DE102017216193A1

DE102017216193A1 - Process for the production of electrodes

Info

Publication number: DE102017216193A1
Application number: DE102017216193.0A
Authority: DE
Inventors: Thomas Peter; Mirko Maier; Christian Diessner; Andreas Letsch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2019-03-14
Also published as: WO2019052814A1; CN111316473A; CN111316473B

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Elektroden (21, 22) aus bandförmigem Material (66, 82) mit nachfolgenden Verfahrensschritten:Zunächst wird ein diskontinuierlicher Längsschnitt (102) im Randbereich (100) des bandförmigen Materials (66, 82) erzeugt.Es werden Kontaktfahnen (35, 36) beim diskontinuierlichen Längsschnitt (102) erzeugt.Dabei verbleiben Verbindungen (104) im Eckbereich (110) der Kontaktfahnen (35, 36) zwischen diesen und überschüssigen Material (106) des bandförmigen Materials (66, 82).Der Transport des gemäß der vorstehenden Verfahrensschritte behandelten bandförmigen Materials (66, 82) geht nun in eine Förderebene über, in der die Abtrennung des überschüssigen Materials (106) in Trennrichtung (108) erfolgt.The invention relates to a method for producing electrodes (21, 22) from strip-shaped material (66, 82) with the following method steps: First, a discontinuous longitudinal section (102) is produced in the edge region (100) of the strip-shaped material (66, 82) In this case, connections (104) remain in the corner region (110) of the contact lugs (35, 36) between them and excess material (106) of the band-shaped material (66, 82 The transport of the strip-shaped material (66, 82) treated in accordance with the above method steps now proceeds into a conveying plane, in which the separation of the excess material (106) in the separating direction (108) takes place.

Description

Technisches GebietTechnical area

Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Elektroden aus bandförmigen Materialien, auf eine Batteriezelle sowie deren Verwendung.The invention relates to a method for producing electrodes from strip-shaped materials, to a battery cell and their use.

Stand der TechnikState of the art

Die elektrische Energie ist mittels Batterien speicherbar. Batterien wandeln chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie um. Hierbei werden Primärbatterien und Sekundärbatterien unterschieden. Primärbatterien sind nur einmal funktionsfähig, während Sekundärbatterien, die auch als Akkumulator bezeichnet werden, wieder aufladbar sind. In einem Akkumulator finden insbesondere sogenannte Lithium-Ionen-Batteriezellen Verwendung. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten, thermische Stabilität mit einer äußerst geringen Selbstentladung aus.The electrical energy can be stored by means of batteries. Batteries convert chemical reaction energy into electrical energy. Here, a distinction is made between primary batteries and secondary batteries. Primary batteries are only functional once, while secondary batteries, also referred to as accumulators, are rechargeable. In particular, so-called lithium-ion battery cells are used in an accumulator. These are characterized among other things by high energy densities, thermal stability with a very low self-discharge.

Lithium-Ionen-Batteriezellen weisen eine positive Elektrode, die auch als Kathode bezeichnet wird, und eine negative Elektrode, die auch als Anode bezeichnet wird, auf. Die Kathode sowie die Anode umfassen je einen Stromableiter, auf den ein Aktivmaterial aufgebracht ist. Die Elektroden der Batteriezelle sind folienartig ausgebildet und unter Zwischenlage eines Separators, welcher die Anode von der Kathode trennt, beispielsweise zu einem Elektrodenstapel gestapelt. Die Elektroden können auch zu einem Elektrodenwickel gebunden sein oder auf eine andere Art eine Elektrodeneinheit bilden.Lithium-ion battery cells have a positive electrode, also referred to as a cathode, and a negative electrode, also referred to as an anode. The cathode and the anode each comprise a current conductor, on which an active material is applied. The electrodes of the battery cell are formed like a foil and stacked, for example, to form an electrode stack with the interposition of a separator which separates the anode from the cathode. The electrodes may also be bonded to an electrode coil or in some other way form an electrode unit.

Die beiden Elektroden der Elektrodeneinheit sind elektrisch mit Polen der Batteriezelle verbunden, welche auch als Terminals bezeichnet werden. Die Elektroden und der Separator sind von einem in der Regel flüssigen Elektrolyten umgeben. Die Batteriezelle weist ferner ein Zellengehäuse auf, welches beispielsweise aus Aluminium gefertigt ist. Das Zellengehäuse ist in der Regel prismatisch, insbesondere quaderförmig ausgestaltet und druckfest ausgebildet. Aber auch andere Gehäuseformen, beispielsweise kreiszylindrisch oder auch flexible Pouch-Zellen, sind bekannt.The two electrodes of the electrode unit are electrically connected to poles of the battery cell, which are also referred to as terminals. The electrodes and separator are surrounded by a generally liquid electrolyte. The battery cell further comprises a cell housing, which is made of aluminum, for example. As a rule, the cell housing is prismatic, in particular cuboid and pressure-resistant. But other forms of housing, such as circular cylindrical or flexible pouch cells are known.

Wesentliche Bestrebung bei der Entwicklung von neuen Batteriezellen ist, das elektrochemische Nutzvolumen in der Batteriezelle zu erhöhen. Als geeignetste Bauform einer Elektrodeneinheit zur Maximierung des Nutzvolumens hat sich der Elektrodenstapel herausgestellt, da dieser sowohl ideal prismatisch als auch in einer beliebigen anderen Geometrie hergestellt werden kann.An essential aim in the development of new battery cells is to increase the electrochemical useful volume in the battery cell. The electrode stack has proven to be the most suitable design of an electrode unit for maximizing the useful volume, since it can be produced both prismatically and in any other geometry.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird ein Verfahren zur Herstellung von Elektroden aus bandförmigen Materialien vorgeschlagen, wobei mindestens die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen werden:

a) Erzeugen eines diskontinuierlichen Längsschnittes im Randbereich des bandförmigen Materials,
b) Ausbildung von Kontaktfahnen beim diskontinuierlichen Längsschnitt,
c) Verbleib einer Verbindung im Eckbereich der Kontaktfahnen zwischen diesen und überschüssigem Material des bandförmigen Materials,
d) Transport gemäß der Verfahrensschritte a) bis c) des behandelten bandförmigen Materials in einer Förderebene und
e) Abtrennen des überschüssigen Materials in eine Trennrichtung.

A process for the production of electrodes from strip-shaped materials is proposed, wherein at least the following process steps are run through:

a) generating a discontinuous longitudinal section in the edge region of the band-shaped material,
b) formation of contact lugs in the discontinuous longitudinal section,
c) a connection in the corner region of the contact lugs between them and excess material of the band-shaped material,
d) transport according to process steps a) to c) of the treated strip-shaped material in a conveying plane and
e) separating the excess material in a separating direction.

Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung können bei der Herstellung von Elektroden hergestellte Kontaktfahnen bei der Weiterverarbeitung der Elektroden, die mit zahlreichen Handhabungsprozessen und Umlenkungen verbunden ist, gegen Beschädigungen oder Abknicken geschützt werden.As a result of the solution proposed according to the invention, contact lugs produced in the production of electrodes can be protected against damage or kinking in the further processing of the electrodes, which is associated with numerous handling processes and deflections.

In vorteilhafter Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens erfolgt das Abtrennen des überschüssigen Materials im Randbereich durch Abreißen in eine Richtung, die im Wesentlichen senkrecht zu einem vorher durchgeführten Längsschnitt im bandförmigen Material für die Elektroden, d.h. für Anode und Kathode, erzeugt worden ist.In an advantageous embodiment of the proposed method according to the invention, the separation of the excess material in the edge region by tearing takes place in a direction substantially perpendicular to a previously performed longitudinal section in the band-shaped material for the electrodes, i. for anode and cathode, has been generated.

In weiterer Ausbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens werden die Verbindungen in den Eckbereichen der Kontaktfahnen zum diese umgebenden überschüssigen Material stegförmig ausgeführt. Dadurch bleibt eine dauerhafte Verbindung der Kontaktfahnen mit dem sie umgebenden Material aufrecht erhalten, so dass sich eine annähernd geschlossene durch den Längsschnitt unterbrochene Fläche bildet, die bei Umlenkungen und Handhabungsprozessen den zuvor geschnittenen Kontaktfahnen eine größere Stabilität verleiht und insbesondere die Beschädigungsgefahr der Kontaktfahnen minimiert.In a further embodiment of the method proposed according to the invention, the connections in the corner regions of the contact lugs are designed to be web-shaped for the surplus material surrounding them. As a result, a permanent connection of the contact lugs with the surrounding material is maintained, so that an approximately closed interrupted by the longitudinal section area forms the deflected and handling processes the previously cut contact lugs greater stability and in particular minimizes the risk of damage to the contact lugs.

Schließlich ist vorgesehen, den diskontinuierlichen Längsschnitt im bandförmigen Material für die Elektroden mittels eines Lasers zu erzeugen. Die Verwendung eines Lasers erlaubt einen sehr feinen Schnitt, so dass insbesondere die Kontur der Kontaktfahnen und die Breite der Stege fertigungstechnisch günstig gehalten werden können.Finally, it is provided to produce the discontinuous longitudinal section in the band-shaped material for the electrodes by means of a laser. The use of a laser allows a very fine cut, so that in particular the contour of the contact lugs and the width of the webs can be kept low manufacturing technology.

In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens befindet sich ein beim Abtrennen des überschüssigen Materials in Trennrichtung ergebender Grat außerhalb des anodischen Aktivmaterials im Falle der Herstellung einer Anode oder außerhalb des kathodischen Aktivmaterials im Falle der Herstellung einer Kathode. In a further development of the method proposed according to the invention, a burr resulting in separating the excess material in the separating direction is located outside the anodic active material in the case of the production of an anode or outside of the cathodic active material in the case of the production of a cathode.

Des Weiteren wird eine Batteriezelle vorgeschlagen, die mindestens zwei Elektroden umfasst, die nach dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren hergestellt ist.Furthermore, a battery cell is proposed, which comprises at least two electrodes, which is produced by the method proposed according to the invention.

Eine erfindungsgemäß vorgeschlagene Batteriezelle findet in vorteilhafter Weise Verwendung in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV), in einem Plug-in-Hybridfahrzeug (PHEV) oder in einem Consumer-Elektronik-Produkt. Unter Consumer-Elektronik-Produkten sind im vorliegenden Kontext insbesondere Mobiltelefone, Tablets, PC's oder Notebooks zu verstehen.An inventively proposed battery cell advantageously finds use in an electric vehicle (EV), in a hybrid vehicle (HEV), in a plug-in hybrid vehicle (PHEV) or in a consumer electronics product. In the present context, consumer electronics products are in particular mobile phones, tablets, PCs or notebooks.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren gestattet die Herstellung von Elektroden von bandförmigem Material, wobei insbesondere die bei der Fertigung von Anode und Kathode an diesen ausgebildeten Kontaktfahnen gegen Beschädigungen während der beim Herstellungsprozess zwangsläufig erforderlichen Umlenkungen bzw. Handhabungsprozesse wirksam geschützt sind. In der Regel werden die Anoden und Kathoden über die seitlich an diesen befindlichen Kontaktfahnen, die anschließend zusammengefasst sind, elektrisch kontaktiert. Ist eine dieser Kontaktfahnen beschädigt oder gar abgeknickt, so kann der Elektrodenstapel nicht verwendet werden. Beschädigungen der Kontaktfahnen bzw. des anodischen oder kathodischen Aktivmaterials können auch zu elektrischen Durchschlägen, d.h. Kurzschlüssen innerhalb des Elektrodenstapels führen, so dass dieser Ausschuss darstellt.The method proposed according to the invention allows the production of electrodes of strip-shaped material, wherein in particular the contact lugs formed in the manufacture of the anode and cathode are effectively protected against damage during the deflection or handling processes necessarily required during the production process. As a rule, the anodes and cathodes are electrically contacted via the contact lugs located laterally thereon, which are subsequently combined. If one of these contact lugs is damaged or even kinked, the electrode stack can not be used. Damage to the tabs or the anodic or cathodic active material may also result in electrical breakdown, i. Short circuits within the electrode stack lead, so this committee represents.

In vorteilhafter Weise können die steg- oder brückenartigen Verbindungen zwischen den Eckbereichen der Kontaktfahnen und den dieses umgebenden später in Trennrichtung abzutrennenden Materials sehr dünn ausgeführt werden, was dazu ausreicht, die Kontaktfahnen gegen Beschädigungen bei Umlenkvorgängen zu schützen, da die mechanische Stabilität des sehr dünnen bandförmigen Materials, aus dem die Anode bzw. die Kathode gefertigt sind, aufgrund der geringen Materialdicke begrenzt ist. Somit wird später aus dem Randbereich des bandförmigen Elektrodenmaterials abzutrennendes überschüssiges Material in vorteilhafter Weise dazu benutzt, die später zum Anschluss des Elektrodenstapels enorm wichtigen Kontaktfahnen zu schützen. Der Abtrennvorgang des überschüssigen Materials, welches im Randbereich des bandförmigen Materials des Elektrodenmaterials vorliegt, erfolgt beispielsweise durch Abreißen, wobei die sich beim Abreißen ergebenden Grate außerhalb des anodischen bzw. kathodischen Aktivmaterials befindet, wo sich kein Durchschlag ergeben kann.Advantageously, the web or bridge-like connections between the corner regions of the contact lugs and surrounding this later separated in the separation direction material can be made very thin, which is sufficient to protect the contact lugs against damage during deflections, since the mechanical stability of the very thin band-shaped Material from which the anode or the cathode are made, is limited due to the small thickness of the material. Thus, excess material to be separated later from the edge region of the band-shaped electrode material is advantageously used to protect the contact lugs which are of enormous importance later for connection of the electrode stack. The removal process of the excess material, which is present in the edge region of the band-shaped material of the electrode material, takes place, for example, by tearing off, wherein the tears resulting during tearing are located outside of the anodic or cathodic active material, where no breakdown can result.

Durch den Abtrennvorgang des überschüssigen Materials ist dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren folgend der auftretende Abfall gezielt und an einem Stück abführbar, so dass viele kleine Teile bzw. Schnipsel vermieden werden können. Der auftretende Abfall kann gezielt beispielsweise abgesaugt werden. Des Weiteren ist hervorzuheben, dass das Abtrennen des überschüssigen Materials an einer günstigen Position im Prozess in Bezug auf anfallende Partikel bzw. Flitter usw. erfolgt, da diese kurz vor dem nächsten Stapelschritt, und beispielsweise nicht auf dem umlaufenden Rad erfolgen. Erfolgt das Abtrennen dort, könnten Partikel nach unten auf andere Elektroden- bzw. separate Segmente fallen, die später bei Herstellung der Elektrodenstapel aus Stapelsegmenten zu Kurzschlüssen führen könnten.As a result of the separation process of the excess material, according to the method proposed according to the invention, the waste that occurs is deliberately and can be removed in one piece, so that many small parts or snippets can be avoided. The occurring waste can be specifically sucked for example. Furthermore, it should be emphasized that the separation of the excess material takes place at a favorable position in the process with respect to resulting particles or baubles, etc., since these occur shortly before the next stacking step, and for example not on the revolving wheel. If severed there, particles could fall down onto other electrode or separate segments, which could later cause short circuits when fabricating stacked electrode stacks.

Des Weiteren kann dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren folgend, die Position des Einbringens des diskontinuierlichen Schnittes relativ einfach an verschiedenen Positionen des Prozesses realisiert werden. Der notwendige Platzbedarf für das Abführen des Abfalls am Ort des Schnittes selbst entfällt, was eine größere Flexibilität im Prozess bzw. im Anlagendesign zulässt, beispielsweise die Anordnung und die Durchführung eines Laserschnittes an jeder beliebigen Umlenkrolle.Further, following the method proposed by the present invention, the position of introducing the discontinuous section can be relatively easily realized at various positions of the process. The necessary space for the removal of the waste at the site of the cut itself is eliminated, which allows greater flexibility in the process or plant design, such as the arrangement and the implementation of a laser cut on any pulley.

Figurenlistelist of figures

Anhand der Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend eingehender erläutert.With reference to the drawings, the invention will be explained in more detail below.

Es zeigt:

1 eine schematische Darstellung einer Batteriezelle,
2 die wesentlichen Komponenten einer Anlage zur Herstellung von Elektrodenstapeln,
3 ein Ausschnitt eines bandförmigen Elektrodenmaterials mit diskontinuierlichem Schnitt und dadurch gebildeten Kontaktfahnen in überschüssigem später abzutrennenden Bereich und
4 Elektrodenstapel, die aus Separator- bzw. Elektrodensegmenten aufgebaut sind.

It shows:

1 a schematic representation of a battery cell,
2 the essential components of a plant for the production of electrode stacks,
3 a section of a band-shaped electrode material with discontinuous section and thus formed contact lugs in excess later separated area and
4 Electrode stacks, which are composed of separator or electrode segments.

Ausführungsvariantenvariants

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of embodiments of the invention, the same or similar elements will be denoted by like reference numerals, with repeated description these elements is omitted in individual cases. The figures illustrate the subject matter of the invention only schematically.

1 zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle 2. Die Batteriezelle 2 umfasst ein Gehäuse 3, welches prismatisch, vorliegend quaderförmig, ausgebildet ist. Das Gehäuse 3 ist vorliegend elektrisch leitend ausgeführt und beispielsweise aus Aluminium gefertigt. Das Gehäuse 3 kann auch in Form einer flexiblen Pouch-Folie ausgebildet sein. 1 shows a schematic representation of a battery cell 2 , The battery cell 2 includes a housing 3 , which is prismatic, in the present cuboid, is formed. The housing 3 In the present case, it is designed to be electrically conductive and, for example, made of aluminum. The housing 3 can also be designed in the form of a flexible pouch film.

Die Batteriezelle 2 umfasst ein negatives Terminal 11 und ein positives Terminal 12. Über die Terminals 11, 12 kann eine von der Batteriezelle 2 zur Verfügung gestellte Spannung abgegriffen werden. Ferner kann die Batteriezelle 2 über die Terminals 11, 12 auch geladen werden.The battery cell 2 includes a negative terminal 11 and a positive terminal 12 , About the terminals 11 . 12 can one from the battery cell 2 provided voltage can be tapped. Furthermore, the battery cell 2 over the terminals 11 . 12 also be loaded.

Innerhalb des Gehäuses 3 der Batteriezelle 2 ist eine Elektrodeneinheit angeordnet, welche vorliegend als Elektrodenstapel 10 ausgeführt ist. Der Elektrodenstapel 10 weist zwei Elektroden, nämlich eine Anode 21 und eine Kathode 22, auf. Die Anode 21 und die Kathode 22 sind jeweils folienartig ausgeführt und durch einen ersten bandförmigen Separator 18 voneinander separiert. Der erste bandförmige Separator 18 ist ionisch leitfähig, also für Lithiumionen durchlässig.Inside the case 3 the battery cell 2 an electrode unit is arranged, which in the present case as an electrode stack 10 is executed. The electrode stack 10 has two electrodes, namely an anode 21 and a cathode 22 , on. The anode 21 and the cathode 22 are each carried out like a film and by a first belt-shaped separator 18 separated from each other. The first belt-shaped separator 18 is ionic conductive, so permeable to lithium ions.

Die Anode 21 umfasst ein anodisches Aktivmaterial 41 und einen anodischen Stromableiter 31. Der anodische Stromableiter 31 ist elektrisch leitfähig ausgeführt und aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus Kupfer. Der anodische Stromableiter 31 ist elektrisch mit dem negativen Terminal 11 der Batteriezelle 2 verbunden.The anode 21 includes an anodic active material 41 and an anodic current collector 31 , The anodic current conductor 31 is made electrically conductive and made of a metal, such as copper. The anodic current conductor 31 is electric with the negative terminal 11 the battery cell 2 connected.

Die Kathode 22 umfasst ein kathodisches Aktivmaterial 42 und einen kathodischen Stromableiter 32. Der kathodische Stromableiter 32 ist elektrisch leitfähig ausgeführt und aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus Aluminium. Der kathodische Stromableiter 32 ist elektrisch mit dem positiven Terminal 12 der Batteriezelle 2 verbunden.The cathode 22 comprises a cathodic active material 42 and a cathodic current collector 32 , The cathodic current conductor 32 is made electrically conductive and made of a metal, such as aluminum. The cathodic current conductor 32 is electric with the positive terminal 12 the battery cell 2 connected.

2 zeigt in schematischer Darstellung die Komponenten einer Anlage 58 zur Herstellung von Elektrodenstapeln 10. 2 shows a schematic representation of the components of a plant 58 for the production of electrode stacks 10 ,

2 zeigt eine Anlage 58 zur Herstellung von Elektrodenstapeln 10. An einer Zuführung 60 für einen ersten bandförmigen Separator 18 erfolgt dessen Zuführung auf einer Transportvorrichtung 62. Bei der Transportvorrichtung 62 kann es sich um ein umlaufendes Band oder auch um ein lineares Fördersystem 76 oder dergleichen handeln. Auf der Transportvorrichtung 62 wird der erste bandförmige Separator 18 in Transportrichtung 64 transportiert. 2 shows a plant 58 for the production of electrode stacks 10 , At a feeder 60 for a first belt-shaped separator 18 its supply takes place on a transport device 62 , At the transport device 62 It can be a circulating belt or a linear conveyor system 76 or the like. On the transport device 62 becomes the first belt-shaped separator 18 in the transport direction 64 transported.

Oberhalb der Transportvorrichtung 62 befindet sich ein Spulenvorrat eines ersten bandförmigen Materials 66 für eine erste Elektrode, z.B. die Kathode. Die Zufuhr des ersten bandförmigen Materials 66 für die erste Elektrode erfolgt über mehrere hier nicht dargestellte Umlenkrollen an ein angetriebenes Rad 92. Einer Umfangsfläche 94 des angetriebenen Rades 92 ist ein Laser 96 oder eine messerartige Schneideinrichtung zugeordnet. Unterhalb des Lasers 96 oder der Schneideinrichtung erfolgt ein Schnitt 68 des ersten bandförmigen Materials 66 für die erste Elektrode, wodurch ein Abschnitt 70, d.h. Kathodensegmente 56, erzeugt werden. Der abgetrennte Abschnitt 70 wird an der Umfangsfläche 94 des angetriebenen Rades 92 innerhalb eines Vakuumbereiches 86 fixiert, bevor der jeweilige Abschnitt 70 auf den ersten bandförmigen Separator 18 auf der Transportvorrichtung 62 aufgelegt wird.Above the transport device 62 there is a bobbin supply of a first band-shaped material 66 for a first electrode, eg the cathode. The supply of the first band-shaped material 66 for the first electrode via a plurality of pulleys, not shown here, to a driven wheel 92 , A peripheral surface 94 the driven wheel 92 is a laser 96 or assigned a knife-like cutter. Below the laser 96 or the cutting device is a cut 68 of the first band-shaped material 66 for the first electrode, creating a section 70 ie cathode segments 56 , be generated. The severed section 70 becomes on the peripheral surface 94 the driven wheel 92 within a vacuum range 86 fixed before the respective section 70 on the first belt-shaped separator 18 on the transport device 62 is hung up.

Das angetriebene Rad 92 ist mit einem Antrieb 90 versehen, der einen Encoder und eine Antriebssteuerung umfasst, derart, dass das angetriebene Rad 92 während seiner Rotation abwechselnd alternierend beschleunigt und verzögert wird, so dass bei der Ablage der Abschnitte 70 auf dem ersten bandförmigen Separator 18 auf der Oberseite der Transportvorrichtung 62 definierte Lücken erzeugt werden.The driven wheel 92 is with a drive 90 provided with an encoder and a drive control, such that the driven wheel 92 alternately accelerates and decelerates alternately during its rotation, so that when filing the sections 70 on the first belt-shaped separator 18 on top of the transport device 62 defined gaps are generated.

Danach erfolgt die Zuführung 72 eines zweiten bandförmigen Separators 19. Dieser wird auf die Transportvorrichtung 62 überführt, so dass der erste bandförmige Separator 18 und die regelmäßig beabstandeten abgetrennten Abschnitte 70, d.h. die Kathodensegmente 56, von dem zweiten bandförmigen Separator 19 überdeckt sind.Thereafter, the supply takes place 72 a second belt-shaped separator 19 , This is on the transport device 62 transferred, so that the first belt-shaped separator 18 and the regularly spaced separated sections 70 ie the cathode segments 56 , from the second belt-shaped separator 19 are covered.

Anschließend erfolgt innerhalb eines Übergabebereiches 74 die Überführung des ersten bandförmigen Separators 18, der darauf angeordneten voneinander beabstandeten Abschnitte 70 sowie des zweiten bandförmigen Separators 19 an ein lineares Fördersystem 76. Das lineare Fördersystem 76 umfasst beispielsweise einzelne mit Unterdruck beaufschlagbare Schlitten, wobei aus 2 hervorgeht, dass dem linearen Fördersystem 76 an dessen Unterseite einzelne diskrete Stapelvorrichtungen 78 zugeordnet sind.Subsequently, within a transfer area 74 the transfer of the first belt-shaped separator 18 of the sections spaced therefrom 70 and the second belt-shaped separator 19 to a linear conveyor system 76 , The linear conveyor system 76 For example, includes individual acted upon with negative pressure slide, wherein 2 shows that the linear support system 76 on the underside of individual discrete stacking devices 78 assigned.

Nach Passage des Übergabebereiches 74 erfolgt bevorzugt ein Laserschnitt 80, der an das lineare Fördersystem 76 übergebenen Anordnung aus dem erstem bandförmigen Separator 18, Abschnitt 70 der ersten Elektrode, d.h. der Kathodensegmente 56, sowie des zweiten bandförmigen Separators 19. Diese noch dreilagig ausgebildeten Stapel werden seitlich über Greifvorrichtungen oder über Vakuum auf einzelnen voneinander getrennten mit Vakuum beaufschlagbaren Schlitten des linearen Fördersystems 76 fixiert.After passage of the transfer area 74 Preferably, a laser cut is performed 80 , to the linear conveyor system 76 handed arrangement of the first belt-shaped separator 18 , Section 70 the first electrode, ie the cathode segments 56 , as well as the second belt-shaped separator 19 , These still three-ply stack are laterally via gripping devices or vacuum on each separate vacuum-loadable carriage of the linear conveyor system 76 fixed.

Aus 2 geht hervor, dass dem linearen Fördersystem 76 ein weiteres angetriebenes Rad 92 zugeordnet ist. Dieses wird mit einem zweiten bandförmigen Material 82 für eine zweite Elektrode beaufschlagt, welches bei Position 84 bevorzugt durch einen Laser 96 geschnitten wird. Die vom zweiten bandförmigen Material 82 für die zweite Elektrode, die Anode, abgetrennten Abschnitte 70 der zweiten Elektrode werden innerhalb des Vakuumbereiches 86 auf dem angetriebenen Rad 92 fixiert und auf die von den einzelnen Tischen des linearen Fördersystems 76 herantransportierten Anordnungen aus erstem bandförmigen Separator 18, dem Abschnitt 70 für die zweite Elektrode und den zweiten bandförmigen Separator 19 aufgebracht. Out 2 shows that the linear conveyor system 76 another powered wheel 92 assigned. This is done with a second band-shaped material 82 for a second electrode applied, which at position 84 preferably by a laser 96 is cut. The second band-shaped material 82 for the second electrode, the anode, separated sections 70 the second electrode will be within the vacuum range 86 on the driven wheel 92 fixed and to those of the individual tables of the linear conveyor system 76 transported arrangements of first belt-shaped separator 18 , the section 70 for the second electrode and the second belt-shaped separator 19 applied.

Die erhaltenen, beispielsweise von Greifern des linearen Fördersystems 76 fixierten vierlagigen Stapelsegmente 52, aus Separatorsegment 53 des ersten bandförmigen Separators 18, dem Kathodensegment 56, dem Separatorsegment 53 des zweiten bandförmigen Separators 19 und dem Anodensegment 55, vgl. 4, werden im Auslaufbereich des linearen Fördersystems 76 um 180° gewendet und auf einzelne Stapelvorrichtungen 78 abgelegt.The obtained, for example, grippers of the linear conveyor system 76 fixed four-ply stack segments 52 , from separator segment 53 of the first belt-shaped separator 18 , the cathode segment 56 , the separator segment 53 of the second belt-shaped separator 19 and the anode segment 55 , see. 4 , become in the outlet area of the linear conveyor system 76 turned by 180 ° and on individual stacking devices 78 stored.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass das angetriebene Rad 92, welches oberhalb des linearen Fördersystems 76 angeordnet ist, ebenfalls einen Vakuumbereich 86 und einen Abblasbereich 88 aufweist. Es erfolgt ein Laserschnitt 80 des zweiten bandförmigen Materials 82 für die zweite Elektrode bevorzugt mittels eines kurzgepulsten (ns oder ps) Festkörper-Lasers. Alternativ zu dem Laser 96, bei dem es sich bevorzugt um einen Festkörper- Laser handelt, kann auch eine messerartige Schneidvorrichtung eingesetzt werden, um die einzelnen Abschnitte 70 an dieser Stelle vom zweiten bandförmigen Material 82 für die zweite Elektrode (Anode) abzutrennen.For completeness, it should be mentioned that the driven wheel 92 , which is above the linear conveyor system 76 is arranged, also a vacuum area 86 and a blow-off area 88 having. There is a laser cut 80 of the second band-shaped material 82 for the second electrode preferably by means of a short-pulsed (ns or ps) solid-state laser. Alternative to the laser 96 , which is preferably a solid-state laser, a knife-like cutting device can be used to the individual sections 70 at this point of the second band-shaped material 82 for the second electrode (anode).

3 zeigt einen Ausschnitt eines ersten bandförmigen Materials 66, aus dem Elektroden hergestellt werden. 3 shows a section of a first band-shaped material 66 from which electrodes are made.

Der Darstellung gemäß 3 ist in Draufsicht ein Ausschnitt eines Randbereiches 100 eines ersten bandförmigen Materials 66 für eine erste Elektrode (z.B. die Kathode) oder eines zweiten bandförmigen Materials 82 zur Herstellung einer zweiten Elektrode (z.B. die Anode) zu entnehmen. In Vorschubrichtung 101 des Randbereiches 100 gesehen, erstreckt sich ein Längsschnitt 102 im Randbereich 100 der ersten und zweiten bandförmigen Materialien 66, 82. Der Längsschnitt 102 wird insbesondere durch einen Laser 96 erzeugt.The representation according to 3 is a section of a border area in plan view 100 a first band-shaped material 66 for a first electrode (eg the cathode) or a second band-shaped material 82 for the production of a second electrode (eg the anode). In feed direction 101 of the edge area 100 Seen, a longitudinal section extends 102 at the edge 100 the first and second band-shaped materials 66 . 82 , The longitudinal section 102 in particular by a laser 96 generated.

Der Laser 96 wird dabei zur Erzeugung des Längsschnittes 102 derart geführt, dass der Längsschnitt 102 als diskontinuierlicher Längsschnitt ausgeführt ist. Dies bedeutet, dass insbesondere in den Bereichen, in denen Kontaktfahnen 35 für eine erste Elektrode, z.B. die Kathode, oder Kontaktfahnen 36 für eine zweite Elektrode, z.B. die Anode, ausgeführt werden, stegartige bzw. brückenartige Verbindungen 104 verbleiben. Die Verbindungen 104, die insbesondere stegartig oder auch brückenartig ausgeführt sein können, sind sehr schmal und stabilisieren die jeweiligen Kontaktfahnen 35, 36, indem diese mit dem sie umgebenden, später abzutrennenden überschüssigen Material 106 verbinden. Dadurch wird eine Beschädigung der einzelnen Kontaktfahnen 35, 36 über die eine Anode 21 (vgl. 1) bzw. eine Kathode 22 (vgl. 1) bei Umlenkungen und Verbiegungen und bei späterer Bildung der Elektrodenstapel 10 aus Stapelsegmenten 52 elektrisch kontaktiert wird, vermieden. Da über die stegartigen Verbindungen 104 die Kontaktfahnen 35, 36 mit dem sie umgebenden, später abzutrennenden überschüssigen Material 106 verbunden bleiben, liegen die Kontaktfahnen 35, 36 auch bei späteren Umlenk- bzw. Handhabungsprozessen stets in der Transportebene des bandförmigen Materials 66, 82 für die erste oder die zweite Elektrode.The laser 96 is doing to generate the longitudinal section 102 guided so that the longitudinal section 102 is designed as a discontinuous longitudinal section. This means that especially in the areas where contact flags 35 for a first electrode, eg the cathode, or contact lugs 36 for a second electrode, such as the anode, are executed, web-like or bridge-like connections 104 remain. The connections 104 , which may be designed in particular web-like or bridge-like, are very narrow and stabilize the respective contact lugs 35 . 36 by adding these with the surplus material surrounding them, later to be separated 106 connect. This will damage the individual tabs 35 . 36 over the one anode 21 (see. 1 ) or a cathode 22 (see. 1 ) at deflections and bends and later formation of the electrode stack 10 from stack segments 52 electrically contacted, avoided. Because of the web-like connections 104 the contact flags 35 . 36 with the surplus material surrounding it, later to be separated 106 stay connected, lie the tabs 35 . 36 even in later deflection or handling processes always in the transport plane of the strip-shaped material 66 . 82 for the first or the second electrode.

Sobald die bandförmigen Materialien, sei es das erste bandförmige Material 66 für eine erste Elektrode (Kathode), sei es das zweite bandförmige Material 82 für die zweite Elektrode (Anode), in einer Förderebene liegen, in der keine Umlenkungen oder Verbiegungen mehr auftreten - abgesehen vom stapelartigen Fügen des Elektrodenstapels 10 - erfolgt ein Abtrennen des überschüssigen Materials 106. Die Abtrennung erfolgt in Trennrichtung 108, die sich im Wesentlichen senkrecht zur Vorschubrichtung 101 erstreckt.Once the band-shaped materials, be it the first band-shaped material 66 for a first electrode (cathode), be it the second band-shaped material 82 for the second electrode (anode), lie in a conveying plane in which no deflections or bends occur more - apart from the stack-like joining of the electrode stack 10 - There is a separation of the excess material 106 , The separation takes place in the separation direction 108 , which are substantially perpendicular to the feed direction 101 extends.

Mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren kann das überschüssige Material 106 dazu benutzt werden, die später zur elektrischen Kontaktierung dienenden Kontaktfahnen 35, 36 mechanisch zu schützen und zu stabilisieren, gegen Umknicken und andere Beschädigungen bewahren. Dies stellt ein erhebliches Sicherheitskriterium bei der Herstellung von Elektrodenstapeln 10 dar, da aufgrund der Vermeidung von Beschädigungen der Kontaktfahnen 35, 36 die Produktion von Ausschuss ausgeschlossen ist.With the proposed method according to the invention, the excess material 106 be used to the later used for electrical contacting tabs 35 . 36 mechanically protect and stabilize, protect against buckling and other damage. This represents a significant safety criterion in the production of electrode stacks 10 because, because of the avoidance of damage to the tabs 35 . 36 the production of rejects is excluded.

4 zeigt einen Elektrodenstapel 10. Der Elektrodenstapel 10, gebildet aus einzelnen Stapelsegmenten 52 gemäß der Darstellung in 5, umfasst vier Lagen, ein Separatorsegment 53, ein Kathodensegment 56, ein weiteres darüber liegendes Separatorsegment 53 sowie ein Anodensegment 55. Die Kathodensegmente 56 bilden die Kathode 22, während die Anodensegmente 55 die Anode 21 des Elektrodenstapels 10 bilden. 4 shows an electrode stack 10 , The electrode stack 10 formed from individual stack segments 52 as shown in 5 , comprises four layers, one separator segment 53 , a cathode segment 56 , another overlying separator segment 53 as well as an anode segment 55 , The cathode segments 56 form the cathode 22 while the anode segments 55 the anode 21 of the electrode stack 10 form.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

Claims

Verfahren zur Herstellung von Elektroden (21, 22) aus bandförmigen Materialien (66, 82) mit nachfolgenden Verfahrensschritten: a) Erzeugen eines diskontinuierlichen Längsschnittes (102) im Randbereich (100) des bandförmigen Materials (66, 82), b) Ausbildung von Kontaktfahnen (35, 36) beim diskontinuierlichen Längsschnitt (102), c) Verbleib einer Verbindung (104) im Eckbereich (110) der Kontaktfahnen (35, 36) zwischen diesen und überschüssigen Material (106) des bandförmigen Materials (66, 82), d) Transport des gemäß der Verfahrensschritte a) bis c) behandelten bandförmigen Materials (66, 82) in einer Förderebene und e) Trennen des überschüssigen Materials (106) in Trennrichtung (108).Method for producing electrodes (21, 22) from strip-shaped materials (66, 82) with the following method steps: a) generating a discontinuous longitudinal section (102) in the edge region (100) of the strip-shaped material (66, 82), b) formation of contact lugs (35, 36) in the discontinuous longitudinal section (102), c) a connection (104) remains in the corner region (110) of the contact lugs (35, 36) between them and excess material (106) of the band-shaped material (66, 82), d) transport of the according to the process steps a) to c) treated strip material (66, 82) in a conveying plane and e) separating the excess material (106) in the separating direction (108).

Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Abtrennen des überschüssigen Materials (106) im Randbereich (100) der bandförmigen Materialien (66, 82) durch Abreißen erfolgt.Method according to Claim 1 , characterized in that the separation of the excess material (106) in the edge region (100) of the band-shaped materials (66, 82) takes place by tearing off.

Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungen (104) in den Eckbereichen (110) der Kontaktfahnen (35, 36) zum überschüssigen Material (106) steg- oder brückenförmig ausgeführt sind.Method according to Claim 1 , characterized in that the connections (104) in the corner regions (110) of the contact lugs (35, 36) to the excess material (106) are web-like or bridge-shaped.

Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der diskontinuierliche Längsschnitt (102) mittels eines Lasers (96) erzeugt wird.Method according to Claim 1 , characterized in that the discontinuous longitudinal section (102) is generated by means of a laser (96).

Verfahren gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trennrichtung (108) senkrecht zur Vorschubrichtung (101) eines ersten bandförmigen Materials (66) für eine erste Elektrode bzw. eines zweiten bandförmigen Materials (82) für eine zweite Elektrode verläuft.Method according to Claim 1 , characterized in that the separating direction (108) is perpendicular to the feed direction (101) of a first band-shaped material (66) for a first electrode and a second band-shaped material (82) for a second electrode.

Batteriezelle (2), umfassend mindestens zwei Elektroden (21, 22), hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der vorstehenden Ansprüche.Battery cell (2) comprising at least two electrodes (21, 22), produced by a method according to one of the preceding claims.

Verwendung einer Batteriezelle (2) gemäß Anspruch 6 in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV), in einem Plug-in-Hybridfahrzeug (PHEV) oder in einem Consumer-Elektronik-Produkt.Use of a battery cell (2) according to Claim 6 in an electric vehicle (EV), in a hybrid vehicle (HEV), in a plug-in hybrid vehicle (PHEV) or in a consumer electronics product.