalent elements are provided with the same reference numbers.

1 zeigt, in einer schematischen Querschnittsansicht, einen Energiespeicher 100, der z. B. als eine Primär- oder Sekundärbatterie ausgebildet sein kann. Der Energiespeicher 100 umfasst ein elektrochemisches Zellelement 102. Das Zellelement 102 ist ein flächenhaft ausgedehnter, aus mehreren Schichten 110, 111, 112, 114 aufgebauter Schichtkörper, der eine erste Elektrodenschicht 101 und eine zweite Elektrodenschicht 114 aufweist. Zwischen der ersten Elektrodenschicht 101 und der zweiten Elektrodenschicht 114 befindet sich eine Separatorschicht 110 aus einem Festelektrolytmaterial. 1 shows, in a schematic cross-sectional view, an energy store 100, the z. B. can be designed as a primary or secondary battery. The energy storage device 100 comprises an electrochemical cell element 102. The cell element 102 is an areally extended layered body made up of a plurality of layers 110, 111, 112, 114, which has a first electrode layer 101 and a second electrode layer 114. A separator layer 110 made of a solid electrolyte material is located between the first electrode layer 101 and the second electrode layer 114 .

Die erste Elektrodenschicht 101 besteht aus einer an die Separatorschicht 110 angrenzenden zweiten Elektrodenteilschicht 112 und eine an die von der Separatorschicht 110 abgewandte Seite der zweiten Elektrodenteilschicht 112 angrenzende erste Elektrodenteilschicht 111. Die zweite Elektrodenteilschicht 112 ist dünner als die erste Elektrodenteilschicht 111. Beispielsweise weist die erste Elektrodenteilschicht 111 eine Dicke von 150 µm auf, während die zweite Elektrodenteilschicht 112 eine Dicke von 150 µm aufweist. Beide Elektrodenteilschichten 111, 112 weisen ein aktives Material auf, welches geeignet ist, als Elektronendonor oder lonendonor oder als Elektronenrezeptor oder lonenrezeptor zu wirken. Insbesondere können während des Entladungsvorgangs des Energiespeichers 100 Elektronen durch eine chemische Reaktion in dem aktiven Material freigesetzt werden. Insbesondere können während eines Ladungsvorgangs des Energiespeichers 100 Elektronen oder Ionen durch eine chemische Reaktion in dem aktiven Material gebunden werden. Insbesondere kann es sich bei den chemischen Reaktionen um elektrochemische Reaktionen handeln. Die chemischen Reaktionen können reversibel ablaufen, je nachdem, ob der Energiespeicher entladen wird, um elektrische Energie bereitzustellen oder der Energiespeicher für die spätere Bereitstellung von elektrischer Energie aufgeladen wird. Die zweite Elektrodenteilschicht 112 enthält eine Beimischung des in der Separatorschicht 110 verwendeten Festelektrolytmaterials, so dass sie eine größere lonenleitfähigkeit als die erste Elektrodenteilschicht 111, jedoch eine geringere als die Separatorschicht 110 aufweist. Hierdurch ergibt sich ein abfallender Konzentrationsgradient an ionischem Leiter von der Separatorschicht 110 über die zweite Elektrodenteilschicht 112 zur ersten Elektrodenteilschicht 111, zugleich mit einem umgekehrten Konzentrationsgradienten an elektrischem Leiter.The first electrode layer 101 consists of a second electrode sub-layer 112 adjoining the separator layer 110 and a first electrode sub-layer 111 adjoining the side of the second electrode sub-layer 112 facing away from the separator layer 110. The second electrode sub-layer 112 is thinner than the first electrode sub-layer 111. For example, the first Electrode sub-layer 111 has a thickness of 150 microns, while the second electrode sub-layer 112 has a thickness of 150 microns. Both partial electrode layers 111, 112 have an active material which is suitable for acting as an electron donor or ion donor or as an electron receptor or ion receptor. In particular, during the discharge process of the energy store 100, electrons can be released by a chemical reaction in the active material. In particular, during a charging process of the energy store 100, electrons or ions can be bound by a chemical reaction in the active material. In particular, the chemical reactions can be electrochemical reactions. The chemical reactions can be reversible, depending on whether the energy store is discharged in order to provide electrical energy or the energy store is charged for the later provision of electrical energy. The second partial electrode layer 112 contains an admixture of the solid electrolyte material used in the separator layer 110 , so that it has a higher ion conductivity than the first partial electrode layer 111 but lower than the separator layer 110 . This results in a falling concentration gradient of ionic conductors from the separator layer 110 via the second partial electrode layer 112 to the first partial electrode layer 111, at the same time as an inverse concentration gradient of electrical conductors.

Das Zellelement 102 ist von einer in seitlicher Richtung rings um das Zellelement 102 verlaufenden Gehäuseseitenwand 502 aus Polyethylen oder einem anderen geeigneten elektrischen Isolator umgeben. An der der zweiten Elektrodenteilschicht 112 abgewandten Seite der ersten Elektrodenteilschicht 111 ist eine erste metallischer Ableiterschicht 115 gebildet, die sich über die gesamte untere Fläche der ersten Elektrodenteilschicht 111 sowie der Gehäuseseitenwand 502 erstreckt. Die zweite Elektrodenschicht 114 weist ein metallisches Material, z. B. ein Alkalimetall wie Lithium oder Natrium auf. An der der Separatorschicht 110 abgewandten Seite der zweiten Elektrodenschicht 114 ist eine zweite metallische Ableiterschicht 116 gebildet, die sich über die gesamte obere Fläche der zweiten Elektrodenschicht 114 sowie der Gehäuseseitenwand 502 erstreckt. Die im Außenraum zugänglichen Seiten der metallischen Ableiterschichten 115, 116 bilden elektrische Anschlüsse des Energiespeichers 100, um dem Energiespeicher 100 elektrische Energie zu entnehmen oder, je nach Typ, zur Aufladung zuzuführen. Insbesondere innerhalb eines ersten Kontaktierbereichs 512 und eines zweiten Kontaktierbereichs 510, die auf einem zu diesem Zweck verdickten Abschnitt der Gehäuseseitenwand 502 eingerichtet sind, lassen sich die ersten metallischen Ableiterschicht 115 und die zweiten metallischen Ableiterschicht 116 von oben und unten elektrisch kontaktieren, ohne das Zellelement 102 zu beeinträchtigen, da mechanische Belastungen in die Gehäuseseitenwand 502 abgeleitet werden.The cell element 102 is surrounded by a laterally extending around the cell element 102 housing side wall 502 made of polyethylene or another suitable electrical insulator. On the side of the first partial electrode layer 111 facing away from the second partial electrode layer 112 , a first metallic collector layer 115 is formed, which extends over the entire lower surface of the first partial electrode layer 111 and the housing side wall 502 . The second electrode layer 114 comprises a metallic material, e.g. B. an alkali metal such as lithium or sodium. A second metallic collector layer 116 is formed on the side of the second electrode layer 114 facing away from the separator layer 110 and extends over the entire upper surface of the second electrode layer 114 and the housing side wall 502 . The sides of the metallic conductor layers 115, 116 that are accessible from the outside form electrical connections of the energy store 100 in order to draw electrical energy from the energy store 100 or, depending on the type, to supply it for charging. In particular, within a first contacting area 512 and a second contacting area 510, which are set up on a section of the housing side wall 502 that is thickened for this purpose, the first metal collector layer 115 and the second metal collector layer 116 can be electrically contacted from above and below, without the cell element 102 to affect, since mechanical loads in the housing side wall 502 are derived.

2 zeigt eine Siebdruckvorrichtung 212 zur Herstellung der ersten Elektrodenschicht 101 eines Energiespeichers 100 gemäß 1. Die Siebdruckvorrichtung 212 umfasst eine Druckauflage 210, wobei die Druckauflage 210 zur Auflage eines Zellelements 102 (siehe 1) oder eines mehrere Zellelemente 102 umfassenden Zellstapels 104 (vgl. 6) des Energiespeichers 100 ausgebildet ist. Die Siebdruckvorrichtung 212 umfasst ein Drucksieb 200, welches eine Vielzahl von Sieböffnungen 202 aufweist. Die Siebdruckvorrichtung 212 umfasst ferner eine erste Auftragungsvorrichtung 221 enthaltend eine erste Paste 121 und eine zweite Auftragungsvorrichtung 222 enthaltend eine zweite Paste 122, mittels derer die Pasten 121, 122 auf das Drucksieb 200 auftragbar sind. Eine Streichvorrichtung 214 mit einer über das Drucksieb 200 streichbaren Rakel 215 ist zum Streichen der Pasten 121, 122 über das Drucksieb 200 und durch die Sieböffnungen 202 in Richtung der Druckauflage 210 ausgebildet. 2 FIG. 1 shows a screen printing device 212 for producing the first electrode layer 101 of an energy store 100 according to FIG 1 . The screen printing device 212 comprises a pressure pad 210, the pressure pad 210 for supporting a cell element 102 (see 1 ) or a cell stack 104 comprising a plurality of cell elements 102 (cf. 6 ) of the energy store 100 is formed. The screen printing device 212 comprises a printing screen 200 which has a multiplicity of screen openings 202 . The screen printing device 212 also includes a first application device 221 containing a first paste 121 and a second application device 222 containing a second paste 122, by means of which the pastes 121, 122 can be applied to the printing screen 200. A spreading device 214 with a squeegee 215 that can be spread over the printing screen 200 is designed to spread the pastes 121, 122 over the printing screen 200 and through the screen openings 202 in the direction of the printing pad 210.

Die erste Paste 121 und die zweite Paste 122 weisen beide ein identisches aktives Material auf, welches geeignet ist, als Elektronendonor oder lonendonor oder als Elektronenrezeptor oder lonenrezeptor zu wirken. Die zweite Paste 122 ist darüber hinaus mit einem Anteil von z. B. 10% porösen Separatormaterials versetzt. Beide Pasten enthalten einen Binder mit einem Epoxidharz und Essigsäurediethylenglycolmonobutyletherester als Lösungsmittel. Die Zusammensetzung der ersten Paste 121 ist derart gewählt, dass ihre Ruheviskosität 250 Pa s und ihre Scherviskosität 50 Pa s beträgt. Der Lösungsmittelgehalt der zweiten Paste 122 ist höher als der Lösungsmittelgehalt der ersten Paste 121 und derart gewählt, dass die zweite Paste 122 eine Ruheviskosität von 100 Pa s aufweist.The first paste 121 and the second paste 122 both have an identical active material capable of acting as an electron donor or ion donor or as an electron receptor or ion receptor. The second paste 122 is also with a proportion of z. B. 10% porous separator material. Both pastes contain a binder with an epoxy resin and diethylene glycol monobutyl ether acetate as a solvent. The composition of the first paste 121 is chosen such that its rest viscosity is 250 Pas and its shear viscosity is 50 Pas. The solvent content of the second paste 122 is higher than the solvent content of the first paste 121 and selected in such a way that the second paste 122 has a rest viscosity of 100 Pas.

Nachfolgend soll anhand des 4 gezeigten Flussdiagramms unter Bezugnahme auf 1 bis 3 ein Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichers 100 gemäß 1 mit Hilfe der Siebdruckvorrichtung 212 aus 2 erläutert werden. Das Verfahren beginnt mit Schritt 400, in dem eine erste metallische Ableiterschicht 115, die z. B. aus Nickel besteht, auf der Druckauflage 210 der Siebdruckvorrichtung 212 angeordnet wird. Dieser Schritt kann wahlweise mittels eines Siebdruckvorgangs oder auf andere Weise, z. B. durch Bereitstellen einer kommerziell erhältlichen Nickelfolie erfolgen.In the following, based on 4 flow chart shown with reference to FIG 1 until 3 a method for producing an energy store 100 according to 1 using the screen printing device 212 2 be explained. The method begins with step 400, in which a first metal conductor layer 115, z. B. consists of nickel, on the print pad 210 of the screen printing device 212 is arranged. This step can optionally be carried out by means of a screen printing process or in another way, e.g. B. be done by providing a commercially available nickel foil.

In Schritt 401 wird durch Siebdrucken mit der ersten Paste 121 auf der ersten metallischen Ableiterschicht 115 die erste Elektrodenteilschicht 111 des Energiespeichers 100 ausgebildet. Hierzu wird mittels der ersten Auftragungsvorrichtung 221 eine geeignete Menge der ersten Paste 121 auf das Drucksieb 200 aufgetragen. Anschließend wird, wie in 2 gezeigt, mittels der Rakel 215 der Streichvorrichtung 214 die aufgetragene erste Paste 121 derart waagerecht über das Drucksieb 200 und zugleich senkrecht durch die Sieböffnungen 202 in Richtung der Druckauflage 210 gestrichen, dass auf der ersten metallischen Ableiterschicht 115 die erste Elektrodenteilschicht 111 ausgebildet wird.In step 401 the first partial electrode layer 111 of the energy store 100 is formed by screen printing with the first paste 121 on the first metallic conductor layer 115 . For this purpose, a suitable quantity of the first paste 121 is applied to the printing screen 200 by means of the first application device 221 . Subsequently, as in 2 shown, the applied first paste 121 is brushed horizontally over the printing screen 200 and at the same time vertically through the screen openings 202 in the direction of the printing pad 210 by means of the squeegee 215 of the coating device 214 such that the first electrode sublayer 111 is formed on the first metal conductor layer 115.

In Schritt 402 wird die erste Elektrodenteilschicht 111 durch Wärmebestrahlung über 6 min getrocknet. Aufgrund der hohen Viskosität der ersten Paste 121 weist die erste Elektrodenteilschicht 111 nach dem Trocknen 402 eine nahezu quaderförmige Gestalt mit einer Überhöhung 301 des Randes von weniger als 1 µm und einem Kantenwinkel 300 von weniger als 1° auf.In step 402, the first partial electrode layer 111 is dried by heat irradiation for 6 minutes. Due to the high viscosity of the first paste 121, the first partial electrode layer 111 after drying 402 has an almost cuboid shape with an elevation 301 of the edge of less than 1 μm and an edge angle 300 of less than 1°.

In Verzweigungsschritt 403 wird festgestellt, ob eine weitere Elektrodenteilschicht siebgedruckt werden soll. Da dies vorliegend der Fall ist („J“), wird nach Schritt 401 zurückverzweigt. In Schritt 401 wird nun durch Siebdrucken mit der zweiten Paste 122 auf der ersten Elektrodenteilschicht 111 die zweite Elektrodenteilschicht 112 des Energiespeichers 100 ausgebildet. Hierzu wird mittels der zweiten Auftragungsvorrichtung 222 eine geeignete Menge der zweiten Paste 122 auf das Drucksieb 200 aufgetragen. Anschließend wird, wie in 3 gezeigt, mittels der Rakel 215 der Streichvorrichtung 214 die aufgetragene zweite Paste 122 derart waagerecht über das Drucksieb 200 und zugleich senkrecht durch die Sieböffnungen 202 in Richtung der Druckauflage 210 gestrichen, dass auf der ersten Elektrodenteilschicht 111 die zweite Elektrodenteilschicht 112 ausgebildet wird.In branch step 403 it is determined whether another electrode sub-layer is to be screen printed. Since this is the case (“Y”), the process branches back to step 401. In step 401, the second partial electrode layer 112 of the energy store 100 is now formed by screen printing with the second paste 122 on the first partial electrode layer 111. FIG. For this purpose, a suitable quantity of the second paste 122 is applied to the printing screen 200 by means of the second application device 222 . Subsequently, as in 3 shown, using the squeegee 215 of the coating device 214, the applied second paste 122 so horizontally over the printing screen 200 and at the same time vertically through the screen openings 202 in the direction of Print run 210 deleted, that on the first partial electrode layer 111, the second partial electrode layer 112 is formed.

Anschließend wird in Schritt 402 die zweite Elektrodenteilschicht 112 durch Wärmebestrahlung über 6 min getrocknet. Die auf diese Weise entstandene erste Elektrodenschicht 101 weist nach dem Trocknen 402 insgesamt ebenfalls eine nahezu quaderförmige Gestalt mit einer Überhöhung 301 des Randes von weniger als 5 µm und einem Kantenwinkel 300 von weniger als 5° auf.Subsequently, in step 402, the second partial electrode layer 112 is dried by thermal radiation for 6 minutes. After drying 402, the first electrode layer 101 produced in this way likewise has an almost cuboid shape overall, with an elevation 301 of the edge of less than 5 μm and an edge angle 300 of less than 5°.

In Verzweigungsschritt 403 wird erneut überprüft, ob noch eine weitere Elektrodenteilschicht siebgedruckt werden soll. Da dies nun nicht mehr der Fall ist („N“), wird das Verfahren mit Schritt 404 fortgesetzt. In Schritt 404 wird durch Siebdrucken mit einer dritten Paste auf der zweiten Elektrodenteilschicht 112 die Separatorschicht 110 des Energiespeichers 100 siebgedruckt. Die dritte Paste wird hierfür aus dem porösen Separatormaterial und Binder mit einem Epoxidharz und Essigsäurediethylenglycolmonobutyletherester als Lösungsmittel zubereitet, wobei die Zusammensetzung des Binders und der Lösungsmittelgehalt so eingestellt wird, dass die dritte Paste eine Ruheviskosität von 200 Pa s und eine Scherviskosität von 50 Pa s aufweist. Dieser Siebdruckvorgang wird vorzugsweise ebenfalls mittels der Siebdruckvorrichtung 212 aus 2 durchgeführt.In branching step 403, a check is carried out again as to whether a further partial electrode layer is to be screen-printed. Since this is no longer the case ("N"), the method continues with step 404 . In step 404 the separator layer 110 of the energy store 100 is screen-printed by screen-printing with a third paste on the second partial electrode layer 112 . For this purpose, the third paste is prepared from the porous separator material and binder with an epoxy resin and acetic acid diethylene glycol monobutyl ether ester as the solvent, with the composition of the binder and the solvent content being adjusted in such a way that the third paste has an idle viscosity of 200 Pa s and a shear viscosity of 50 Pa s . This screen printing process is preferably also carried out using the screen printing device 212 2 accomplished.

Anschließend wird in Schritt 405 die Separatorschicht 110 durch Wärmebestrahlung über 6 min getrocknet. Die auf diese Weise entstandene Separatorschicht 110 weist nach dem Trocknen 405 insgesamt ebenfalls eine nahezu quaderförmige Gestalt mit einer Überhöhung 301 des Randes von weniger als 5 µm und einem Kantenwinkel 300 von weniger als 5° auf. Subsequently, in step 405, the separator layer 110 is dried by thermal radiation for 6 minutes. After drying 405, the separator layer 110 produced in this way also has an almost cuboid shape overall, with an elevation 301 of the edge of less than 5 μm and an edge angle 300 of less than 5°.

In Schritt 406 wird durch Siebdrucken mit einer vierten Paste auf der Separatorschicht 110 die zweite Elektrodenschicht 114 des Energiespeichers 100 ausgebildet. Die vierte Paste wird hierfür aus dem vorgesehenen metallischen Material wie Lithium oder Natrium und Binder zubereitet. Dieser Siebdruckvorgang wird vorzugsweise ebenfalls mittels der Siebdruckvorrichtung 212 aus 2 durchgeführt. Anschließend wird in Schritt 409 die zweite Elektrodenschicht 114 durch Wärmebestrahlung über 6 min getrocknet.In step 406 the second electrode layer 114 of the energy store 100 is formed by screen printing with a fourth paste on the separator layer 110 . For this purpose, the fourth paste is prepared from the intended metallic material such as lithium or sodium and binder. This screen printing process is preferably also carried out using the screen printing device 212 2 accomplished. Subsequently, in step 409, the second electrode layer 114 is dried by radiating heat for 6 minutes.

In Schritt 410 wird durch Siebdrucken mit einer fünften Paste auf der zweiten Elektrodenschicht 114 die zweite metallische Ableiterschicht 116 des Energiespeichers 100 ausgebildet. Die fünfte Paste wird hierfür aus dem vorgesehenen metallischen Material wie Nickel und Binder zubereitet. Dieser Siebdruckvorgang wird vorzugsweise ebenfalls mittels der Siebdruckvorrichtung 212 aus 2 durchgeführt. Anschließend wird in Schritt 411 die zweite metallische Ableiterschicht 116 durch Wärmebestrahlung über 6 min getrocknet.In step 410 the second metal conductor layer 116 of the energy store 100 is formed by screen printing with a fifth paste on the second electrode layer 114 . For this purpose, the fifth paste is prepared from the intended metallic material such as nickel and binder. This screen printing process is preferably also carried out using the screen printing device 212 2 accomplished. Subsequently, in step 411, the second metal conductor layer 116 is dried by thermal radiation for 6 minutes.

Als nächstes soll die Herstellung einer Ausführungsform eines Energiespeichers 100 gemäß einem weiteren Verfahren anhand von 5A bis 5S beschrieben werden, in denen jeweils zugehörige Schritte A-S des Verfahrens schematisch dargestellt sind. Soweit es sich bei den Schritten um Siebdruckschritte handelt, können diese z. B. mittels der in 2 gezeigten Siebdruckvorrichtung 212 ausgeführt werden.Next, the production of an embodiment of an energy store 100 according to a further method based on 5A until 5S are described, in which the associated steps AS of the method are shown schematically. As far as the steps are screen printing steps, these z. B. using the in 2 shown screen printing device 212 are performed.

In einem in 5A dargestellten Schritt A wird auf einer nicht gezeigten Druckauflage, als welche die Druckauflage 210 der Siebdruckvorrichtung 212 verwendet werden kann, ein Gehäuseboden 501 des Energiespeichers 100 siebgedruckt. Hierfür wird eine durch Wärmestrahlung zu einem elektrisch nichtleitenden Werkstoff, der im Folgenden als Polyethylen angenommen werden soll, polymerisierbare Paste verwendet. Der resultierende Gehäuseboden 501 ist eine im Wesentlichen quaderförmige Schicht von ca. 200 µm bis 500 µm Dicke.in a 5A In step A shown, a housing base 501 of the energy store 100 is screen-printed on a print run, not shown, as which the print run 210 of the screen printing device 212 can be used. For this purpose, a paste that can be polymerized by thermal radiation to form an electrically non-conductive material, which is to be assumed to be polyethylene in the following, is used. The resulting housing base 501 is a substantially cuboid layer approximately 200 μm to 500 μm thick.

In Schritt B - dargestellt in 5B - wird der Gehäuseboden 501 über einen Zeitraum von ca. 6 min mit Wärmestrahlung 599 behandelt, um die Polymerisation des Polyethylens durchzuführen.In step B - shown in 5B - the bottom of the housing 501 is treated with thermal radiation 599 over a period of about 6 minutes in order to carry out the polymerization of the polyethylene.

In Schritt C - dargestellt in 5C - wird auf dem Gehäuseboden 501 eine 10 µm dicke erste metallische Ableiterschicht 115 aus Nickel durch Auflegen oder Siebdrucken mit einer entsprechenden Paste aufgebracht. In Randnähe des Gehäusebodens 501 bleibt dabei ein streifenförmiger umlaufender Gehäuseseitenwandbereich, in dem auch ein erster Kontaktierbereich 512 und diesem gegenüber einen zweiter Kontaktierbereich 510 zur Kontaktierung des Energiespeichers 100 liegen, des Gehäusebodens 501 unbedeckt - bis auf den ersten Kontaktierbereich 512, in dem sich die erste metallische Ableiterschicht 115 im Wesentlichen bis zum Rand des Gehäusebodens 501 erstreckt.In step C - shown in 5C - A 10 μm thick first metallic conductor layer 115 made of nickel is applied to the housing base 501 by laying it on or screen printing it with an appropriate paste. In the vicinity of the edge of housing base 501, a strip-shaped circumferential housing side wall area, in which there is also a first contacting area 512 and, opposite this, a second contacting area 510 for contacting energy storage device 100, remains uncovered on housing base 501 - except for first contacting area 512, in which the first Metallic conductor layer 115 extends essentially to the edge of the housing base 501.

In Schritt D - dargestellt in 5D - wird die erste metallische Ableiterschicht 115 mit Wärmestrahlung 599 getrocknet. Die Dauer der Bestrahlung beträgt wie auch in nachfolgenden Bestrahlungsschritten ebenfalls ca. 6 min.In step D - shown in 5D - The first metallic collector layer 115 is dried with thermal radiation 599 . As in the subsequent irradiation steps, the duration of the irradiation is also approx. 6 minutes.

In Schritt E - dargestellt in 5E - wird eine erste Elektrodenteilschicht 111 mit einer Dicke von ca. 100 µm durch Siebdrucken auf die erste metallische Ableiterschicht 115 mit aufgetragen, wobei der erste Kontaktierbereich 512 ausgespart bleibt. Die hierfür verwendete Paste ist gleich zusammengesetzt und weist gleiche Eigenschaften auf wie die in Bezug auf 1 bis 3 bereits beschriebene erste Paste 121, weswegen auf eine nochmalige Erläuterung der Zusammensetzung hier verzichtet wird. In Schritt F - dargestellt in 5F - wird die erste Elektrodenteilschicht 111 mit Wärmestrahlung 599 getrocknet.In step E - shown in 5E - A first partial electrode layer 111 with a thickness of approximately 100 μm is also applied to the first metallic collector layer 115 by screen printing, with the first contacting region 512 being left open. The paste used for this has the same composition and has the same properties as in in reference to 1 until 3 first paste 121 already described, which is why the composition is not explained again here. In step F - shown in 5F - The first partial electrode layer 111 is dried with thermal radiation 599 .

In Schritt G - dargestellt in 5G - wird eine zweite Elektrodenteilschicht 112 mit einer Dicke von ca. 50 µm durch Siebdrucken auf die erste Elektrodenteilschicht 111 aufgetragen. Die hierfür verwendete Paste ist gleich zusammengesetzt und weist gleiche Eigenschaften auf wie die in Bezug auf 1 bis 3 bereits beschriebene zweite Paste 122, enthält allerdings anstelle einer Beimischung eines porösen Separatormaterials einen entsprechenden Anteil eines ionischen Leiters. Die erste und zweite Elektrodenteilschicht 111, 112 bilden gemeinsam eine erste Elektrodenschicht 101 des Energiespeichers 100. In Schritt H - dargestellt in 5H - wird die zweite Elektrodenteilschicht 112 mit Wärmestrahlung 599 getrocknet.In step G - shown in 5G - A second partial electrode layer 112 with a thickness of approximately 50 μm is applied to the first partial electrode layer 111 by screen printing. The paste used for this has the same composition and has the same properties as that referred to 1 until 3 second paste 122 already described, but contains a corresponding proportion of an ionic conductor instead of an admixture of a porous separator material. The first and second partial electrode layers 111, 112 together form a first electrode layer 101 of the energy store 100. In step H - shown in 5H - The second partial electrode layer 112 is dried with thermal radiation 599 .

In Schritt I - dargestellt in 51 - wird eine Separatorschicht 110 aus einem Festelektrolytmaterial mit einer Dicke von ca. 10 µm bis 30 µm durch Siebdrucken auf die zweite Elektrodenteilschicht 112 aufgetragen. Das Festelektrolytmaterial enthält den gleichen ionischen Leiter wie anteilsmäßig bereits die zweite Elektrodenteilschicht 112, so dass sich ein Konzentrationsgradient des ionischen Leiters von der zweiten Elektrodenteilschicht 112 in die Separatorschicht 110 ergibt. In Schritt J - dargestellt in 5J - wird die zweite Separatorschicht 110 mit Wärmestrahlung 599 getrocknet.In step I - shown in 51 - A separator layer 110 made of a solid electrolyte material with a thickness of approximately 10 μm to 30 μm is applied to the second partial electrode layer 112 by screen printing. The solid electrolyte material contains the same ionic conductor as the second partial electrode layer 112 , so that a concentration gradient of the ionic conductor from the second partial electrode layer 112 into the separator layer 110 results. In step J - shown in 5y - The second separator layer 110 is dried with heat radiation 599 .

In Schritt K - dargestellt in 5K - wird im umlaufenden Gehäuseseitenwandbereich einschließlich eines innenliegenden Abschnitts des ersten Kontaktierbereichs 512 eine umlaufende Gehäuseseitenwand 502 durch Siebdrucken mit dem gleichen Material, das in Schritt A für den Gehäuseboden 501 verwendet wurde, auf den Gehäuseboden 501 bzw. die erste metallische Ableiterschicht 115 aufgebracht. Im außenliegenden Abschnitt des ersten Kontaktierbereichs 512 liegt die erste metallische Ableiterschicht 115 weiterhin frei. Die Oberkante der Gehäuseseitenwand 502 fluchtet in einem innenliegenden Abschnitt des zweiten Kontaktierbereichs 510 mit der Oberkante der Separatorschicht 110, während sie in den übrigen Abschnitten ca. 10 µm höher als die Oberkante der Separatorschicht 110 liegt. In Schritt L - dargestellt in 5L - wird die Gehäuseseitenwand 502 mit Wärmestrahlung 599 getrocknet.In step K - shown in 5K - In the peripheral housing side wall area, including an inner section of the first contact area 512, a peripheral housing side wall 502 is applied to the housing base 501 or the first metallic conductor layer 115 by screen printing with the same material that was used in step A for the housing base 501. In the outer section of the first contacting area 512, the first metallic collector layer 115 is still uncovered. The upper edge of the housing side wall 502 is aligned with the upper edge of the separator layer 110 in an inner section of the second contact area 510, while it is approximately 10 μm higher than the upper edge of the separator layer 110 in the remaining sections. In step L - shown in 5L - The housing side wall 502 is dried with heat radiation 599 .

In Schritt M - dargestellt in 5M - wird eine zweite Elektrodenschicht 114 durch Siebdrucken eines metallischen Materials, bei dem es sich um Lithium, Natrium oder ein anderes Alkalimetall handeln kann, auf die Separatorschicht 110 und den innenliegenden Abschnitt des zweiten Kontaktierbereichs 510 aufgebracht. Die zweite Elektrodenschicht 114 ist ca. 10 µm dick, so dass sie mit der Oberkante der Gehäuseseitenwand 502 bündig abschließt. In Schritt N - dargestellt in 5N - wird die zweite Elektrodenschicht 114 mit Wärmestrahlung 599 getrocknet. Alternativ zur Herstellung der zweiten Elektrodenschicht 114 durch Siebdrucken in Schritt M und N kann die zweite Elektrodenschicht 114 auch durch Sprühen aufgebracht werden.In step M - shown in 5 M - a second electrode layer 114 is applied to the separator layer 110 and the interior portion of the second contacting region 510 by screen printing a metallic material, which may be lithium, sodium or another alkali metal. The second electrode layer 114 is approximately 10 μm thick, so that it is flush with the upper edge of the housing side wall 502 . In step N - shown in 5N - The second electrode layer 114 is dried with thermal radiation 599 . As an alternative to producing the second electrode layer 114 by screen printing in steps M and N, the second electrode layer 114 can also be applied by spraying.

In Schritt O - dargestellt in 5O - wird im zweiten Kontaktierbereich 510 eine ca. 10 µm dicke zweite metallische Ableiterschicht 116 aus Nickel durch Siebdrucken mit einer entsprechenden Paste aufgebracht. Die zweite metallische Ableiterschicht 116 liegt im außenliegenden Abschnitt des zweiten Kontaktierbereichs 510 direkt auf der Gehäuseseitenwand 502, im innenliegenden Abschnitt des zweiten Kontaktierbereichs 510 auf der zweiten Elektrodenschicht 114, wird jedoch im gesamten zweiten Kontaktierbereich 510 mechanisch durch die Gehäuseseitenwand 502 abgestützt. In Schritt P - dargestellt in 5P - wird eine Höhenausgleichsschicht 503 der Dicke 10 µm mit dem gleichen Material, das für den Gehäuseboden 501 und die Gehäuseseitenwand 502 verwendet wurde, auf die noch freiliegenden Abschnitte der zweiten Elektrodenschicht 114 und der Gehäuseseitenwand 502 siebgedruckt. In Schritt Q - dargestellt in 5Q - werden die zweite metallische Ableiterschicht 116 und die Höhenausgleichsschicht 503 mit Wärmestrahlung 599 getrocknet bzw. polymerisiert.In step O - shown in 5O - An approximately 10 μm thick second metallic conductor layer 116 made of nickel is applied in the second contact area 510 by screen printing with a corresponding paste. The second metallic conductor layer 116 lies directly on the housing side wall 502 in the outer section of the second contacting area 510, and on the second electrode layer 114 in the inner section of the second contacting area 510, but is mechanically supported by the housing side wall 502 in the entire second contacting area 510. In step P - shown in 5p - A leveling layer 503 with a thickness of 10 μm is screen-printed onto the still exposed sections of the second electrode layer 114 and the housing side wall 502 using the same material that was used for the housing bottom 501 and the housing side wall 502 . In step Q - shown in 5Q - The second metallic conductor layer 116 and the leveling layer 503 are dried or polymerized with thermal radiation 599 .

In Schritt R - dargestellt in 5R - wird ein quaderförmiger Gehäusedeckel 504 einer Dicke von ca. 200 µm durch Siebdrucken mit dem gleichen Material, das für den Gehäuseboden 501, die Gehäuseseitenwand 502 und die Höhenausgleichsschicht 503 verwendet wurde, auf die Höhenausgleichsschicht 503 und - unter Aussparen des außenliegenden Abschnitts des zweiten Kontaktierbereichs 510 - die zweite metallische Ableiterschicht 116 aufgebracht. In Schritt S - dargestellt in 5S - wird der Gehäusedeckel 504 mit Wärmestrahlung 599 getrocknet bzw. polymerisiert.In step R - shown in 5R - A cuboid housing cover 504 with a thickness of approx. 200 µm is screen-printed onto the height-adjusting layer 503 with the same material that was used for the housing base 501, the housing side wall 502 and the height-adjusting layer 503 and - while leaving out the outer section of the second contact area 510 - the second metal conductor layer 116 is applied. In step S - shown in 5S - The housing cover 504 is dried or polymerized with thermal radiation 599 .

Der hergestellte Energiespeicher 100 kann durch die in den außenliegenden Abschnitten des ersten Kontaktierbereichs 512 und des zweiten Kontaktierbereichs 510 jeweils freiliegenden Enden der ersten metallischen Ableiterschicht 115 und der zweiten metallischen Ableiterschicht 116 von oben elektrisch kontaktiert werden, wobei mechanische Belastungen in das Gehäuse abgeleitet werden, ohne das Zellelement 102 zu beeinträchtigen.The energy storage device 100 that is produced can be electrically contacted from above through the exposed ends of the first metal conductor layer 115 and the second metal conductor layer 116 in the outer sections of the first contacting area 512 and the second contacting area 510, with mechanical loads being dissipated into the housing without to affect the cell element 102.

6 zeigt einen weiteren Energiespeicher 100, der einen ähnlichen Aufbau hat, jedoch nicht nur ein einzelnes Zellelement 102, sondern einen Zellstapel 104 mit mehreren elektrisch in Reihe geschalteten Zellelementen 102, 102', 102" aufweist. Der Energiespeicher 100 kann mit einem Herstellungsverfahren hergestellt werden, das weitgehend mit dem anhand von 5A bis 5S beschriebenen übereinstimmt. Um Wiederholungen zu vermeiden, werden nachfolgend lediglich die Unterschiede dargestellt. 6 shows another energy store 100 that has a similar structure, but not only a single cell element 102, but a cell stack 104 with a plurality of cell elements 102, 102′, 102″ electrically connected in series 5A until 5S described. To avoid repetition, only the differences are presented below.

Nachdem Verfahrensschritte wie in 5A bis 5J gezeigt ausgeführt wurden, wird ähnlich wie in 5K gezeigt eine Gehäuseseitenwand 502 ausgebildet, die jedoch in Gänze die Separatorschicht 110 um 10 µm überragt. Anschließend wird eine zweite Elektrodenschicht 114 ähnlich wie in 5M gezeigt auf die Separatorschicht 110, nicht jedoch auf die Gehäuseseitenwand 502 aufgebracht, so dass die Gehäuseseitenwand 502 und die Separatorschicht 110 nach oben bündig miteinander abschließen.After procedural steps as in 5A until 5y shown will be similar to in 5K shown, a housing side wall 502 is formed, which, however, projects beyond the separator layer 110 by 10 μm in its entirety. A second electrode layer 114 is then applied in a manner similar to that in FIG 5 M shown on the separator layer 110, but not applied to the housing side wall 502, so that the housing side wall 502 and the separator layer 110 are flush with one another at the top.

Danach wird eine dritte metallische Ableiterschicht 117 auf die zweite Elektrodenschicht 114 und einen ringförmig an diese angrenzenden innenliegenden Abschnitt der Gehäuseseitenwand 502 aufgebracht, was auf die gleiche Weise wie bei der in der vorhergehenden Ausführungsform für die zweite metallische Ableiterschicht 116 erfolgen kann. Hierauf werden, um ein zweites Zellelement 102' des Zellstapels zu bilden, die 5E bis 5J entsprechenden Verfahrensschritte wiederholt, wobei die erste Elektrodenteilschicht 111 des zweiten Zellelements 102' auf die dritte metallische Ableiterschicht 117 aufgebracht wird. Auf die beschriebene Weise können wie in 6 gezeigt drei oder mehr Zellemente 102, 102', 102" ausgebildet werden, die über dazwischenliegende metallische Ableiterschichten 117 elektrisch miteinander in Reihe geschaltet und bezüglich ionischer Leiter voneinander getrennt sind.Thereafter, a third metallic collector layer 117 is applied to the second electrode layer 114 and a ring-shaped inner portion of the housing side wall 502 adjacent to it, which can be done in the same way as in the previous embodiment for the second metallic collector layer 116 . Then, in order to form a second cell element 102' of the cell stack, the 5E until 5y Corresponding method steps are repeated, with the first partial electrode layer 111 of the second cell element 102' being applied to the third metal conductor layer 117. In the manner described, as in 6 shown, three or more cell elements 102, 102', 102'' are formed, which are electrically connected in series with one another via intervening metallic collector layers 117 and are separated from one another with regard to ionic conductors.

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

US5035965A [0004]
FR 2690567 A1 [0006]

Claims

Energy store (100), comprising: a cell element (102, 102', 102") having a top electrode layer (114); a housing sidewall (502, 502', 502") surrounding the cell member (102, 102', 102"); a screen printed caseback (501); and a metallic conductor layer (116, 117) which is printed on at least a portion of the housing side wall (502, 502', 502") and electrically contacts the upper electrode layer (114) of the cell element (102, 102', 102").

Energy storage (100) after claim 1 , wherein the metallic conductor layer (116, 117) extends over the entire upper electrode layer (114).

Energy storage (100) after claim 2 , wherein the metallic conductor layer (116, 117) extends over a section of the housing side wall (502, 502') that annularly surrounds the upper electrode layer (114).

Energy storage (100) after claim 1 or 2 , further having a further cell element (102', 102") with a lower electrode layer (111) which is printed onto the metallic collector layer (117) in such a way that the lower electrode layer (111) of the further cell element (102', 102") is electrically connected to the top electrode layer (114).

Energy store (100) according to one of the preceding claims, further comprising a further housing side wall (502', 502") of the energy store (100), which is screen-printed onto the housing side wall (502, 502').

Energy storage (100) after claim 1 , 2 or 3 , further comprising a housing cover (504) which is printed onto the metal conductor layer (116) in such a way that a contacting section of the metal conductor layer (116) is exposed next to the housing cover (504).