DE102016218490A1 - Method for producing a film stack for a battery cell - Google Patents

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Thomas Juestel
Thomas Kretschmar
Mathias Derra
Johannes Proell
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Folienstapels für eine Batteriezelle mit den folgenden Schritten: Bereitstellen einer Separatorfolie (4) mit zumindest einer ersten Schicht (6), die ein Polyolefin aufweist, und zumindest einer Keramikschicht (8), Abtragen der Keramikschicht (8) an definierten Stellen (10) der Separatorfolie (4) mittels eines Lasers, Anordnen einer ersten Elektrodenfolie auf der Separatorfolie (4), Verbinden der Separatorfolie (4) an Stellen, an denen die Keramikschicht (8) abgetragen wurde, mit einer weiteren Separatorfolie oder nach Faltung mit sich selbst zur Ausbildung einer Tasche, in welcher die erste Elektrodenfolie angeordnet ist und Anordnen derartig hergestellter Taschen und zweiter Elektrodenfolien zu Folienstapeln.The invention relates to a method for producing a film stack for a battery cell comprising the following steps: providing a separator film (4) having at least one first layer (6) comprising a polyolefin, and at least one ceramic layer (8), removing the ceramic layer (8 ) at defined locations (10) of the separator film (4) by means of a laser, arranging a first electrode film on the separator film (4), bonding the separator film (4) to locations where the ceramic layer (8) has been removed, with a further separator film or after folding with itself to form a pocket in which the first electrode foil is arranged and arranging such manufactured pockets and second electrode foils into foil stacks.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Folienstapels für eine Batteriezelle.The invention relates to a method for producing a film stack for a battery cell.

Stand der TechnikState of the art

US 2015/0202647 A zeigt ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle, bei dem eine Separatorfolie ausgebildet wird, wobei die Separatorfolie ein Substrat aus einem porösen Polyolefinharzfilm und eine darauf angeordnete hitzebeständige Keramikschicht aufweist. Die hitzebeständige Schicht wird an Bereichen, an denen der Separator geschweißt wird, ausgespart. US 2015/0202647 A shows a method of manufacturing a battery cell in which a separator film is formed, wherein the separator film comprises a substrate made of a porous polyolefin resin film and a heat-resistant ceramic layer disposed thereon. The heat-resistant layer is recessed at areas where the separator is welded.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Stapelgeschwindigkeit und eine Positionierungspräzision bei der Herstellung eines Folienstapels für eine Batteriezelle zu erhöhen. Eine weitere Aufgabe ist es, eine kostengünstige Verbindungstechnik von Separatorfolien in Folienstapeln bereitzustellen.It is an object of the invention to increase stacking speed and positioning precision in the manufacture of a film stack for a battery cell. Another object is to provide an inexpensive joining technique of separator sheets in film stacks.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Ein erfindungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Folienstapels für eine Batteriezelle umfasst die folgenden Schritte:

  • a) Bereitstellen einer Separatorfolie mit zumindest einer ersten Schicht, die ein Polyolefin aufweist, und zumindest einer Keramikschicht,
  • b) Abtragen der Keramikschicht an definierten Stellen der Separatorfolie mittels eines Lasers,
  • c) Anordnen einer ersten Elektrodenfolie auf der Separatorfolie,
  • d) Verbinden der Separatorfolie an den Stellen, an denen die Keramikschicht abgetragen wurde,
  • d1) mit einer weiteren Separatorfolie oder
  • d2) nach Faltung mit sich selbst zur Ausbildung einer Tasche, in welcher die erste Elektrodenfolie angeordnet ist, und
  • e) Anordnen derartig hergestellter Taschen und zweiter Elektrodenfolien zu Folienstapeln.
An inventive method for producing a film stack for a battery cell comprises the following steps:
  • a) providing a separator film having at least a first layer comprising a polyolefin and at least one ceramic layer,
  • b) removal of the ceramic layer at defined locations of the separator film by means of a laser,
  • c) arranging a first electrode foil on the separator foil,
  • d) connecting the separator film at the locations where the ceramic layer has been removed,
  • d1) with another separator film or
  • d2) after folding with itself to form a pocket, in which the first electrode foil is arranged, and
  • e) arranging such manufactured bags and second electrode sheets to film stacks.

Mit „Folie“ wird eine im Wesentlichen flach ausgebildete Elektrode oder Separatorschicht bezeichnet. Bei der flachen Elektrode oder Separatorschicht sind zwei räumliche Dimensionen um eine oder bevorzugt mehrere Größenordnungen größer ausgebildet als die dritte räumliche Dimension. Die Folie kann in der Fläche eine beliebige Form aufweisen, zum Beispiel quadratisch, rechteckig, abgerundete Ecken, oval, kreisförmig oder ähnliches.By "foil" is meant a substantially flat electrode or separator layer. In the flat electrode or separator layer, two spatial dimensions are larger by one or preferably several orders of magnitude than the third spatial dimension. The film may have any shape in the surface, for example, square, rectangular, rounded corners, oval, circular or the like.

Unter „Tasche“ wird eine Anordnung bezeichnet, bei welcher die Elektrodenfolie zwischen zwei Separatorfolien nach Art eines Sandwiches angeordnet ist. Die Tasche kann an einer, zwei, drei oder vier Seiten punktuell oder vollständig geschlossen sein. Punktuell verschlossen bedeutet an einer Stelle, zwei Stellen, drei Stellen, vier Stellen oder noch mehr Stellen."Bag" refers to an arrangement in which the electrode film is arranged between two separator films in the manner of a sandwich. The bag can be closed on one, two, three or four sides punctually or completely. Locked at one point means two places, three places, four places or even more places.

Gemäß einer ersten Ausführungsform wird zunächst die erste Elektrodenfolie im Wesentlichen gleich groß wie die Separatorfolie ausgebildet bereitgestellt und auf dieser positioniert. Der Begriff „Im Wesentlichen gleich groß“ bedeutet dabei, dass die erste Elektrodenfolie die Separatorfolie bis auf die definierten Stellen, an denen die Keramikschicht abgetragen wird oder wurde, großflächig überdeckt. Beispielsweise ist die erste Elektrodenfolie um einen Randbereich kleiner ausgebildet, auf dem sich die definierten Stellen befinden. Eine bevorzugt spiegelsymmetrisch gleich wie die Separatorfolie ausgebildete weitere Separatorfolie wird bereitgestellt, der Anordnung mit der Separatorfolie und der ersten Elektrodenfolie zugeführt und auf dieser Anordnung positioniert. Durch Verbinden der Separatorfolien an Stellen, an denen die Keramikschichten abgetragen wurden, wird die Tasche gebildet, in welcher die erste Elektrodenfolie angeordnet ist. Bei dieser Ausführungsform können die Folien kontinuierlich „vom Band“ bereitgestellt werden. Dabei können die Taschen am Band produziert und in weiteren Schritten vereinzelt werden.According to a first embodiment, firstly the first electrode foil is provided substantially identically sized as the separator foil and positioned on this. The term "essentially the same size" here means that the first electrode foil covers the separator foil over a large area except for the defined locations at which the ceramic layer is or has been removed. By way of example, the first electrode foil is designed to be smaller around an edge area on which the defined locations are located. A further separator foil which is preferably mirror-symmetrical in the same way as the separator foil is provided, fed to the arrangement with the separator foil and the first electrode foil and positioned on this arrangement. By connecting the separator foils to locations where the ceramic layers have been removed, the pocket is formed in which the first electrode foil is arranged. In this embodiment, the films can be continuously provided "off the belt". The bags can be produced on the belt and separated in further steps.

Gemäß einer zweiten Ausführungsform ist es vorgesehen, dass die erste Elektrodenfolie im Wesentlichen gleich groß ausgebildet ist wie die Hälfte der Separatorfolie. Der Begriff „Im Wesentlichen gleich groß“ bedeutet hier ebenfalls, dass die erste Elektrodenfolie die Hälfte der Separatorfolie bis auf die definierten Stellen, an denen die Keramikschicht abgetragen wird oder wurde, großflächig überdeckt. Beispielsweise ist die erste Elektrodenfolie um einen Randbereich kleiner ausgebildet, auf dem sich die definierten Stellen befinden. Die erste Elektrodenfolie wird auf einer Hälfte der Separatorfolie angeordnet, woraufhin die Separatorfolie in der Mitte gefaltet wird, so dass die Hälfte, auf welcher die erste Elektrodenfolie nicht angeordnet ist, auf die Hälfte der Separatorfolie, auf welcher die erste Elektrodenfolie angeordnet ist, gefaltet wird. Durch Verbinden der beiden Separatorfolienhälften an Stellen, an denen die Keramikschichten abgetragen wurden, wird die Tasche gebildet, in welcher die erste Elektrodenfolie angeordnet ist. Auch hier kann die Zuführung der Folien vom Band erfolgen. Zweckmäßig werden die Folien vor der Faltung vereinzelt.According to a second embodiment, it is provided that the first electrode film is formed substantially the same size as half of the separator film. The term "essentially the same size" also means here that the first electrode foil covers over half of the separator foil over a large area except for the defined locations at which the ceramic layer is or has been removed. By way of example, the first electrode foil is designed to be smaller around an edge area on which the defined locations are located. The first electrode foil is placed on one half of the separator foil, whereupon the separator foil is folded in the middle, so that the half on which the first electrode foil is not arranged is folded onto half of the separator foil on which the first electrode foil is arranged , By connecting the two Separatorfolienhälften at locations where the ceramic layers were removed, the pocket is formed, in which the first electrode foil is arranged. Again, the supply of the films can be done from the tape. The films are expediently separated before folding.

Es kann daher vorgesehen sein, die Elektrodenfolien und Separatorfolien kontinuierlich zuzuführen, so dass die definierten, Laser-abgetragenen Bereiche zur Deckung kommen und daraufhin miteinander verbunden werden. Es kann vorgesehen sein, die Separatorfolien und Elektrodenfolien vor dem Verbinden zuzuschneiden oder nach dem Verbinden zuzuschneiden.It can therefore be provided to supply the electrode films and separator films continuously, so that the defined laser-ablated regions come to coincide and are then connected to one another. It may be provided to cut the separator sheets and electrode sheets prior to bonding or to cut them after bonding.

Die Keramikbeschichtung befindet sich zumindest auf der Innenseite der Tasche. Die Tasche beinhaltet nach der Herstellung die erste Elektrodenfolie und kann in einem weiteren Schritt alternierend mit jeweils einer zweiten Elektrodenfolie zügig zu einem Elektrodenstapel aufgebaut werden. Die zweite Elektrodenfolie ist dabei bevorzugt nicht in einer Tasche angeordnet, d. h. „unverpackt“. The ceramic coating is located at least on the inside of the bag. After production, the bag contains the first electrode foil and, in a further step, can be built up alternately with a respective second electrode foil rapidly to form an electrode stack. The second electrode foil is preferably not arranged in a pocket, ie "unpacked".

Die erste Schicht der Separatorfolie weist ein Polyolefin auf, wobei bevorzugt biaxial verstrecktes PP (Polypropylen) oder PE (Polyethylen) eingesetzt wird. Die Dicke der ersten Schicht beträgt bevorzugt von 10 bis 30 µm.The first layer of the separator film comprises a polyolefin, wherein preferably biaxially drawn PP (polypropylene) or PE (polyethylene) is used. The thickness of the first layer is preferably from 10 to 30 μm.

Eine zweite Schicht der Separatorfolie umfasst eine Keramik, bevorzugt Al2O3 oder Böhmit. Die Dicke der Keramikschicht beträgt bevorzugt von 1 bis 5 µm.A second layer of the separator film comprises a ceramic, preferably Al 2 O 3 or boehmite. The thickness of the ceramic layer is preferably from 1 to 5 μm.

Das Abtragen der Keramikschicht erfolgt mittels eines Lasers, wobei bevorzugt ein Laser eingesetzt wird, dessen Laserstrahl dazu ausgebildet ist, die Keramikbeschichtung durch Multiphotonen-Absorptionsprozesse zu verdampfen, was auch als kalter Materialabtrag bezeichnet wird. Der Laser wird auf der beschichteten Separatoroberfläche fokussiert, um dort die Keramikbeschichtung gezielt abzutragen. The removal of the ceramic layer by means of a laser, wherein preferably a laser is used, the laser beam is adapted to evaporate the ceramic coating by multiphoton absorption processes, which is also referred to as cold material removal. The laser is focused on the coated separator surface in order to remove the ceramic coating in a targeted manner.

Der Laser ist bevorzugt so eingerichtet, dass die erste Schicht mit dem Polyolefin-Trägermaterial nicht beeinträchtigt wird. Insbesondere ist der Laserstrahl so ausgebildet, dass bei dessen Einwirkung die elektrochemischen Eigenschaften, insbesondere Porengröße, Gurley-Wert und MacMullin-Zahl der ersten Schicht nicht verändert werden.The laser is preferably arranged so that the first layer is not affected by the polyolefin support material. In particular, the laser beam is designed such that when it acts, the electrochemical properties, in particular pore size, Gurley value and MacMullin number of the first layer are not changed.

Bevorzugt wird hierzu ein Laser mit einem gepulsten Laserstrahl eingesetzt. Besonders bevorzugt wird hierzu ein Laser mit einem gepulsten Laserstrahl mit Pulsbreiten von 80 fs bis 100 ps eingesetzt. Durch den Einsatz der Ultrakurzpuls-Laserstrahlung und der daraus resultierenden hohen Strahlintensitäten auf der beschichteten Separatoroberfläche wird die Keramikbeschichtung sehr effektiv verdampft.For this purpose, a laser with a pulsed laser beam is preferably used. Particularly preferred for this purpose, a laser is used with a pulsed laser beam with pulse widths of 80 fs to 100 ps. The use of ultrashort pulse laser radiation and the resulting high beam intensities on the coated separator surface evaporate the ceramic coating very effectively.

Der Laser weist bevorzugt eine Laserleistung von 0,1 bis 400 W auf. Alternativ kann der Laser eine mittlere Laserleistung von mehr als 400 W aufweisen. Bevorzugt wird ein Laser eingesetzt, welcher eine Laserscangeschwindigkeit von 0,1 bis 20 m/s aufweist. Besonders bevorzugt wird ein Laser eingesetzt, der eine Scangeschwindigkeit von mehr als 20 m/s aufweist. Bevorzugt wird ein Laser eingesetzt, der einen Fokusdurchmesser auf der Materialoberfläche von 5 bis 100 µm aufweist. Alternativ bevorzugt wird ein Laser eingesetzt, welcher einen Fokusdurchmesser auf der Materialoberfläche von mehr als 100 µm aufweist.The laser preferably has a laser power of 0.1 to 400 W. Alternatively, the laser may have an average laser power of more than 400W. Preferably, a laser is used which has a laser scanning speed of 0.1 to 20 m / s. Particular preference is given to using a laser which has a scanning speed of more than 20 m / s. Preferably, a laser is used which has a focus diameter on the material surface of 5 to 100 microns. Alternatively, preferably, a laser is used, which has a focus diameter on the material surface of more than 100 microns.

Als Laser wird bevorzugt ein Laser mit einer Wellenlänge zwischen 300 nm und 1100 nm eingesetzt, d. h. aus dem UV-Bereich bis nahem Infrarotbereich. Besonders bevorzugt wird ein Laser mit einer Wellenlänge von 343 nm, 515 nm oder 1030 bis 1064 nm eingesetzt.The laser used is preferably a laser with a wavelength between 300 nm and 1100 nm, ie. H. from the UV range to the near infrared range. Particular preference is given to using a laser having a wavelength of 343 nm, 515 nm or 1030 to 1064 nm.

In einer alternativen Ausführungsform kann vorgesehen sein, einen Excimerlaser einzusetzen, welcher bevorzugt eine Wellenlänge von zwischen 100 und 300 nm aufweist, besonders bevorzugt 157 nm, 193 nm oder 248 nm. Der Excimerlaser umfasst bevorzugt ein Flattop-Strahlprofil. Weiter bevorzugt weist der Excimerlaser eine Pulsdauer im Nanosekundenbereich auf. Der Excimerlaser wird auf die beschichtete Separatoroberfläche fokussiert und es erfolgt ein photochemischer oder photothermischer Materialabtrag.In an alternative embodiment it can be provided to use an excimer laser which preferably has a wavelength of between 100 and 300 nm, more preferably 157 nm, 193 nm or 248 nm. The excimer laser preferably comprises a flattop beam profile. More preferably, the excimer laser has a pulse duration in the nanosecond range. The excimer laser is focused on the coated Separatoroberfläche and there is a photochemical or photothermal material removal.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die definierten Stellen der Separatorfolie von 1 mm2 bis 10 cm2 groß ausgebildet. Die Größe und Form der definierten Stellen ist auf die Methode ihrer Verbindung im Schritt d) abgestimmt. Die definierten Stellen können beispielsweise quadratisch, rechteckig, kreisförmig, oval oder linienförmig ausgebildet sein. Bevorzugte Größenordnungen quadratischer Stellen sind von 5 mm × 5 mm bis 10 mm × 10 mm. Bevorzugte Größen von rechteckig ausgebildeten abzutragenden Stellen sind von 5 mm × 10 mm bis 10 mm × 20 mm. Kreisförmige Stellen weisen bevorzugt einen Radius von 1 mm bis 10 mm auf. Linienförmige Stellen sind in der Breite durch den Laserstrahl vorgegeben und können sich z. B. über Längen von 1 mm bis 20 cm erstrecken.According to a preferred embodiment, the defined locations of the separator film of 1 mm 2 to 10 cm 2 are formed large. The size and shape of the defined locations is matched to the method of their connection in step d). The defined locations may, for example, be square, rectangular, circular, oval or linear. Preferred magnitudes of square locations are from 5 mm × 5 mm to 10 mm × 10 mm. Preferred sizes of rectangularly shaped ablated points are from 5 mm × 10 mm to 10 mm × 20 mm. Circular locations preferably have a radius of 1 mm to 10 mm. Line-shaped points are given in width by the laser beam and can be z. B. extend over lengths of 1 mm to 20 cm.

Die definierten Stellen, an denen die Keramikschicht in Schritt b) abgetragen wird, sind bevorzugt symmetrisch angeordnet. Insbesondere sind sie bevorzugt spiegelsymmetrisch zu einer Hauptachse der Separatorfolie angeordnet. Letztere Ausführungsform ist insbesondere bei der Falttechnologie zu bevorzugen.The defined locations at which the ceramic layer is removed in step b) are preferably arranged symmetrically. In particular, they are preferably arranged mirror-symmetrically to a main axis of the separator film. The latter embodiment is to be preferred in particular in the folding technology.

Die Anzahl der definierten Stellen ist pro Tasche beispielsweise von 3 bis 20, bevorzugt 4 bis 12. Es kann vorgesehen sein, 3 oder 4 definierte Stellen nach Art eines gleichseitigen Dreiecks oder eines Quadrats anzuordnen. Es kann vorgesehen sein, ein Quadrat oder Rechteck mit weiteren definierten Stellen zu interpolieren, beispielsweise zwischen den Ecken noch weitere Punkte vorzusehen, so dass hier 8 definierte Stellen 10 vorgesehen sind.The number of defined locations per pocket is, for example, from 3 to 20, preferably 4 to 12. It can be provided to arrange 3 or 4 defined locations in the manner of an equilateral triangle or a square. It can be provided to interpolate a square or rectangle with further defined locations, for example to provide further points between the corners, so that 8 defined locations 10 are provided.

Die definierten Stellen werden beispielsweise mittels Polymerultraschallschweißen, Laserschweißen, Heißsiegeln, thermischem Bonden, Nähen, Rändeln und/oder Nadeln miteinander verbunden. The defined locations are interconnected, for example, by means of polymer ultrasonic welding, laser welding, heat sealing, thermal bonding, sewing, knurling and / or needling.

Es kann vorgesehen sein, zunächst einige der definierten Stellen miteinander zu verbinden, daraufhin die Elektrode einzusetzen und danach weitere der definierten Stellen miteinander zu verbinden. It may be provided to first connect some of the defined locations with each other, then insert the electrode and then connect further of the defined locations with each other.

In einer alternativen Ausführungsform werden die definierten Stellen mittels Laserdurchstrahlschweißen miteinander verbunden. Hierzu eignet sich z. B. eine Diodenlaserstrahlung, wobei die definierten Stellen, d. h. hier die zu verschweißenden Bereiche, mittels eines transparenten Niederhalters gehalten und anschließend thermisch verbunden werden. Ein derartiges Verfahren ist beispielsweise aus der WO 2006/000273 A1 bekannt.In an alternative embodiment, the defined locations are connected to one another by means of laser transmission welding. This is z. B. a diode laser radiation, wherein the defined locations, ie here the areas to be welded, held by a transparent blank holder and then thermally connected. Such a method is for example from the WO 2006/000273 A1 known.

Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle wird in einem ersten Schritt ein Folienstapel wie beschrieben hergestellt und in weiteren Schritten der Folienstapel in einem Batteriezellengehäuse angeordnet. Das Batteriezellengehäuse wird mit einem Elektrolyten befüllt und verschlossen.In a method according to the invention for producing a battery cell, a film stack is produced as described in a first step and arranged in further steps of the film stack in a battery cell housing. The battery cell housing is filled with an electrolyte and sealed.

Die Batteriezelle kann sowohl eine Primärbatteriezelle als auch eine Sekundärbatteriezelle bzw. Akkumulatorzelle sein, welche eingerichtet ist, elektrische Energie zu speichern und chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie umzuwandeln und umgekehrt.The battery cell may be both a primary battery cell and a secondary battery cell configured to store electrical energy and convert chemical reaction energy into electrical energy, and vice versa.

Die Erfindung ist auf alle Arten von Zellen anwendbar, die aus einzelnen Folien aufgebaut werden, zum Beispiel Lithium-Ionen-Batterien, Lithium-Schwefel-Batterien, Magnesium-Batterien. Insbesondere kann die Batteriezelle eine Lithium-Ionen-Zelle sein, die sich typischerweise durch besonders hohe Energiedichte, thermische Stabilität und geringe Selbstentladung auszeichnet. Der Einsatzzweck für die vorgestellte Batteriezelle kann insbesondere in Kraftfahrzeugen sein wie Elektrofahrzeugen, Hybridfahrzeugen und Plug-In-Hybridfahrzeugen.The invention is applicable to all types of cells made up of individual foils, for example lithium-ion batteries, lithium-sulfur batteries, magnesium batteries. In particular, the battery cell may be a lithium-ion cell, which is typically characterized by a particularly high energy density, thermal stability and low self-discharge. The intended use for the presented battery cell can be in particular in motor vehicles such as electric vehicles, hybrid vehicles and plug-in hybrid vehicles.

Als erste Elektrode für Lithium-Ionen-Zellen wird bevorzugt eine doppelseitig beschichtete Elektrode eingesetzt. Insbesondere wird vorgeschlagen, eine Kathode zum Beispiel der Form LiNixMnyCozO2, LiNiCoAlO2, LiCoO2, LiMn2O4, LiFePO4 oder Modifikationen daraus zu verwenden. Als Anoden werden bevorzugt Interkalationsanoden eingesetzt, insbesondere Graphit, Carbon Nanotubes oder Buckyballs. Alternativ können Konversionsanoden, z. B. Si, Sn, verwendet werden.As a first electrode for lithium-ion cells, a double-sided coated electrode is preferably used. In particular, it is proposed to use a cathode of, for example, LiNi x Mn y Co z O 2 , LiNiCoAlO 2 , LiCoO 2 , LiMn 2 O 4 , LiFePO 4, or modifications thereof. Intercalation anodes are preferably used as anodes, in particular graphite, carbon nanotubes or buckyballs. Alternatively, conversion anodes, e.g. As Si, Sn can be used.

Der Einsatzort der erfindungsgemäß hergestellten Elektrodenstapel ist beispielsweise gestapelte Lithium-Ionen-Pouchzellen, Hardcase-Zellen, insbesondere prismatische Hardcase-Zellen, BEV, Nutshell-Zellen und Mikrozellen.The location of use of the electrode stacks produced according to the invention is, for example, stacked lithium ion pouch cells, hardcase cells, in particular prismatic hardcase cells, BEV, Nutshell cells and microcells.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Der Einsatz keramikbeschichteter Separatoren verspricht eine höhere Sicherheit und Zuverlässigkeit der Lithium-Ionen-Zellen für den Einsatz zum Beispiel in Automotive-Anwendungen. Keramikbeschichtete Polyolefinseparatoren weisen darüber hinaus Vorteile in Bezug auf Hochvoltstabilität auf.The use of ceramic-coated separators promises greater safety and reliability of lithium-ion cells for use, for example, in automotive applications. Ceramic-coated polyolefin separators also have advantages in terms of high-voltage stability.

Vorteilhaft wird die Schrumpfung des Separators bei Temperatureinwirkung vermieden.Advantageously, the shrinkage of the separator is avoided in the action of temperature.

Die vorliegende Erfindung stellt den Erhalt der Vorteile der keramikbeschichteten Polyolefinseparatoren sicher und ermöglicht eine kostengünstige Verbindungstechnik insbesondere ohne den Einsatz von adhäsiven Zusatzwerkstoffen wie Klebstoffen oder Klebebändern.The present invention ensures the preservation of the advantages of the ceramic-coated polyolefin separators and enables a cost-effective connection technique, in particular without the use of adhesive filler materials such as adhesives or adhesive tapes.

Die Erfindung erlaubt, bei der Herstellung der Folienstapel die Stapelgeschwindigkeit im Vergleich zum Stand der Technik zu erhöhen. Der Stapelprozess kann technisch weiter in Richtung Hochgeschwindigkeitsstapeln optimiert werden. Durch die Erhöhung der Stapelgeschwindigkeit kann die Zellproduktion erhöht werden.The invention makes it possible to increase the stacking speed in comparison with the prior art in the production of the film stacks. The stacking process can be technically further optimized in the direction of high-speed stacking. By increasing the stack speed, cell production can be increased.

Weiter vorteilhaft wird die Lageänderung der einzelnen Schichten zueinander vermieden, so dass eine zuverlässige Fixierung im Zellverbund erreicht wird. Further advantageously, the change in position of the individual layers is avoided to each other, so that a reliable fixation in the cell assembly is achieved.

Durch die Vorkonditionierung der Separatorfolien zu einer Tasche mit innen liegender und gleichzeitig fixierter Elektrode können z. B. Lithium-Ionen-Zellstapel schnell und positionsgenau aufgebaut werden. Während bei derzeitig eingesetzten Stapelprozessen, welche typischerweise auf Pick&Place-Techniken basieren, bei denen die Kathoden-, Separatoren- und Anodenfolien alternierend aufeinander abgelegt werden, die Taktzeiten unterhalb von 10 Hz und die Positioniergenauigkeiten nur bei 0,5 mm liegen, kann durch die vorgeschlagene Technologie die Taktzeit und die Positioniergenauigkeit über die angegebenen Zahlenwerte hinaus erhöht werden.By preconditioning the Separatorfolien to a bag with internal and simultaneously fixed electrode z. B. lithium-ion cell stack can be constructed quickly and accurately positioned. While in currently used batch processes, which are typically based on pick & place techniques in which the cathode, separator and anode foils are alternately stacked, the cycle times below 10 Hz and the positioning accuracies are only 0.5 mm, can by the proposed Technology the cycle time and the positioning accuracy beyond the specified numerical values are increased.

Die Erfindung verspricht eine Erhöhung der Volumenausnutzung des Zellgehäuses, d. h. der räumlichen Kapazität der Zelle. Des Weiteren erlaubt die Erfindung auch eine Verringerung des Materialausschusses. The invention promises an increase in the volume utilization of the cell housing, d. H. the spatial capacity of the cell. Furthermore, the invention also allows a reduction of material scrap.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der beigefügten Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the accompanying drawings and the description below.

Es zeigenShow it

1 eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäß präparierte Separatorfolie, 1 a top view of an inventively prepared separator film,

2 eine Draufsicht auf eine Anordnung mit einer erfindungsgemäß präparierten Separatorzelle und einer ersten Elektrodenfolie, 2 a top view of an arrangement with an inventively prepared separator cell and a first electrode film,

3 eine durchscheinende Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Tasche, in welcher eine erste Elektrodenfolie angeordnet ist, 3 a translucent plan view of a pocket according to the invention, in which a first electrode foil is arranged,

4 zwei Schritte in einem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren, 4 two steps in a manufacturing process according to the invention,

5 eine Draufsicht auf eine Anordnung mit einer erfindungsgemäß präparierten Separatorfolie und darauf angeordneten ersten Elektrodenfolien und einer weiteren Separatorfolie 5 a plan view of an arrangement with an inventively prepared Separatorfolie and arranged thereon first electrode films and another separator film

6 eine durchscheinende Draufsicht auf erfindungsgemäße Taschen, in welchen erste Elektrodenfolien angeordnet sind, in Durchsicht und 6 a translucent plan view of pockets according to the invention, in which first electrode foils are arranged, in phantom and

7 eine schematische Darstellung eines Verfahrensschritts zur Herstellung des Folienstapels. 7 a schematic representation of a method step for producing the film stack.

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Komponenten mit gleichen oder ähnlichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei in Einzelfällen auf eine wiederholte Beschreibung dieser Komponenten verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar components are denoted by the same or similar reference numerals, wherein in individual cases a repeated description of these components is dispensed with. The figures illustrate the subject matter of the invention only schematically.

1 zeigt eine Separatorfolie 4, die zur Verwendung im erfindungsgemäßen Verfahren vorbereitet ist. 1 shows a Separatorfolie 4 , which is prepared for use in the method according to the invention.

Die Separatorfolie 4 weist einen rechteckigen Grundriss auf und umfasst eine erste Separatorfolienhälfte 4a und eine zweite Separatorfolienhälfte 4b, welche jeweils beispielhaft einen quadratischen Grundriss aufweisen. Die erste Separatorfolienhälfte 4a und die zweite Separatorfolienhälfte 4b sind bezüglich einer Achse y, die eine Hauptachse der Separatorfolie 4 bildet, spiegelsymmetrisch ausgebildet.The separator film 4 has a rectangular plan and includes a first separator film half 4a and a second separator film half 4b , which each have, for example, a square plan. The first separator film half 4a and the second separator film half 4b are relative to an axis y, which is a major axis of the separator film 4 forms, mirror-symmetrical design.

Die Separatorfolie 4 weist eine erste Schicht 6 auf, die ein Polymermaterial, insbesondere eine Polyolefinfolie wie biaxial verstrecktes PP, PE usw. enthält. Die erste Schicht 6 ist einseitig mit einer Keramik beschichtet, z. B. mit Al2O3 oder Böhmit. Die Keramikschicht 8 bedeckt zunächst die gesamte erste Schicht 6 der Separatorfolie 4, was nicht dargestellt ist. Dargestellt in 1 ist die Separatorfolie 4, nachdem an definierten Stellen 10 ein lokaler Abtrag der Keramikschicht 8 erfolgt ist. Der lokale Abtrag kann beispielsweise mittels eines Faserlasers, vorzugsweise gepulste Laserstrahlung, am meisten bevorzugt Ultrakurzpuls-Laserstrahlung mit Pulsdauern im Bereich von Piko- oder Femtosekunden oder mittels eines Excimerlasers erfolgt sein. The separator film 4 has a first layer 6 which contains a polymer material, in particular a polyolefin film such as biaxially oriented PP, PE, etc. The first shift 6 is coated on one side with a ceramic, z. B. with Al 2 O 3 or boehmite. The ceramic layer 8th first covers the entire first layer 6 the separator film 4 which is not shown. Shown in 1 is the separator film 4 after at defined places 10 a local removal of the ceramic layer 8th is done. The local ablation can be effected, for example, by means of a fiber laser, preferably pulsed laser radiation, most preferably ultrashort pulse laser radiation with pulse durations in the range of pico- or femtoseconds or by means of an excimer laser.

Die definierten Stellen 10, an denen die Keramikschicht 8 abgetragen wurde, sind bezüglich der Achse y symmetrisch angeordnet, d. h. dass die erste Separatorfolienhälfte 4a und die zweite Separatorfolienhälfte 4b spiegelsymmetrisch definierte Stellen 10 aufweisen, an denen die Keramikschicht 8 abgetragen wurde.The defined places 10 on which the ceramic layer 8th has been removed, are arranged symmetrically with respect to the axis y, ie that the first separator half 4a and the second separator film half 4b mirror-symmetrically defined locations 10 have, where the ceramic layer 8th was removed.

Der beschriebene spiegelsymmetrische Aufbau der ersten und zweiten Separatorfolienhälften 4a, 4b ist dadurch bedingt, dass die erste Separatorfolienhälfte 4a während des Herstellungsverfahrens des Folienstapels 2 auf die zweite Separatorfolienhälfte 4b entlang einer Faltlinie 12, welche mit der Achse y zusammenfällt, gefaltet wird. In 1 ist dies durch die beiden Pfeile angedeutet. Die definierten Stellen 10 befinden sich am Rand der Separatorfolie 4. Im dargestellten Ausführungsbeispiel weisen die erste und die zweite Separatorfolienhälfte 4a, 4b jeweils sieben definierte Stellen 10 auf, welche entlang des Rands positioniert sind. Vier definierte Stellen 10 sind dabei in den Ecken des quadratischen Grundrisses angeordnet und weitere drei definierte Stellen 10 sind jeweils in der Mitte einer Seite angeordnet. Alternative Ausführungsformen sind selbstverständlich möglich, so können etwa die in den Ecken gelegenen definierten Stellen 10 nicht vorhanden sein oder etwa die in den Seiten gelegenen definierten Stellen 10 nicht vorhanden sein. Selbstverständlich können weitere definierte Stellen 10 vorgesehen sein, beispielsweise zusätzlich zu den Ecken jeweils zwei oder mehr definierte Stellen 10 pro Seitenkante. Zentral, also jeweils in der Mitte einer Separatorfolienhälfte 4a, 4b, kann eine achte definierte Stelle 10 vorgesehen sein.The described mirror-symmetrical structure of the first and second Separatorfolienhälften 4a . 4b is due to the fact that the first Separatorfolienhälfte 4a during the manufacturing process of the film stack 2 on the second Separatorfolienhälfte 4b along a fold line 12 , which coincides with the axis y, is folded. In 1 this is indicated by the two arrows. The defined places 10 are located on the edge of the separator film 4 , In the illustrated embodiment, the first and second Separatorfolienhälfte 4a . 4b each seven defined places 10 on which are positioned along the edge. Four defined places 10 are arranged in the corners of the square plan and another three defined locations 10 are each arranged in the middle of a page. Of course, alternative embodiments are possible, such as the defined locations in the corners 10 not exist or about the defined locations in the pages 10 not available. Of course, more defined places 10 be provided, for example, in addition to the corners in each case two or more defined locations 10 per side edge. Central, ie in the middle of a Separatorfolienhälfte 4a . 4b , can be an eighth defined point 10 be provided.

2 zeigt die Separatorfolie 4 aus 1, wobei auf der zweiten Separatorfolienhälfte 4b eine erste Elektrodenfolie 14 angeordnet ist. Die erste Elektrodenfolie 14 umfasst einen beispielhaft quadratisch geformten Bereich mit aktiven Schichten 16 und einen Stromableiter 18. Der Bereich mit den aktiven Schichten 16 ist bezüglich der zweiten Separatorfolienhälfte 4b zentral angeordnet und von den definierten Stellen 10 umgeben. Die erste Elektrodenfolie 14 ist in ihren Abmessungen etwas kleiner als die zweite Separatorfolienhälfte 4b ausgebildet, so dass ein Rand in allen Richtungen übersteht, auf dem sich die definierten Stellen 10 befinden. Der Stromableiter 18 steht nach Art eines Fähnchens über die Separatorfolie 4 hinaus und dient der Kontaktierung der ersten Elektrodenfolie 14 von außen. 2 shows the separator film 4 out 1 , wherein on the second Separatorfolienhälfte 4b a first electrode foil 14 is arranged. The first electrode foil 14 comprises an exemplary square-shaped region with active layers 16 and a current collector 18 , The area with the active layers 16 is with respect to the second separator film half 4b centrally located and from the defined locations 10 surround. The first electrode foil 14 is slightly smaller in size than the second separator film half 4b formed so that an edge protrudes in all directions, on which the defined places 10 are located. The current collector 18 is like a flag on the separator film 4 and serves to contact the first electrode foil 14 from the outside.

3 zeigt eine Tasche 20, welche nach Faltung der in 2 dargestellten Anordnung mit der ersten Elektrodenfolie 14 und der Separatorfolie 4 entsteht. Dabei wurde die erste Separatorfolienhälfte 4a entlang der Faltlinie 12 auf die zweite Separatorfolienhälfte 4b gefaltet, wie durch die Pfeile in 2 angedeutet. Die Tasche 20 umfasst daher zwei Lagen der Separatorfolie 4, nämlich eine untere Lage, welche durch die zweite Separatorfolienhälfte 4b gebildet ist, darauf angeordnet die erste Elektrodenfolie 14, und darüber eine ober Lage, die durch die erste Separatorfolienhälfte 4a gebildet ist. Der Stromableiter 18 steht über die Tasche 20 hinaus. 3 shows a bag 20 , which after folding the in 2 illustrated arrangement with the first electrode foil 14 and the separator film 4 arises. This was the first Separatorfolienhälfte 4a along the fold line 12 on the second Separatorfolienhälfte 4b folded, as indicated by the arrows in 2 indicated. The pocket 20 therefore comprises two layers of the separator film 4 namely, a lower layer passing through the second separator film half 4b is formed, disposed thereon, the first electrode film 14 , and above it an upper layer passing through the first separator film half 4a is formed. The current collector 18 stands over the bag 20 out.

Die definierten Stellen 10 sind nun in den Ecken der Tasche 20 angeordnet und zusätzlich gibt es drei definierte Stellen 10, welche die Ecken interpolieren.The defined places 10 are now in the corners of the bag 20 arranged and additionally there are three defined places 10 interpolating the corners.

4 zeigt einen Schritt im Herstellungsverfahren eines Folienstapels 2, wobei die mit Bezug zu 3 beschriebene Tasche 20 zunächst an den definierten Stellen 10 verarbeitet wird. Die definierten Stellen 10 bilden Verbindungsstellen, wo nun die übereinanderliegenden, von Keramik befreiten Bereiche der Separatorfolie 4 vorliegen. An den definierten Stellen 10 werden die betreffenden Schichten mittels Ultraschall oder anderen Verfahren verbunden. 4 shows a step in the manufacturing process of a film stack 2 , with reference to 3 described bag 20 first at the defined places 10 is processed. The defined places 10 form connecting points, where now the superimposed, ceramic-free areas of Separatorfolie 4 available. At the defined places 10 The respective layers are connected by means of ultrasound or other methods.

Über so genannte Pick&Place-Techniken, beispielsweise Roboter in Scara- oder Delta-Bauweise, wird die Tasche 20 in eine Montageform überführt, welche durch Positionierführungen 24 angedeutet ist. Die Positionierführungen 24 sind so angeordnet, dass eine wechselnde Anordnung von Taschen 20 und zweiten Elektrodenfolien 22 aufeinander den Folienstapel 2 bildet. Wie in 4 dargestellt, weist die zweite Elektrodenfolie 22 in etwa ähnliche Abmessungen wie die Tasche 20 auf, d. h. in dieser Ausführungsform ähnliche Abmessungen wie die ersten oder zweiten Separatorfolienhälften 4a, 4b. Lediglich in Richtung des Stromableiters 18 der zweiten Elektrodenfolie 22 verbleibt ein Positionierspalt 25.So-called pick & place techniques, such as scara or delta-style robots, become the bag 20 converted into an assembly form, which by positioning guides 24 is indicated. The positioning guides 24 are arranged so that a changing arrangement of pockets 20 and second electrode foils 22 on each other the film pile 2 forms. As in 4 shown, has the second electrode foil 22 roughly the same dimensions as the bag 20 on, ie in this embodiment, similar dimensions as the first or second Separatorfolienhälften 4a . 4b , Only in the direction of the current conductor 18 the second electrode foil 22 there remains a positioning gap 25 ,

Das mit Bezug zu 1 bis 4 dargestellte und beschriebene Ausführungsbeispiel ermöglicht Taktzeiten von 10 Hz oder darüber hinaus sowie Positioniergenauigkeiten von weniger als 0,5 mm zwischen den Separator- und Elektrodenfolien 4, 14, 22 sowie bezüglich der Elektrodenfolien 14, 22 untereinander.The related to 1 to 4 illustrated and described embodiment allows cycle times of 10 Hz or beyond and positioning accuracies of less than 0.5 mm between the separator and electrode films 4 . 14 . 22 as well as with respect to the electrode films 14 . 22 among themselves.

Die Elektrodenfolien 14, 22 sind bevorzugt doppelseitig beschichtete Elektrodenfolien 14, 22, was sowohl die Kathode als auch die Anode betrifft. Alternativ können einseitig beschichtete Elektrodenfolien 14, 22 vorgesehen sein. Weiterhin wird bevorzugt die Kathodenfolie als erste Elektrodenfolie 14 in der Tasche 20 positioniert, da diese im Allgemeinen etwas kleiner als die Anodenfolie ausgebildet ist. Die zweiten Elektrodenfolien 22 sind dann entsprechend als Anodenfolien ausgeführt. Alternativ kann die Anodenfolie die erste Elektrodenfolie 14 und die Kathodenfolie die zweite Elektrodenfolie 22 bilden.The electrode foils 14 . 22 are preferably double-sided coated electrode foils 14 . 22 , which concerns both the cathode and the anode. Alternatively, single-sided coated electrode films 14 . 22 be provided. Furthermore, the cathode foil is preferred as the first electrode foil 14 in the bag 20 positioned, since this is generally formed slightly smaller than the anode foil. The second electrode foils 22 are then designed accordingly as anode foils. Alternatively, the anode foil may be the first electrode foil 14 and the cathode foil, the second electrode foil 22 form.

Es kann vorgesehen sein, dass die Separatorfolie 4, welche mit Bezug zu 1 dargestellt und beschrieben worden ist, als kontinuierlich zugeführtes Folienband bereitgestellt wird. Der Zuschnitt in die einzelnen Separatorfolien 4 kann beispielsweise nach der Positionierung der erste Elektrodenfolie 14 erfolgen oder vorher. Dabei kann der Falt- und Schneideprozess in einem kombinierten Montageschritt erfolgen.It can be provided that the separator film 4 which related to 1 has been shown and described, is provided as a continuously fed film strip. The cut into the individual separator foils 4 For example, after the positioning of the first electrode foil 14 done or before. The folding and cutting process can take place in a combined assembly step.

Mit Bezug zu 5 ist eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens dargestellt, wobei zunächst eine Separatorfolie 4 bereitgestellt wird, die, wie mit Bezug zu 1 beschrieben, die erste Schicht 6 und die Keramikschicht 8 aufweist (in 5 nicht extra dargestellt), wobei die Keramikschicht 8 an definierten Stellen 10 abgetragen wurde. Weiterhin wird eine weitere Separatorfolie 40 bereitgestellt, die so ausgebildet ist, so dass die definierten Stellen 10 bei Ablage der weiteren Separatorfolie 40 auf der Separatorfolie 4 zur Deckung kommen.In reference to 5 shows a further embodiment of the method according to the invention, wherein initially a Separatorfolie 4 which, as related to 1 described the first layer 6 and the ceramic layer 8th has (in 5 not shown), wherein the ceramic layer 8th at defined places 10 was removed. Furthermore, a further Separatorfolie 40 provided, which is designed so that the defined locations 10 when storing the other separator film 40 on the separator film 4 come to cover.

Das mit Bezug zu 5 bis 7 dargestellte und beschriebene Verfahren umfasst jedoch keinen Faltschritt. Stattdessen werden die Separatorfolie 4 und die weitere Separatorfolie 40 als Separatorfolienbahnen 26, 28 bereitgestellt, eine Anordnung mit ersten Elektrodenfolien 14 und der ersten Separatorfolienbahn 26 geschaffen, wobei die ersten Elektrodenfolien 14 auf der ersten Separatorfolienbahn 26 positioniert sind. Die zweite Separatorfolienbahn 28 wird daraufhin zugeführt und auf der Anordnung mit den ersten Elektrodenfolien 14 und der ersten Separatorfolienbahn 26 positioniert.The related to 5 to 7 however, the illustrated and described method does not include a folding step. Instead, the separator film 4 and the other separator film 40 as Separatorfolienbahnen 26 . 28 provided an arrangement with first electrode films 14 and the first separator film web 26 created, wherein the first electrode films 14 on the first separator film web 26 are positioned. The second separator foil web 28 is then supplied and on the assembly with the first electrode sheets 14 and the first separator film web 26 positioned.

6 zeigt die mit Bezug zu 5 beschriebene Anordnung nach Positionierung der zweiten Separatorfolienbahn 28 auf der ersten Separatorfolienbahn 26. Die zweite Separatorfolienbahn 28 ist spiegelsymmetrisch zur ersten Separatorfolienbahn 26 bezüglich der Lage und Anordnung der definierten Stellen 10 ausgebildet, so dass diese bei der Positionierung aufeinanderfallen. 6 shows the related to 5 described arrangement after positioning the second Separatorfolienbahn 28 on the first separator film web 26 , The second separator foil web 28 is mirror-symmetrical to the first separator film web 26 regarding the location and arrangement of the defined locations 10 trained, so that they coincide in the positioning.

In 6 ist dargestellt, wie an den definierten Stellen 10 Verbindungsschritte erfolgen, beispielsweise mittels Ultraschall oder den zuvor beschriebenen thermischen Methoden. Weiterhin ist es dargestellt, dass mittels eines Laserschnitts 30 entlang der Schneidelinien 32 die Separatorfolienbahnen 26, 28 in die einzelnen Taschen 20 vereinzelt werden. In dem dargestellten Beispiel sind die Taschen 20 rechteckig ausgestaltet.In 6 is shown as in the defined places 10 Connection steps take place, for example by means of ultrasound or the thermal methods described above. Furthermore, it is shown that by means of a laser cut 30 along the cutting lines 32 the separator film webs 26 . 28 in the individual pockets 20 to be isolated. In the example shown are the pockets 20 rectangular designed.

7 zeigt den Schritt des Anordnens der Taschen 20 in einem Montagewerkzeug, das durch die Positionierführungen 24 dargestellt ist und der zweiten Elektrodenfolien 22 zum Folienstapel 2. 7 shows the step of arranging the pockets 20 in an assembly tool that passes through the positioning guides 24 is shown and the second electrode foils 22 to the film pile 2 ,

Mit Bezug zu 1 bis 4 wurde ein Folienstapel 2 beschrieben, welcher im Wesentlichen quadratisch ausgebildet ist und mit Bezug zu 5 bis 7 wurde ein Folienstapel 2 beschrieben, welcher rechteckig ausgebildet ist. Dem Fachmann ist ersichtlich, dass die beschriebenen Verfahren nicht auf die dargestellten Geometrien beschränkt sind.In reference to 1 to 4 was a foil pile 2 described, which is formed substantially square and with reference to 5 to 7 was a foil pile 2 described, which is rectangular. It will be apparent to those skilled in the art that the described methods are not limited to the illustrated geometries.

Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr sind innerhalb des angegebenen Bereichs weitere Abwandlungen und Ergänzungen möglich, die dem Fachmann ersichtlich sind.The invention is not limited to the described embodiments. Rather, within the given range further modifications and additions are possible, which are apparent to those skilled.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • US 2015/0202647 A [0002] US 2015/0202647 A [0002]
  • WO 2006/000273 A1 [0024] WO 2006/000273 A1 [0024]

Claims (10)

Verfahren zur Herstellung eines Folienstapels (2) für eine Batteriezelle mit den folgenden Schritten: a) Bereitstellen einer Separatorfolie (4) mit zumindest einer ersten Schicht (6), die ein Polyolefin aufweist, und zumindest einer Keramikschicht (8), b) Abtragen der Keramikschicht (8) an definierten Stellen (10) der Separatorfolie (4) mittels eines Lasers, c) Anordnen einer ersten Elektrodenfolie (14) auf der Separatorfolie (4), d) Verbinden der Separatorfolie (4) an den definierten Stellen (10), an denen die Keramikschicht (8) abgetragen wurde, d1) mit einer weiteren Separatorfolie (40) oder d2) nach Faltung mit sich selbst zur Ausbildung einer Tasche (20), in welcher die erste Elektrodenfolie (14) angeordnet ist, und e) Anordnen derartig hergestellter Taschen (20) und zweiter Elektrodenfolien (22) zu Folienstapeln (2).Method for producing a film stack ( 2 ) for a battery cell, comprising the following steps: a) providing a separator film ( 4 ) with at least a first layer ( 6 ) comprising a polyolefin and at least one ceramic layer ( 8th ), b) removal of the ceramic layer ( 8th ) at defined locations ( 10 ) of the separator film ( 4 ) by means of a laser, c) arranging a first electrode foil ( 14 ) on the separator film ( 4 ), d) connecting the separator film ( 4 ) at the defined places ( 10 ), on which the ceramic layer ( 8th ), d1) with a further separator film ( 40 ) or d2) after folding with itself to form a pocket ( 20 ), in which the first electrode foil ( 14 ) and e) arranging such manufactured bags ( 20 ) and second electrode films ( 22 ) to foil stacks ( 2 ). Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser einen gepulsten Laserstrahl mit Pulsbreiten von 80 fs bis 100 ps aufweist.A method according to claim 1, characterized in that the laser comprises a pulsed laser beam with pulse widths of 80 fs to 100 ps. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Laser eine Wellenlänge von 300 nm bis 1100 nm, bevorzugt 343 nm, 515 nm oder 1030 bis 1064 nm aufweist, oder dass der Laser eine Wellenlänge von 100 nm bis 300 nm, bevorzugt 157 nm, 193 nm oder 248 nm aufweist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the laser has a wavelength of 300 nm to 1100 nm, preferably 343 nm, 515 nm or 1030 to 1064 nm, or that the laser has a wavelength of 100 nm to 300 nm, preferably 157 nm, 193 nm or 248 nm. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die definierten Stellen (10) der Separatorfolie (4) im Schritt b) von von 1 mm2 bis 10 cm2 groß ausgebildet sind, bevorzugt quadratisch von 5 mm × 5 mm bis 10 mm × 10 mm, rechteckig von 5 mm × 10 mm bis 10 mm × 20 mm oder kreisförmig mit einem Radius von 1 mm bis 10 mm oder linienförmig ausgebildet sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the defined locations ( 10 ) of the separator film ( 4 ) in step b) are formed from 1 mm 2 to 10 cm 2 in size, preferably square from 5 mm × 5 mm to 10 mm × 10 mm, rectangular from 5 mm × 10 mm to 10 mm × 20 mm or circular with a Radius of 1 mm to 10 mm or are formed linear. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die definierten Stellen (10) der Separatorfolie (4) im Schritt b) spiegelsymmetrisch zu einer Hauptachse der Separatorfolie (4) zueinander angeordnet sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the defined locations ( 10 ) of the separator film ( 4 ) in step b) mirror-symmetrical to a main axis of the separator film ( 4 ) are arranged to each other. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass pro Tasche (20) die Anzahl der definierten Stellen (10) von 3 bis 20, bevorzugt 4 bis 12 ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that per pocket ( 20 ) the number of defined digits ( 10 ) from 3 to 20, preferably 4 to 12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die definierten Stellen (10) mittels Polymer-Ultraschallschweißen, Laserschweißen, Heißsiegeln, thermischem Bonden, Nähen, Rändeln und/oder Nadeln miteinander verbunden werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the defined locations ( 10 ) by means of polymer ultrasonic welding, laser welding, heat sealing, thermal bonding, sewing, knurling and / or needling. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die definierten Stellen (10) mittels Laserdurchstrahlschweißen miteinander verbunden werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the defined locations ( 10 ) are connected to each other by means of laser transmission welding. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Separatorfolie (4) und die weitere Separatorfolie (40) als Separatorfolienbahnen (26, 28) bereitgestellt werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the separator film ( 4 ) and the further separator film ( 40 ) as separator film webs ( 26 . 28 ) to be provided. Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle, wobei in einem ersten Schritt ein Folienstapel (2) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 hergestellt wird und in weiteren Schritten der Folienstapel (2) in einem Batteriezellengehäuse angeordnet wird, das Batteriezellengehäuse mit einem Elektrolyten befüllt und verschlossen wird.Method for producing a battery cell, wherein in a first step a foil stack ( 2 ) according to one of claims 1 to 9 and in further steps of the film stack ( 2 ) is arranged in a battery cell housing, the battery cell housing is filled with an electrolyte and sealed.
DE102016218490.3A 2016-09-27 2016-09-27 Method for producing a film stack for a battery cell Withdrawn DE102016218490A1 (en)

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