WO2021170350A1 - Verfahren zum herstellen einer elektrode - Google Patents
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Definitions
- the present invention relates to a method for producing an electrode for an energy storage cell, in particular for a lithium ion battery or a lithium ion rechargeable battery, an electrode, an electrode stack, an energy store and a traction battery.
- the electrodes in question are, in particular, single-sheet electrodes such as are used in electrode stacks.
- the electrodes are formed by coated foils. After coating and drying, the electrode is compacted, in particular to set a porosity, for example by a calender process, cut to the target width (for example with roller shears) and then, after performing a contour cut, separated into single sheets and optionally stacked.
- a calender process cut to the target width (for example with roller shears) and then, after performing a contour cut, separated into single sheets and optionally stacked.
- This object is achieved by a method according to claim 1, by an electrode according to claim 11, by an electrode stack according to claim 12, by an energy store according to claim 14 and by a traction battery according to claim 15. Further advantages and features emerge from the claims as well as the description and the accompanying figures.
- a method for producing an electrode, in particular a composite electrode, in particular for an energy storage cell, such as a lithium-ion cell comprises the steps:
- Electrode in particular with a coating compound
- the classic process chain is therefore advantageously modified, after which the carrier material is first coated and then it is compacted to adjust the porosity.
- the carrier material is coated, in particular, with coating compound, on one or both sides.
- the coating compound comprises active material, electrode binder, conductive carbon black (optionally conductive graphite) and carrier solvent.
- a compression or an adjustment of the porosity of the electrode does not take place until after the carrier material (e.g. in the form of a metal foil) has been cut to size, according to the footprint of the cell.
- the carrier material is in particular a carrier film. Depending on whether the electrode is an electrode for the anode or the cathode, the material of the carrier film is selected accordingly.
- the carrier foil is typically a copper foil
- the carrier foil in the case of the cathode the carrier foil is typically an aluminum foil.
- Preferred film thicknesses vary, depending on the cell design, for example between 6 pm and 25 pm.
- the aluminum foil is preferably rolled.
- the copper foil is preferably rolled or produced electrolytically.
- the carrier foils are not limited, but can also be stamped foils or expanded metals in any desired geometry.
- the carrier material or the carrier film is coated on one or both sides. This is done, for example, with suitable application tools such as slot nozzles, doctor blades, anilox rollers, etc.
- the carrier material can also be a plastic film which is coated in a suitable manner, for example with a metal.
- the electrode is preferably designed as a cathode or anode for a lithium-ion cell.
- the aforementioned cell type is not a restriction.
- the method comprises the step:
- Preferred mechanical cutting methods include shear cutting, punching, particle cutting or water jet cutting.
- a preferred thermal cutting process is, for example, laser cutting.
- the cutting out or cutting takes place near net shape.
- the desired final contour can already be generated in this step, in particular precisely.
- the carrier material is formed in the form of a web or is in the form of a web.
- the carrier material is coated in strips and continuously or intermittently. A plurality of coated strips can also be formed along a web direction of the carrier material. In the case of an intermittent coating, a size of the coated area preferably corresponds exactly or essentially to the size of the single sheet.
- the method comprises the step:
- the method comprises the step:
- the single sheet is expediently formed out together with the diverter area. This step can advantageously be carried out in such a way that the arrester area has no coating. Alternatively, any existing coating can also be removed later.
- the method comprises the steps:
- the single sheet is, for example, cut in such a way that one or two uncoated areas, in particular strips, remain free at the edge.
- This can be advantageous with regard to the handling of the single sheet, since these areas, with the exception of the diverter area, are removed later. So it is easily possible that a mechanical device, such as a robot or the like, starts with a gripper, etc.
- the uncoated areas are advantageously designed so narrow that there are no problems when the porosity is later set, for example by means of calendering appear.
- the method comprises the step:
- the pressure is applied vertically or essentially vertically or in the normal direction to the single sheet, on one or both sides.
- Appropriate presses or press rams can be used for this purpose. Very gentle processing can thus be achieved with advantage.
- rolling takes place in a calender.
- the method comprises the step:
- the rolling can take place, for example, in a calender. Since this is not a classic roll-to-roll process, there is no mechanical stress due to tensile forces on the electrode or the single sheet. This virtually eliminates the risk of the individual sheet or the uncoated areas tearing.
- at least one calender roll is heated in order to facilitate compression.
- the method comprises the step:
- Suction grippers which can also be automated with robotics, can be used to remove and feed the uncoated and coated single sheets, which can be temporarily stored in magazines, for example.
- the method comprises the step:
- the individual sheets are guided and positioned on a polyester film, and according to one embodiment they are also specially protected, in particular mechanically and thermally, between two polyester films.
- the method comprises the step:
- the so-called carrier solvent e.g. water
- vacuum drying in which the residual moisture in the electrode is reduced.
- the method comprises the step:
- the final shape of the individual sheet is produced in this step, in other words its final contour.
- this method step can also be designed in such a way that the discharge area is also formed.
- the mechanical and / or thermal cutting processes already mentioned are preferably used for cutting.
- the invention also relates to an electrode, in particular a grain-positive electrode, in particular for an energy storage cell, a lithium ion battery or a lithium ion rechargeable battery, comprising a carrier material which has single sheet dimensions, and wherein the carrier material has a coating which is not compressed. In particular, it is an uncompacted single-sheet electrode.
- the electrode preferably has no or only a very small uncoated area.
- the invention also relates to an electrode stack, comprising a multiplicity of electrodes, cathodes and anodes arranged in a stack, produced by the method according to the invention.
- the electrodes are used together with a separator. All known separators can be assembled into a single sheet and applied.
- the electrode stack is designed as a single sheet stack.
- the electrode stack is designed as a bicell stack.
- the invention further relates to an energy store comprising an electrode stack according to the invention.
- the energy store is a lithium-ion cell or a lithium-sulfur cell.
- the energy store comprises a fixed cell housing which, in particular, has a prismatic shape.
- the energy storage device can be designed as a pouch bag or soft pack, this being a soft packaging consisting of highly refined aluminum composite foil.
- Alternative cell housing shapes are also possible.
- the stacking of the electrodes enables an extremely high utilization of angular, in particular cubic or parallelepiped, cell housings, see in particular the aforementioned prismatic cell housings.
- the invention further relates to a traction battery, comprising at least one energy store according to the invention.
- the traction battery is preferably designed for use in a motor vehicle, such as a passenger car, a motorcycle or a utility vehicle.
- FIG. 1 shows two embodiments of carrier materials or carrier foils 10, which extend along a direction B of the web.
- the upper variant is coated in the form of a strip, see reference number 22, the lower variant is in the form of a strip and intermittently along the direction B of the path.
- the uncoated areas are outlined with the reference numeral 26.
- a compaction has not yet taken place, so the porosity of the electrode has not yet been set.
- single sheets are produced from such carrier materials 10, see reference symbol 20.
- a discharge area 24 is automatically formed at the same time. Adjusting the porosity of the electrode (s) or. the compression or pressing takes place only in a subsequent step, that is to say advantageously directly on the individual sheet 20.
- the reference symbols W1 and W2 designate, for example, two rolling directions. Compaction along different directions increases process stability, as any deformations can be compensated for as best as possible.
- the individual sheet 20 may be trimmed to its final contour in a final step. Depending on the embodiment, this step can also be omitted. In the event that the conductor area 24 is coated, it can also be exposed subsequently.
- FIG. 2 shows an alternative embodiment of a method for producing an electrode, the essential steps from FIG. 1 being known.
- a decisive difference is that here, when a single sheet 20 is produced from a carrier film 10, a conductor area 24 is not already produced at the same time. Instead, the arrester area 24 is only generated in a final processing step.
- the single sheet 20 initially has strip-shaped uncoated areas 26. These can advantageously be used to better handle the individual sheet 20 in the process.
- the uncoated areas 26 are dimensioned so small that no folds,
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Abstract
Verfahren zum Herstellen einer Elektrode, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Bat- terie, umfassend die Schritte: - Beschichten eines Trägermaterials; - Bearbeiten des Trägermaterials zum Erzeugen zumindest eines Einzelblatts; - Einstellen der Porosität der Elektrode am Einzelblatt.
Description
Verfahren zum Herstellen einer Elektrode
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Energiespeicherzelle, insbesondere für eine Lithiumionenbatterie bzw. einen Lithiumionenakku, eine Elektrode, einen Elektrodenstapel, einen Energiespeicher sowie eine Traktionsbatterie.
Bei den in Rede stehenden Elektroden handelt es sich insbesondere um Einzelblatt- Elektroden, wie sie in Elektrodenstapeln verwendet werden. Die Elektroden werden durch beschichtete Folien gebildet. Nach dem Beschichten und Trocknen wird die Elektrode, insbesondere zum Einstellen einer Porosität, verdichtet, beispielsweise durch einen Kalander-Prozess, auf Ziel-Breite geschnitten (beispielsweise mit einer Rollenschere) und dann nach Durchführung eines Konturschnitts in Einzelblätter vereinzelt und optional gestapelt. Beim Kalandrieren besteht oftmals das Problem, dass es zu unerwünschten Verformungen in allen Bereichen der Folien kommt. Ins besondere in den unbeschichteten Bereichen der Trägerfolie entstehen durch die Krafteinleitung z. B. Falten, welche zu Qualitätseinbußen führen und unter anderem auch eine Weiterverarbeitung der Folien erschweren. So können sich durch die Vor schädigung in nachgelagerten Prozessschritten, beispielsweise beim Zuschneiden der Folien, Risse, Wellen und dergleichen bilden. Auch das Folien-Schneiden mit tels Laser ist ggf. erschwert, da nicht richtig fokussiert werden kann. Um diesen Problemen zu begegnen, schlägt die EP 2 296209 A1 eine Erwärmung der nicht beschichteten Bereiche der Trägerfolie vor. Die DE 102017215 143 A1 verwendet eine Metallfolie, die, wenn sie in einer Bahnebene als Bahn ausgebreitet ist, eine in der Bahnebene liegende Krümmung aufweist. Durch eine entsprechende Druckauf bringung beim Kalandrieren wird diese Krümmung wieder entfernt, wobei der vorge nannte unerwünschte Verformungseffekt beim Endmaterial nicht vorhanden sein soll. Die bekannten Ansätze stellen sich allerdings als fertigungstechnisch sehr auf wendig und kostenintensiv dar.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode, eine Elektrode, einen Elektrodenstapel, einen Energiespeicher so wie eine Traktionsbatterie anzugeben, welche die vorgenannten Probleme nicht auf weisen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, durch eine Elektrode gemäß Anspruch 11, durch einen Elektrodenstapel gemäß Anspruch 12, durch ei nen Energiespeicher gemäß Anspruch 14 sowie durch eine Traktionsbatterie gemäß Anspruch 15 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteran sprüchen sowie der Beschreibung und den beigefügten Figuren.
Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode, insbeson dere einer Komposit-Elektrode, insbesondere für eine Energiespeicherzelle, wie bei spielsweise eine Lithiumionenzelle, die Schritte:
Beschichten eines Trägermaterials zum Herstellen oder Erzeugen einer
Elektrode, insbesondere mit Beschichtungsmasse;
Bearbeiten des Trägermaterials zum Erzeugen zumindest eines Einzelblatts;
Einstellen der Porosität der Elektrode am Einzelblatt.
Mit Vorteil wird also die klassische Prozesskette modifiziert, wonach zunächst das Trägermaterial beschichtet und im Anschluss dessen Verdichtung zum Einstellen der Porosität folgt. Das Trägermaterial wird insbesondere mit Beschichtungsmasse beschichtet, ein- oder beidseitig. Die Beschichtungsmasse umfasst gemäß einer Ausführungsform Aktivmaterial, Elektrodenbinder, Leitruß (optional Leitgraphit) und Trägerlösungsmittel. Ein Verdichten bzw. ein Einstellen der Porosität der Elektrode findet aber erst statt, nachdem das Trägermaterial (z. B. in Form einer Metallfolie) zugeschnitten wurde, entsprechend dem Footprint der Zelle. Bei dem Trägermate rial handelt es sich insbesondere um eine Trägerfolie. Abhängig davon, ob es sich bei der Elektrode um eine Elektrode für die Anode oder die Kathode handelt, ist das Material der Trägerfolie entsprechend gewählt. Im Falle der Anode ist die Trägerfolie typischerweise eine Kupferfolie, im Falle der Kathode ist die Trägerfolie typischer weise eine Aluminiumfolie. Bevorzugte Foliendicken schwanken dabei, je nach Zell design, beispielsweise zwischen 6 pm und 25 pm. Bevorzugt ist die Aluminiumfolie gewalzt. Bevorzugt ist die Kupferfolie gewalzt oder elektrolytisch hergestellt. Die Trägerfolien sind nicht limitiert, sondern können auch gestanzte Folien oder Streck metalle in jeder beliebigen Geometrie sein. Das Trägermaterial bzw. die Trägerfolie wird ein oder zweiseitig beschichtet. Dies erfolgt beispielsweise mit geeigneten Auf tragswerkzeugen, wie Schlitzdüsen, Rakel, Rasterwalzen etc. Alternativ kann es sich bei dem Trägermaterial auch um eine Kunststofffolie handeln, welche in geeig neter Weise, beispielsweise mit einem Metall, beschichtet ist. Durch das Einstellen der Porosität der Elektrode am Einzelblatt entfallen die vorgenannten Nachteile bzw. Probleme, wie die angesprochene Rissbildung, der Faltenwurf etc.
Bevorzugt ist die Elektrode als Kathode oder Anode für einen Lithium-Ionen-Zelle ausgebildet. Der vorgenannte Zelltyp stellt aber keine Beschränkung dar. Auch al ternative Anwendungen, beispielsweise für Lithium-Schwefel-Zellen sind bevorzugt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
Bearbeiten durch Aus- oder Zuschneiden mittels eines thermischen oder me chanischen Schneidverfahrens.
Bevorzugte mechanische Schneidverfahren sind unter anderem das Scherschnei den, Stanzen, Partikelschneiden oder Wasserstrahlschneiden. Ein bevorzugtes ther misches Schneidverfahren ist beispielsweise das Laserschneiden. Das Aus- oder Zuschneiden erfolgt gemäß einer Ausführungsform endkonturnah. Alternativ kann bereits in diesem Schritt, insbesondre exakt, die gewünschte Endkontur erzeugt werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Trägermaterial bahnförmig ausgebildet oder liegt bahnförmig vor. Das Trägermaterial wird gemäß einer Ausführungsform strei fenförmig und kontinuierlich oder intermittierend beschichtet. Entlang einer Bahn richtung des Trägermaterials kann auch eine Vielzahl von beschichteten Streifen ausgebildet werden. Im Falle einer intermittierenden Beschichtung entspricht eine Größe der beschichteten Fläche bevorzugt exakt oder im Wesentlichen der Größe des Einzelblatts.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
Bearbeiten der Trägermaterials entlang der beschichteten Bereiche.
Mit Vorteil erfolgt bei dieser Ausführungsform kein Schnitt durch die Beschichtung bzw. Beschichtungsmasse, wodurch sehr saubere Schnittkanten erzeugt werden können.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
Formen eines Ableiterbereichs beim Bearbeiten des Trägermaterials. Zweckmäßigerweise wird das Einzelblatt zusammen mit dem Ableiterbereich ausge formt. Mit Vorteil kann dieser Schritt derart ausgeführt werden, dass der Ableiterbe reich keine Beschichtung aufweist. Alternativ kann eine ggf. vorhandene Beschich tung auch nachträglich entfernt werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren die Schritte:
- Ausformen eines Ableiterbereichs nach dem Einstellen der Porosität.
Das Einzelblatt wird bei dieser Ausführungsform beispielsweise derart zugeschnit ten, dass randseitig ein oder zwei unbeschichtete Bereiche, insbesondere Streifen, frei bleiben. Dies kann in Bezug auf das Handling des Einzelblatts vorteilhaft sein, da diese Bereiche, bis auf den Ableiterbereich, später entfernt werden. So ist es leicht möglich, dass hier eine maschinelle Einrichtung, wie beispielsweise ein Robo ter oder dergleichen, mit einem Greifer ansetzt etc. Dabei sind die unbeschichteten Bereiche vorteilhafterweise derart schmal ausgebildet, dass beim späteren Einstel len der Porosität, beispielsweise mittels Kalandrieren, keine Probleme auftreten.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
Einstellen der Porosität durch Verpressen und/oder Walzen.
Beim Verpressen wird der Druck senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht bzw. in Normalenrichtung auf das Einzelblatt, ein- oder beidseitig, aufgebracht. Hierzu kön nen entsprechende Pressen oder Pressenstempel verwendet werden. Mit Vorteil kann damit eine sehr schonende Bearbeitung erreicht werden. Das Walzen erfolgt gemäß einer Ausführungsform in einem Kalander.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
Walzen entlang verschiedener Walzrichtungen.
Das Walzen kann beispielsweise in einem Kalander erfolgen. Da es sich um keinen klassischen Roll-to-Roll-Prozess handelt, erfolgt keine mechanische Beanspruchung durch Zugkräfte auf die Elektrode bzw. das Einzelblatt. Dadurch ist die Gefahr des Reißens des Einzelblatts bzw. der unbeschichteten Bereiche quasi beseitigt. Ge mäß einer Ausführungsform ist zumindest eine Kalanderwalze beheizt, um die Ver dichtung zur erleichtern.
Besonders vorteilhaft kann dadurch eine höhere Verpressung der Elektrode und da mit das Erzielen einer höheren Elektrodendichte erreicht werden. In der Folge kön nen mit derartigen Elektroden höhere Leistungen und höhere Energiedichten erzielt werden.
Besonders vorteilhaft ist es vorliegend auch möglich, entlang verschiedener Walz richtungen zu walzen bzw. unterschiedliche Verdichtungsverfahren zu kombinieren, beispielsweise zuerst ein Verdichten mit einem Stempelwerkzeug und im Anschluss ein Verdichten mittels Walzen in einem Kalander. Dabei können die vorgenannten Walzrichtungen beispielsweise senkrecht oder im Wesentlichen senkrecht zueinan der stehen, um etwaige Verformungen auszugleichen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
Verlagern oder Transportieren der Einzelblätter mittels Sauggreifer.
Für die Ab- und Zuführung der unbeschichteten und beschichteten Einzelblätter, welche beispielsweise in Magazinen zwischengelagert werden können, können Sauggreifer dienen, die auch mit Robotik automatisiert werden können.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
Verlagern oder T ransportieren der Einzelblätter mittels T ransportfolien. Gemäß einer Ausführungsform werden die Einzelblätter auf einer Polyesterfolie ge führt und positioniert, gemäß einer Ausführungsform auch, besonderes geschützt, insbesondere mechanisch und thermisch, zwischen zwei Polyesterfolien.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
Beschichten des Einzelblatts mit einem Verfahren, ausgewählt aus einem der Folgenden: Laminieren, Kleben, Kaschieren, Extrudieren, Trockenbe schichten, Nassbeschichten, direktes Nassbeschichten etc.
Nach dem Beschichten erfolgt in der Regel ein Trocknungsvorgang. Hierbei wird bei einer Nassbeschichtung das sogenannte Träger-Lösungsmittel (z. B. Wasser) abge zogen. In aller Regel schließt sich nach eine Vakuum-Trocknung an, bei der die Restfeuchte in der Elektrode reduziert wird.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
Nachschneiden des Einzelblatts nach dem Einstellen der Porosität.
Gemäß einer Ausführungsform wird in diesem Schritt die finale Form des Einzel blatts hergestellt, mit andere Worten dessen Endkontur. Wie bereits angedeutet, kann dieser Verfahrensschritt auch derart ausgebildet sein, dass hierbei der Ablei terbereich mit ausgebildet wird. Zum Schneiden kommen bevorzugt die bereits ge nannten mechanischen und/oder thermischen Schneidverfahren zum Einsatz.
Die Erfindung betrifft auch eine Elektrode, insbesondere eine Korn posit- Elektrode, insbesondere für eine Energiespeicherzelle, eine Lithiumionenbatterie bzw. einen Lithiumionenakku, umfassend ein Trägermaterial, welches Einzelblattdimensionen aufweist, und wobei das Trägermaterial eine Beschichtung aufweist, welche unver- dichtet ist. Insbesondere handelt es sich um eine unverdichtete Einzelblatt-Elekt- rode. Die Elektrode weist bevorzugt keinen oder nur einen sehr kleinen unbeschich teten Bereich auf. Dadurch ist die Gefahr des Reißens der Elektrode bzw. der Stel len am Trägermaterial, die nicht beschichtet sind, nicht mehr vorhanden und eine
höhere Verpressung der Elektrode und damit das Erzielen einer höheren Elektro dendichte werden ermöglicht. Es hat sich gezeigt, dass eine derartige Elektrode sehr gut weiterverarbeitet werden kann.
Die Erfindung betrifft auch einen Elektrodenstapel, umfassend eine Vielzahl von sta pelförmig angeordneten Elektroden, Kathoden und Anoden, hergestellt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren. Um einen den Elektrodenstapel zu konfektionieren, werden die Elektroden mit einem Separator zusammen verwendet. Es können alle bekannten Separatoren zu einem Einzelblatt konfektioniert und appliziert werden.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Elektrodenstapel als Einzelblattstapel ausge bildet. Alternativ ist der Elektrodenstapel als Bizellenstapel ausgebildet.
Weiter betrifft die Erfindung einen Energiespeicher, umfassend einen erfindungsge mäßen Elektrodenstapel. Bei dem Energiespeicher handelt es sich gemäß einer Ausführungsform um eine Lithiumionenzelle oder um eine Lithium-Schwefel-Zelle.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst der Energiespeicher ein festes Zellgehäuse, welches insbesondere eine prismatische Form aufweist. Alternativ kann der Ener giespeicher als Pouchbag oder Soft-Pack ausgebildet sein, wobei es hierbei um eine weiche Verpackung, bestehend aus hochveredelter Aluminium-Verbundfolie handelt. Alternative Zellgehäuseformen sind ebenfalls möglich. Grundsätzlich er möglicht das Stapeln der Elektroden eine extrem hohe Ausnutzung eckiger, insbe sondere kubischer oder quaderförmiger, Zellgehäuse, vgl. insbesondere die vorge nannten prismatischen Zellgehäuse.
Weiter betrifft die Erfindung eine Traktionsbatterie, umfassend zumindest einen er findungsgemäßen Energiespeicher. Bevorzugt ist die Traktionsbatterie ausgelegt zur Verwendung in einem Kraftfahrzeug, wie einem Personenkraftwagen, einem Kraftrad oder auch einem Nutzfahrzeug.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen von Verfahren mit Bezug auf die beigefügten Figuren. Ver schiedene Merkmale können dabei im Rahmen der Erfindung miteinander kombi niert werden.
Es zeigen:
Fig. 1: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines erfin dungsgemäßen Verfahrensablaufs zur Herstellung einer Elektrode;
Fig. 2: eine schematische Darstellung eines alternativen Verfahrensablaufs gemäß einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
Fig. 1 zeigt links zwei Ausführungsformen von Trägermaterialien bzw. Trägerfolien 10, welche sich entlang einer Bahnrichtung B erstrecken. Die obere Variante ist streifenförmig beschichtet, vgl. das Bezugszeichen 22, die untere Variante streifen förmig und entlang der Bahnrichtung B intermittierend. Die unbeschichteten Berei che sind mit dem Bezugszeichen 26 skizziert. Eine Verdichtung ist noch nicht er folgt, eine Porosität der Elektrode also noch nicht eingestellt. Zweckmäßigerweise werden aus derartigen Trägermaterialien 10 Einzelblätter erzeugt, vgl. das Bezugs zeichen 20. In der hier dargestellten Ausführungsform ist dabei ein Ableiterbereich 24 automatisch mit ausgebildet. Das Einstellen der Porosität der Elektrode(n)bzw. das Verdichten oder Verpressen erfolgt erst in einem nachfolgenden Schritt, mit Vorteil also direkt am Einzelblatt 20. Die Bezugszeichen W1 und W2 bezeichnen beispielhaft zwei Walzrichtungen. Das Verdichten entlang verschiedener Richtungen erhöht die Prozessstabilität, da etwaige Verformungen bestmöglich ausgeglichen werden können. Nach dem Verpressen oder Verdichten der Elektroden erfolgt in ei nem letzten Schritt ggf. ein Nachschneiden des Einzelblatts 20 auf Endkontur. Je nach Ausführungsform kann dieser Schritt aber auch entfallen. Für den Fall, dass der Ableiterbereich 24 beschichtet ist, kann dieser ebenfalls nachträglich freigelegt werden.
Fig. 2 zeigt eine alternative Ausführungsform eines Verfahrens zur Herstellung einer Elektrode, wobei die wesentlichen Schritte aus der Fig. 1 bekannt sind. Ein ent scheidender Unterschied besteht darin, dass hier beim Erzeugen eines Einzelblatts 20 aus einer Trägerfolie 10 ein Ableiterbereich 24 nicht bereits mit erzeugt wird. Stattdessen wird der Ableiterbereich 24 erst in einem letzten Bearbeitungsschritt er zeugt. Das Einzelblatt 20 weist zunächst streifenförmige unbeschichtete Bereiche 26 auf. Diese können vorteilhafterweise dazu genutzt werden, das Einzelblatt 20 im Prozess besser zu handeln. Dabei sind die unbeschichteten Bereiche 26 derart klein bemessen, dass beim Verpressen, Verdichten bzw. Kalandrieren keine Falten,
Risse oder dergleichen auftreten.
Bezugszeichenliste
10 Trägermaterial, Trägerfolie 20 Einzelblatt 22 Beschichtung, Beschichtungsmasse
24 Ableiterbereich 26 unbeschichteter Bereich W1 erste Walzrichtung W2 zweite Walzrichtung B Bahnrichtung
Claims
1. Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Energiespeicherzelle, umfassend die Schritte:
- Beschichten eines Trägermaterials (10);
- Bearbeiten des Trägermaterials zum Erzeugen zumindest eines Einzel- blatts (20);
- Einstellen der Porosität der Elektrode am Einzelblatt (20).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , umfassend den Schritt: - Bearbeiten durch Aus- oder Zuschneiden mittels eines thermischen oder mechanischen Schneidverfahrens.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Trägermaterial (10) nur bereichsweise beschichtet ist, umfassend den Schritt:
- Bearbeiten des Trägermaterials (10) entlang der beschichteten Bereiche.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte: - Formen eines Ableiterbereichs (24) beim Bearbeiten des Trägermaterials
(10).
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1-3, umfassend den Schritt: - Ausformen eines Ableiterbereichs (24) nach dem Einstellen der Porosität.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt:
- Einstellen der Porosität durch Verpressen und/oder Walzen.
7. Verfahren nach Anspruch 6, umfassend den Schritt:
Walzen entlang verschiedener Richtungen (W1, W2).
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt:
- Verlagern der Einzelblätter (20) mittels Sauggreifer.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt:
Verlagern oder T ransportieren der Einzelblätter (20) mittels T ransportfolien.
10. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt:
- Nachschneiden des Einzelblatts (20) nach dem Einstellen der Porosität.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt:
- Beschichten des Einzelblatts (20) mit einem Verfahren, ausgewählt aus zu mindest einem der folgenden: Laminieren, Kleben, Kaschieren, Extrudie ren, Trockenbeschichten, Nassbeschichten, direkte Nassbeschichtung.
12. Elektrode, umfassend ein Trägermaterial (10), welches Einzelblatt-Dimensionen auf weist, und wobei das Trägermaterial (10) eine Beschichtung aufweist, welche unverdich- tet ist.
13. Elektrodenstapel, umfassend eine Vielzahl von stapelförmig angeordneten Elektroden, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1- 11.
14. Energiespeicher, umfassend einem Elektrodenstapel nach Anspruch 13.
15. Traktionsbatterie, umfassend zumindest einen Energiespeicher nach An spruch 14.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114300751A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-04-08 | 惠州锂威新能源科技有限公司 | 一种多极耳锂离子电池及其制备方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2296209A1 (de) | 2009-08-14 | 2011-03-16 | SB LiMotive Co., Ltd. | Elektrodenplatte für eine Sekundärbatterie und Sekundärbatterie damit |
DE102011088824A1 (de) * | 2011-11-30 | 2013-06-06 | Volkswagen Ag | Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien und ihre Herstellung |
DE102013207353A1 (de) * | 2013-04-23 | 2014-10-23 | Thyssenkrupp System Engineering Gmbh | Verfahren zur Herstellung einer Elektrode und Elektrode für eine Energiespeicherzelle |
DE102017215143A1 (de) | 2017-08-30 | 2019-02-28 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Elektrode und verfahren zur ihrer herstellung |
Family Cites Families (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR100337707B1 (ko) * | 2000-09-25 | 2002-05-22 | 정근창 | 포케팅 전극체 및 그 제조방법과 이를 이용한 리튬이온이차전지 |
CN101095252A (zh) * | 2005-01-25 | 2007-12-26 | 石川岛播磨重工业株式会社 | 电池电极板成形设备 |
JP2010080272A (ja) | 2008-09-26 | 2010-04-08 | Panasonic Corp | 電池用極板の製造方法 |
JP5699559B2 (ja) * | 2010-11-17 | 2015-04-15 | ソニー株式会社 | 非水電解質電池 |
KR102045194B1 (ko) * | 2011-05-11 | 2019-11-15 | 데이진 아라미드 비.브이. | 테입의 조합된 롤링 및 신장을 위한 공정 |
JP5835813B2 (ja) * | 2012-12-20 | 2015-12-24 | 大野ロール株式会社 | 薄膜状電極板圧延方法およびこの方法に用いるプレス圧延機 |
JP6277490B2 (ja) * | 2014-02-10 | 2018-02-14 | パナソニックIpマネジメント株式会社 | 塗膜物の製造装置 |
DE102014210803A1 (de) * | 2014-06-05 | 2015-12-17 | Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V. | Elektroenergiespeicherelement, Verfahren und Vorrichtung zu seiner Herstellung |
JPWO2016063175A1 (ja) * | 2014-10-24 | 2017-08-31 | 株式会社半導体エネルギー研究所 | 電極およびその作製方法、負極およびその作製方法、蓄電装置並びに電子機器 |
DE102015217749A1 (de) * | 2015-09-16 | 2017-03-16 | Robert Bosch Gmbh | Beschichtetes Kathodenaktivmaterial für eine Batteriezelle |
DE102017218137A1 (de) * | 2017-10-11 | 2019-04-11 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenanordnung, Elektrodenanordnung und Batteriezelle mit einer solchen Elektrodenanordnung |
JP7037992B2 (ja) | 2018-04-09 | 2022-03-17 | 日産自動車株式会社 | 電池の製造方法 |
DE102018208187A1 (de) | 2018-05-24 | 2019-11-28 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine elektrische Energiespeichereinheit sowie entsprechende Transportvorrichtung |
DE102018210717A1 (de) | 2018-06-29 | 2020-01-02 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenverbundes für eine elektrische Energiespeichereinheit und entsprechende elektrische Energiespeichereinheit |
CN208797098U (zh) * | 2018-11-09 | 2019-04-26 | 宁德时代新能源科技股份有限公司 | 极片辊压装置 |
-
2020
- 2020-02-27 DE DE102020105155.7A patent/DE102020105155A1/de active Pending
-
2021
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- 2021-02-02 WO PCT/EP2021/052356 patent/WO2021170350A1/de active Application Filing
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2296209A1 (de) | 2009-08-14 | 2011-03-16 | SB LiMotive Co., Ltd. | Elektrodenplatte für eine Sekundärbatterie und Sekundärbatterie damit |
DE102011088824A1 (de) * | 2011-11-30 | 2013-06-06 | Volkswagen Ag | Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien und ihre Herstellung |
DE102013207353A1 (de) * | 2013-04-23 | 2014-10-23 | Thyssenkrupp System Engineering Gmbh | Verfahren zur Herstellung einer Elektrode und Elektrode für eine Energiespeicherzelle |
DE102017215143A1 (de) | 2017-08-30 | 2019-02-28 | Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft | Elektrode und verfahren zur ihrer herstellung |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN114300751A (zh) * | 2021-12-15 | 2022-04-08 | 惠州锂威新能源科技有限公司 | 一种多极耳锂离子电池及其制备方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
US20230089030A1 (en) | 2023-03-23 |
CN114981998A (zh) | 2022-08-30 |
DE102020105155A1 (de) | 2021-09-02 |
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