DE102018003328B4 - Method for producing a battery cell, preferably a Li-ion bi-stack cell with solid - Google Patents

Abstract

Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle, vorzugsweise einer Li-lonen-Bi-Stapelzelle mit Feststoff, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem ersten Anladen (21) der gefüllten Batteriezelle (10) mit elektrischer Energie die Formierung in mindestens zwei Formierungsschritten (23, 24) durchgeführt wird, wobei vor und/ oder nach jedem der mindestens zwei Formierungsschritte (23, 24) mindestens ein Entgasungsschritt (25) mit einer von außen auf die Batteriezelle (10) aufgebrachte energetische Anregung (26) und mindestens ein Alterungsschritt (27) durchgeführt wird.Method for producing a battery cell, preferably a Li-ion bi-stacked cell with solid, characterized in that after a first charging (21) of the filled battery cell (10) with electrical energy, the formation is carried out in at least two formation steps (23, 24) being carried out before and / or after each of the at least two formation steps (23, 24) at least one degassing step (25) with an energetic excitation (26) applied from the outside to the battery cell (10) and at least one aging step (27).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle, vorzugsweise eine Li-lonen-Bi-Stapelzelle mit Feststoff.The invention relates to a method for producing a battery cell, preferably a Li-ion-Bi-stack cell with solid.

Batteriezellen sind in der Regel die kleinste gekapselte elektrochemische Einheit elektrochemischer Energiespeicher, die auch als galvanische Zellen bezeichnet werden. Die vorliegende Erfindung ist vorzugsweise auch auf Bi-Stacks elektrochemischer Wandler oder kapazitive Elemente anwendbar.Battery cells are usually the smallest encapsulated electrochemical unit of electrochemical energy storage devices, which are also referred to as galvanic cells. The present invention is preferably also applicable to bi-stacks of electrochemical converters or capacitive elements.

Es gibt primäre, also nicht wieder aufladbare Lithiumbatterien und sekundäre, wieder aufladbare Lithiumbatterien und -zellen, respektive also der Zellsysteme. Ihre Materialkombinationen und Nominalspannungslagen sowie Energiedichten weisen ein weites Feld auf. Die vorliegende Erfindung beschränkt sich nicht auf bestimmte Materialkombination beispielsweise der Kathode hinsichtlich einer Metalloxidart oder eines Olivinmaterials (polyanionisch) oder eines Manganphosphates, sondern kann eine Vielzahl von Materialkombinationen betreffen, wie auch geschichtete Phosphatmaterialien, verschiedene, auch gemischte Oxide, Spinelle und dergleichen. Sowie vorzugsweise unter Verwendung von Feststoffmaterialien oder Bi-Zellelektroden und diversen Kontaktierungen. Es geht vorzugsweise auch um Zink, Natrium, Magnesium oder Schwefel als grundsätzliches namensgebendes Element für Batteriezellsysteme.There are primary, i.e. non-rechargeable lithium batteries, and secondary, rechargeable lithium batteries and cells, or cell systems. Their material combinations and nominal voltage levels as well as energy densities cover a wide field. The present invention is not limited to a specific material combination, for example the cathode, with regard to a type of metal oxide or an olivine material (polyanionic) or a manganese phosphate, but can relate to a large number of material combinations, as well as layered phosphate materials, various, including mixed oxides, spinels and the like. As well as preferably using solid materials or bi-cell electrodes and various contacts. It is also preferably about zinc, sodium, magnesium or sulfur as the basic eponymous element for battery cell systems.

Vorzugsweise können Lithiummetallschichten und Festkörper oder Feststoffe (Feststoffbatteriezelle) enthalten sein, aber auch Elemente eines Luftsystems oder einer Schwefel- oder Magnesiumbatterie und dergleichen.Lithium metal layers and solids or solids (solid battery cell) can preferably be contained, but also elements of an air system or a sulfur or magnesium battery and the like.

Lithiumbatterien und Lithium-Ionen-Batterien oder Hybridsysteme, wie vorzugsweise eine Kombination aus Lithium-Metall und Li-Sekundärbatterie können in verschiedener Weise ausgebildet werden, vorzugsweise als Bi-, Stapel- oder Wickelzellen, letztere auch in kombinierter Stapel- oder Wickelanordnung. Eine einfache Ausführung wird vorzugsweise als negative Elektrode/ Separator/ Kathode ausgebildet. Es können also auch mehrere Stapel, Wickel, Elektroden/ Separator Anordnungen oder Kombinationen mit unterschiedlichen Eigenschaften in einer Batteriezelle integriert sein.Lithium batteries and lithium-ion batteries or hybrid systems, such as preferably a combination of lithium metal and Li secondary battery, can be designed in various ways, preferably as bi, stack or wound cells, the latter also in a combined stack or wound arrangement. A simple embodiment is preferably designed as a negative electrode / separator / cathode. Several stacks, coils, electrode / separator arrangements or combinations with different properties can therefore also be integrated in a battery cell.

Über ein Aufstapeln können Zellen auch unterschiedlicher Systeme mit im Wesentlichen gleicher Form und grundsätzlich gleichen Eigenschaften bei vergleichbaren Elektroden und grundsätzlich unterschiedlicher Dicke bzw. Gewicht hergestellt werden, durch mindestens zwei- oder mehrfaches Stapeln. Hierdurch kann eine hohe Flexibilität in der Produktion erreicht werden. Eine solche Zelle kann aus einer gestapelten Anordnung des Elektroden- bzw. Separator Verbunds ausgebildet werden. Dabei können auch vorgefertigte Teile davon im Verbund angeordnet werden, wie etwa ein Feststoffverbund oder eine Schutzschicht, ein oder mehrere Wickel, oder eine funktionale Schicht wie eine Korrosionsschutzschicht. Diese werden bei der Herstellung der Zelle wahlweise oder in Kombination mit anderen Zellbestandteilen verarbeitet.By stacking, cells from different systems with essentially the same shape and fundamentally the same properties with comparable electrodes and fundamentally different thicknesses or weights can be produced by stacking them at least twice or more. This enables a high level of flexibility in production to be achieved. Such a cell can be formed from a stacked arrangement of the electrode or separator assembly. Prefabricated parts thereof can also be arranged in the composite, such as a solid composite or a protective layer, one or more wraps, or a functional layer such as a corrosion protection layer. These are optionally processed in the production of the cell or in combination with other cell components.

Vorzugsweise haben die vorgefertigten Elemente der Zelle unterschiedliche Dicken oder Abmaße. Im Sinne der Erfindung werden die am Speicher- und/ oder an kapazitiven Prozessen beteiligten funktionalen Bestandteile einer elektrochemischen Zelle hier als Stapel bezeichnet, inklusive eines oder mehrerer wahlweise vorgesehener Zusatzeinrichtungen wie sensorischer, antikorrosiver, isolierender, sicherheitsunterstützender oder die Zwischenschichten stabilisierender Elemente. Solche Elemente können beispielsweise unabhängig von der Zelle als solcher sein, wie eine Sensorik oder auch in die Zelle integriert sein, wie beispielsweise eine stabilisierende Hitzeschutzschicht.The prefabricated elements of the cell preferably have different thicknesses or dimensions. For the purposes of the invention, the functional components of an electrochemical cell involved in the storage and / or capacitive processes are referred to here as a stack, including one or more optionally provided additional devices such as sensory, anti-corrosive, insulating, safety-supporting elements or elements that stabilize the intermediate layers. Such elements can, for example, be independent of the cell as such, such as a sensor system or also be integrated into the cell, such as a stabilizing heat protection layer.

Die zu einer Batteriezelle konfigurierbaren Stapel sind mitunter mit einem zusätzlichen Material umhüllt oder umwickelt, welches auch als Elektrolytreservoir dienen kann und/ oder der Sicherheit förderlich ist, beispielsweise durch isolierende Eigenschaften, als Kurzschluss- und/ oder auch als Deformationsschutz. Die Verpackung der Batteriezelle kann eine derartige Umhüllung bzw. Umwicklung darstellen. So kann beispielsweise ein Totleiter angeordnet sein, der im Falle von Kurzschlüssen den Strom ableitet und einer Erhitzung der Aktivmaterialien vorbeugt, in dem er die Wärmeenergie aufnimmt. In einer Batteriezelle können mehrere Stapel oder Wickel und Zusatzelemente und oder funktionale Schichten angeordnet sein. Vorteilhaft kann durch ein solches Stapelkonzept eine vergleichsweise verbesserte Raumausnutzung und durch Homogenität im Aufbau eine verbesserte Lebensdauer der Zelle erreicht werden. Solche Zellenanordnungen können gestapelt auch tellerförmig, halbrund, bienenwabenförmig, knopfzellförmig oder auch zylindrisch ausgeführt sein, wobei eine prismatische Ausführung die häufigste Anwendung darstellt ist.The stacks that can be configured to form a battery cell are sometimes sheathed or wrapped in an additional material, which can also serve as an electrolyte reservoir and / or promote safety, for example through insulating properties, as short-circuit and / or deformation protection. The packaging of the battery cell can represent such a covering or wrapping. For example, a dead conductor can be arranged which diverts the current in the event of a short circuit and prevents the active materials from heating up by absorbing the thermal energy. Several stacks or coils and additional elements and / or functional layers can be arranged in a battery cell. Such a stacking concept can advantageously achieve a comparatively improved use of space and an improved service life of the cell due to the homogeneity of the structure. Such cell arrangements can also be stacked plate-shaped, semicircular, honeycomb-shaped, button-cell-shaped or also cylindrical, with a prismatic design being the most common application.

Derartige Batteriezellen können in unterschiedlicher Funktion, Eigenschaft und Kombination zu Batteriebaugruppen, vorzugsweise über Module, oder Batterien verbaut werden und in ganz unterschiedlichen Marktanwendungen eingesetzt werden. Die Erfindung wird in Bezug auf Kraftfahrzeugeinsätze beschrieben, aber vorzugsweise ergeben sich Einsatzmöglichkeiten fast technisch unbegrenzter Natur, die ebenso stationären Charakters, aber eben auch Industriebatterien, das Militär, die Luft- und Raumfahrt, Geräte, Werkezeuge und sonstige Ausrüstung umfassen können.Battery cells of this type can be installed in different functions, properties and combinations to form battery assemblies, preferably via modules or batteries, and can be used in very different market applications. The invention is described with reference to motor vehicle applications, but preferably there are possible uses of an almost technically unlimited nature, which are also of a stationary nature, but also industrial batteries, the military, the aerospace industry May include space travel, devices, tools and other equipment.

Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren bekannt, die eine Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle betreffen. Dabei sind Schritte wie Formation, Klassifizieren/Sortieren/Grading oder Altern/Aging allgemein bekannt, werden aber für eine hohe Ausbeute nicht hinreichend detailliert. Vergleiche auch Broschüre: „PRODUKTIONSPROZESS EINER LITHIUM-IONEN-BATTERIEZELLE“, Aachen, Frankfurt am Main, im Oktober 2015 PEM und VDMA Eigendruck, 2. überarbeitete Auflage.Various methods are known from the prior art which relate to a method for producing a battery cell. Steps such as formation, classification / sorting / grading or aging / aging are generally known, but are not sufficiently detailed for a high yield. Compare also brochure: “PRODUCTION PROCESS OF A LITHIUM-ION BATTERY CELL”, Aachen, Frankfurt am Main, October 2015 PEM and VDMA Eigendruck, 2nd revised edition.

Aus der japanischen Offenlegungsschrift JP 2008-027741 A ist ein Verfahren zum Herstellen einer Sekundärbatteriezelle mit nichtwässrigem Elektrolyt bekannt, bei welchem ein erstes Anladen unabhängig und gesondert von den späteren Formierungsschritten erfolgt. Die US-Patentanmeldungen US 2016/ 0 118 644 A1 , US 2013/ 0 244 095 A1 und US 2017/ 0 012 316 A1 beschreiben weitere Verfahren zum Herstellen von Lithium-Ionen-Zellen.From the Japanese laid-open specification JP 2008-027741 A a method for producing a secondary battery cell with non-aqueous electrolyte is known, in which a first charging takes place independently and separately from the later forming steps. The US patent applications US 2016/0 118 644 A1 , US 2013/0 244 095 A1 and US 2017/0 012 316 A1 describe further methods for producing lithium-ion cells.

Die vorliegende Erfindung hat vorzugsweise eine höhere Ausbeute bei hoher Qualität der Batteriezellen in industrieller Produktion mit vorzugsweise einer Li-lonen-Bi-Stapelzelle in je nach Wahl unterschiedlichem elektrochemischen System, auch mit Feststoff, bei großformatigen Zellen zu erbringen. Dabei sollen die sogenannten neuen Zellformate im großformatigen Zellbereich im Verfahren abgebildet werden können, deren Format eine Länge von vorzugsweise 40 cm- 140 cm umfassen soll. Die Prozessschritte sollen zielführend fortgeschrieben werden, um die Aufgabe zu erfüllen.The present invention preferably has a higher yield with high quality battery cells in industrial production with preferably a Li-ion bi-stack cell in a different electrochemical system depending on the choice, also with solid, with large-format cells. The so-called new cell formats should be able to be mapped in the process in the large-format cell area, the format of which should preferably include a length of 40 cm-140 cm. The process steps should be updated in a targeted manner in order to fulfill the task.

Hiervon ausgehend stellt sich also die Erfindung die Aufgabe, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von Batteriezellen zur Verfügung zu stellen, welche gemäß Anspruch 1 gelöst wird. Dies wird erfindungsgemäß durch die Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Proceeding from this, the object of the invention is to provide an improved method for producing battery cells, which is achieved according to claim 1. This is achieved according to the invention by the teaching of the independent claims. Advantageous embodiments of the invention are the subject of the subclaims.

Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle, vorzugsweise einer Li-lonen-Bi-Stapelzelle mit Feststoff vorgeschlagen, nach den Ansprüchen 1 ff. vorgeschlagen, wobei nach einem ersten Anladen der gefüllten Batteriezelle mit elektrischer Energie die Formierung in mindestens zwei Formierungsschritten durchgeführt wird. Vor und/ oder nach jedem der mindestens zwei Formierungsschritte wird dabei mindestens ein Entgasungsschritt mit einer von außen auf die Batteriezelle aufgebrachten energetischen Anregung und mindestens ein Alterungsschritt durchgeführt. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindungen.To solve the problem, a method for producing a battery cell, preferably a Li-ion bi-stack cell with solid, is proposed according to claims 1 ff., Wherein after a first charging of the filled battery cell with electrical energy, the formation in at least two formation steps is carried out. Before and / or after each of the at least two formation steps, at least one degassing step with an energetic stimulation applied externally to the battery cell and at least one aging step are carried out. The subclaims relate to advantageous developments of the inventions.

Das vorgeschlagene Verfahren setzt insbesondere nach dem Prozessschritt des Befüllens der Batteriezelle mit einem Elektrolyten und dem Imprägnieren des Elektrolyten an, soweit dieser bei der Herstellung der Batteriezelle durchgeführt wird, denn der für die Batteriezelle erforderliche Gehalt an Elektrolyt kann bereits in der Anordnung mit wenigstens wechselweise angeordneten Kathoden und Anoden enthalten sein. Dies ist beispielsweise bei Ausführungsformen der Fall, bei welchen eine Art Feststoffelektrolyt zum Einsatz kommt.The proposed method begins in particular after the process step of filling the battery cell with an electrolyte and impregnating the electrolyte, insofar as this is carried out during the production of the battery cell, because the electrolyte content required for the battery cell can already be arranged in the arrangement with at least alternating Cathodes and anodes may be included. This is the case, for example, in embodiments in which a type of solid electrolyte is used.

Nach dem Befüllen wird hier zu den üblichen Schritten in der Fertigung von prismatischen Verbundfolienzellen (Einhausungsmaterial) auch Pouch-Zellen oder Li-Polymer am Markt genannt, wie Wetting - Formation (Formierung) - Grading - Klassifizieren und Sortieren vor der Auslieferung eine neuartige Prozessschrittkombination erfinderisch beschrieben, die einerseits viele sicherheitsrelevante Fragen und der der Leistungsfähigkeit der Batteriezellen effizient und mit hoher Ausbeute lösen und andererseits eine sehr hohe Qualität sicherstellen, die sich über die gesamte Lebensdauer der Batteriezelle determiniert.After filling, the usual steps in the production of prismatic composite film cells (housing material) are also called pouch cells or Li-polymer on the market, such as wetting - formation - grading - classification and sorting before delivery, a novel process step combination is inventive which on the one hand solve many safety-related questions and the performance of the battery cells efficiently and with high yield and on the other hand ensure a very high quality, which is determined over the entire service life of the battery cell.

Ein Feststoffelektrolyt bzw. Festelektrolyt ist vorzugsweise ein Material, in dem wenigstens eine so bewegliche Ionensorte vorhanden ist, dass ein elektrischer Strom fließen kann. Ein solches Material ist elektrisch leitend, hat aber im Gegensatz zu einem Metall keine oder nur eine geringe elektronische Leitfähigkeit. Beispiele für Feststoffelektrolyte bzw. Festelektrolyte sind in Plastik und/ oder Kunststoffen und deren in Derivaten oder Gemischen enthaltene Ionenquellen. Die Verpackung der Batteriezelle ist vorzugsweise wenigstens teilweise formflexibel ausgeführt, vorzugsweise als sogenannte Polymerzelle oder Pouchzelle.A solid electrolyte or solid electrolyte is preferably a material in which there is at least one type of ion that is movable in such a way that an electric current can flow. Such a material is electrically conductive but, in contrast to a metal, has little or no electronic conductivity. Examples of solid electrolytes or solid electrolytes are in plastics and / or plastics and their ion sources contained in derivatives or mixtures. The packaging of the battery cell is preferably designed to be at least partially flexible in shape, preferably as a so-called polymer cell or pouch cell.

Ist bei der Herstellung der Batteriezelle kein Befüllen dieser mit einem Elektrolyt erforderlich, so schließen sich die Verfahrensschritte des vorgeschlagenen Verfahrens mit dem ersten Anladen der Batteriezelle mit elektrischer Energie nach dem Herstellen der Elektrodenanordnung und dem Anordnen der Verpackung an der Elektrodenanordnung sowie vorzugsweise dem Imprägnieren des Elektrolyts im Beispiel von Li-lonen-Zellen an. Wenn ein Zellenkonzept wie vorzugsweise ein Bi-Zell-Konzept mit einer Länge von 60 cm mit einer Feststoffkomponente, die den notwendigen Elektrolyten enthält, bereits eingebaut ist, entfällt mithin ein Imprägnieren oder wird nur noch teilweise ausgeführt. Das erste Anladen der Batteriezelle mit elektrischer Energie erfolgt dabei bereits vor den späteren Formierungsschritten, in welchen das eigentliche Laden der Batteriezelle mit elektrischer Energie erfolgt. Das vorgeschlagene erste Anladen dient dem Beseitigen häufig vorhandener metallischer Verunreinigen von Anode und/ oder Kathode, welche bei deren Verbleib zu Qualitätseinbußen der Batteriezelle führen. Beim vorgeschlagenen ersten Anladen wird eine elektrische Energie auf die Batteriezelle aufgebracht, die bemessen ist, sich an den Anoden/ Kathoden befindende metallische Verunreinigungen noch vor dem Formieren der Batteriezelle mit dem Anoden- bzw. Kathodenwerkstoff der Zelle zu verschmelzen. Dadurch wird insbesondere die Leitfähigkeit des Anoden- bzw. Kathodenwerkstoffs und auf diese Weise die Qualität der späteren Batteriezelle verbessert.If the battery cell does not need to be filled with an electrolyte during manufacture, the process steps of the proposed method include the first charging of the battery cell with electrical energy after the electrode assembly has been manufactured and the packaging is arranged on the electrode assembly, and preferably the electrolyte is impregnated in the example of Li-ion cells. If a cell concept, such as preferably a bi-cell concept with a length of 60 cm with a solid component that contains the necessary electrolyte, is already installed, impregnation is not necessary or is only partially carried out. The first charging of the battery cell with electrical energy takes place before the later formation steps in which the battery cell is actually charged with electrical energy. The proposed first charging is used to remove often present metallic contamination from the anode and / or cathode, which if they remain Lead to a loss of quality of the battery cell. During the proposed first charging, electrical energy is applied to the battery cell, which is dimensioned to fuse metallic impurities on the anodes / cathodes with the anode or cathode material of the cell before the battery cell is formed. In particular, this improves the conductivity of the anode or cathode material and, in this way, the quality of the later battery cell.

Nach dem ersten Anladen wird bei vorgeschlagenen Verfahren die Formierung in mindestens zwei Formierungsschritten durchgeführt. Vor und/ oder nach jedem der mindestens zwei Formierungsschritte erfolgt mindestens ein Entgasungsschritt mit einer von außen auf die Batteriezelle aufgebrachten energetischen Anregung und mindestens einem Alterungsschritt. Bei der Formierung werden die Batteriezellen zyklenweise mit insbesondere steigender Stromstärke be- und entladen. Dabei bildet sich in Verbindung mit dem Elektrolyten eine Schutzschicht auf der Anode aus, die als Solid Electrolyte Interface (SEI) bezeichnet wird. Hier ist hervorzuheben, dass es in Kombination der erfinderischen Schritte und gemäß den Ansprüchen gelingt, besonders stabile solcher Schichten als SEI auszubilden, die auch noch vergleichsweise dünner ausfallen. Also auf der Anoden- wie Kathodenseite.After the first loading, the formation is carried out in at least two formation steps in the proposed method. Before and / or after each of the at least two formation steps, there is at least one degassing step with an energetic stimulation applied externally to the battery cell and at least one aging step. During formation, the battery cells are charged and discharged in cycles, in particular with increasing current strength. In connection with the electrolyte, a protective layer is formed on the anode, which is known as the Solid Electrolyte Interface (SEI). It should be emphasized here that in a combination of the inventive steps and in accordance with the claims, it is possible to form particularly stable layers of this type as SEI, which are also comparatively thinner. So on the anode and cathode side.

Eine geeignete Formierung stellt einen für die Lebensdauer der Zelle maßgeblichen Faktor dar. Üblicherweise werden dabei in einer Ladestation mehrere Zellen gleichzeitig formiert.A suitable formation is a decisive factor for the service life of the cell. Usually, several cells are formed simultaneously in a charging station.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren weist jeder der mindestens zwei Formierungsschritte mindestens einen vor- und/ oder nachgelagerten Entgasungsschritt auf, welcher wenigstens eine von außen auf die Batteriezelle aufgebrachte energetische Anregung beinhaltet. Eine derartige energetische Anregung kann verschiedene Ausprägungen aufweisen. Beispielsweise kann eine mechanische Einwirkung wie das Aufbringen eines Impulses auf die Batteriezelle oder beispielsweise ein Erwärmen der Batteriezelle eine geeignete energetische Anregung sein, die ein sich bei der Formierung bildendes Gas anregt, aus der Batteriezelle zu entweichen, so dass es hiervon abgeführt werden kann. Eine derartige energetische Anregung und die durch diese erreichte verbesserte Entgasung der Batteriezelle wirkt sich unmittelbar und vorteilhaft auf die Qualität der hergestellten Batteriezellen und den Wirkungsgrad des Herstellungsverfahrens aus und geht mit einer vorteilhaften, weil effizienteren Formierung einher. Nicht zuletzt stellt eine hierdurch erreichte verbesserte Entgasung auch einen wesentlichen Einflussfaktor für die Sicherheit der Batteriezellen dar, denn hierdurch werden im Beispiel der Li-lonen-Zellen vorzugsweise Li-Abscheidungen und Fehlstellen in der Interkalation vermindert bzw. sogar vermieden. Unter Interkalation wird dabei die reversible Einlagerung von Ionen, Atomen und/ oder Molekülen in chemischen Verbindungen verstanden, deren Molekülstruktur sich durch die Einlagerung nicht wesentlich ändert.In the proposed method, each of the at least two formation steps has at least one upstream and / or downstream degassing step, which includes at least one energetic excitation applied from the outside to the battery cell. Such an energetic stimulation can have different characteristics. For example, a mechanical action such as applying a pulse to the battery cell or, for example, heating the battery cell can be a suitable energetic stimulus that stimulates a gas that forms during formation to escape from the battery cell so that it can be dissipated therefrom. Such energetic stimulation and the improved degassing of the battery cell achieved by it has a direct and advantageous effect on the quality of the battery cells produced and the efficiency of the production process and is associated with an advantageous, because more efficient, formation. Last but not least, the improved degassing achieved in this way also represents a significant influencing factor for the safety of the battery cells, because in the example of the Li-ion cells, this preferably reduces or even prevents Li deposits and defects in the intercalation. Intercalation is understood to mean the reversible incorporation of ions, atoms and / or molecules in chemical compounds, the molecular structure of which does not change significantly as a result of the incorporation.

Bei dem vorgeschlagenen Verfahren wird vor und/ oder nach jedem der mindestens zwei Formierungsschritte mindestens ein Alterungsschritt durchgeführt. Beim Altern werden zellinterne Kurzschlüsse identifiziert. Gleichzeitig können Veränderungen der Eigenschaften bzw. der Leistungsdaten der Batteriezelle überwacht werden. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann das Altern beispielsweise bei Temperaturen im Bereich der Raumtemperatur durchgeführt werden, insbesondere bei einer Temperatur zwischen 20°C und 25°C.In the proposed method, at least one aging step is carried out before and / or after each of the at least two formation steps. Cell-internal short circuits are identified during aging. At the same time, changes in the properties or performance data of the battery cell can be monitored. In the proposed method, the aging can be carried out, for example, at temperatures in the region of room temperature, in particular at a temperature between 20 ° C and 25 ° C.

Bei einer Ausführungsform des vorgeschlagenen Verfahrens wird vor einem ersten Formierungsschritt eine energetische Anregung auf die Batteriezelle aufgebracht, um die Verteilung des in der Batteriezelle enthaltenen Elektrolyts zu verbessern. Dieser Schritt dient insbesondere dazu, die für die Funktion der Batteriezelle erforderliche insbesondere vollständige Benetzung von Anode und Kathode durch den Elektrolyt zu verbessern. Eine hier vorgesehene energetische Anregung kann der energetischen Anregung entsprechen, wie sie vorausgehend zur Anregung des sich bei der Formierung bildendes Gases, aus der Batteriezelle zu entweichen, beschrieben worden ist. So kann beispielsweise ein die Verteilung des Elektrolyts anregendes geeignetes mechanisches Einwirken oder ein Erwärmen der Batteriezelle erfolgen. Eine derartige energetische Anregung wirkt sich vorteilhaft auf die Benetzung von Anode und Kathode durch den Elektrolyt und damit unmittelbar auf die Qualität der hergestellten Batteriezellen aus. Nach der Verbesserung der Benetzung der Elemente der Batteriezelle mit dem Elektrolyt kann ein Schritt zum Laden der Batteriezelle folgen.In one embodiment of the proposed method, an energetic stimulus is applied to the battery cell before a first formation step in order to improve the distribution of the electrolyte contained in the battery cell. This step serves in particular to improve the, in particular, complete wetting of the anode and cathode by the electrolyte, which is necessary for the functioning of the battery cell. An energetic excitation provided here can correspond to the energetic excitation as described above for the excitation of the gas that forms during formation to escape from the battery cell. For example, suitable mechanical action stimulating the distribution of the electrolyte or heating of the battery cell can take place. Such an energetic stimulation has an advantageous effect on the wetting of the anode and cathode by the electrolyte and thus directly on the quality of the battery cells produced. After the wetting of the elements of the battery cell with the electrolyte has been improved, a step for charging the battery cell can follow.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt das erste Anladen mit 0,007 C vorzugsweise über 35 Minuten vorzugsweise innerhalb von 1 bis 4 Stunden nach Erreichen des Prozessstandes Batteriezelle. Ein derart eingestelltes Anladen ist besonders geeignet, um unerwünschte metallische Verunreinigungen zu beseitigen, was vorteilhaft zur Sicherheit und Qualität beiträgt.In one embodiment of the method, the first charging at 0.007 C, preferably over 35 minutes, preferably within 1 to 4 hours after reaching the battery cell process status. Charging set in this way is particularly suitable for removing undesired metallic impurities, which advantageously contributes to safety and quality.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird der erste Formierungsschritt in wenigstens drei Stufen durchgeführt, die sich insbesondere in der Dauer und in der Strombeaufschlagung der Batteriezellen unterscheiden. Bei einer Ausführung des Verfahrens führt dieser erste Formierungsschritt zu einem Ladezustand von bis zu 30% bei 25°C. Durch den vorgeschlagenen ersten Formierungsschritt kann eine vorteilhaft dünne und stabile, vergleichsweise homogene Schutzschicht auf der Anode (SEI = Solid Electrolyte Interface) erzeugt werden, der sich positiv auf wesentliche Eigenschaften der Batteriezelle auswirkt, wie auf die Langlebigkeit, Sicherheit und deren Leistung. [7] Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird dieser erste Formierungsschritt durch Aufbringen einer energetischen Anregung während zumindest eines Zeitabschnitts des ersten Formierungsschritts auf die Batteriezelle unterstützt, um die Ausbildung einer vorteilhaften Schutzschicht auf der Anode weiter zu verbessern.In one embodiment of the method, the first formation step is carried out in at least three stages, which differ in particular in terms of the duration and the application of current to the battery cells. When carrying out the method, this first formation step leads to a state of charge of up to 30% at 25 ° C. By the proposed first In the formation step, an advantageously thin and stable, comparatively homogeneous protective layer can be produced on the anode (SEI = Solid Electrolyte Interface), which has a positive effect on essential properties of the battery cell, such as longevity, safety and its performance. In one embodiment of the method, this first formation step is supported by applying an energetic stimulus to the battery cell during at least a period of the first formation step in order to further improve the formation of an advantageous protective layer on the anode.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens geht dem zweiten Formierungsschritt wenigstens ein Entgasungsschritt mit einer von außen auf die Batteriezelle aufgebrachten energetischen Anregung voraus, um das sich im und folgend auf den ersten Formierungsschritt in der Batteriezelle gebildete Gas aus der Batteriezelle zu entfernen und diese so in einen zur Durchführung des zweiten Formierungsschritts geeigneten Zustand zu bringen.In one embodiment of the method, the second formation step is preceded by at least one degassing step with an energetic stimulation applied externally to the battery cell in order to remove the gas formed in the battery cell in and following the first formation step and thus to transfer it to one Carrying out the second formation step to bring a suitable state.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird der zweite Formierungsschritt in mehreren, insbesondere zwei oder drei Schritten durchgeführt, die sich insbesondere in der Dauer und in der Stärke der Strombeaufschlagung sowie mit Pausen der Batteriezellen unterscheiden. Vorzugsweise mit CC (constant current) 0,007 - 3,75 V mit 10 Minuten, CC 0,15 C auf 3,95 V, 0,5C-0,8 C bei Mischoxidsystem Batteriezellen. Aus Sicherheitsgründen sollte in einer Ausführungsform vorzugsweise nach/bei 3,87 V ein Ruhespannungswert auf sein Verhalten geprüft werden, etwa vorzugsweise über 10 Minuten.In one embodiment of the method, the second formation step is carried out in several, in particular two or three steps, which differ in particular in terms of the duration and strength of the current application and with pauses in the battery cells. Preferably with CC (constant current) 0.007 - 3.75 V with 10 minutes, CC 0.15 C to 3.95 V, 0.5C-0.8 C with mixed oxide system battery cells. For safety reasons, in one embodiment a no-load voltage value should be checked for its behavior preferably after / at 3.87 V, for example preferably over 10 minutes.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird während des zweiten Formierungsschritts insbesondere der Spannungs- (dV/dt [mV/min]) und/ oder der Ladungsanstieg (dQ/dt [dAs/min]) in der Batteriezelle überwacht. Weichen diese Werte von den hierfür vorgesehenen Bereichen ab, so kann hieraus eine Beschädigung oder ein sonstiger Mangel der Batteriezelle erkannt werden. Damit ist es möglich, fehlerhafte Batteriezellen bereits während des zweiten Formierungsschrittes zu erkennen und auszusondern.In one embodiment of the method, in particular the voltage (dV / dt [mV / min]) and / or the charge increase (dQ / dt [dAs / min]) in the battery cell is monitored during the second formation step. If these values deviate from the ranges provided for this purpose, damage or some other deficiency in the battery cell can be identified from this. This makes it possible to identify and sort out faulty battery cells during the second formation step.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens erfolgt nach dem zweiten Formierungsschritt ein insbesondere zweistufiges Altern. Dabei unterscheiden sich die wenigstens zwei Alterungsschritte insbesondere in der Dauer und in der Alterungstemperatur. Auf diese Weise kann der zweite Alterungsschritt auf die während der ersten Alterung nach dem zweiten Formierungsschritt erfolgten Reifung der Batteriezellen aufbauen. Mindestens einer dieser Alterungsschritte kann dabei eine zumindest zeitweise Kühlung der Batteriezellen vorsehen, um den Alterungsvorgang in vorteilhafter Weise zu beeinflussen.In one embodiment of the method, the second formation step is followed by aging, in particular in two stages. The at least two aging steps differ in particular in terms of duration and aging temperature. In this way, the second aging step can build on the ripening of the battery cells that occurred during the first aging after the second formation step. At least one of these aging steps can provide for at least temporary cooling of the battery cells in order to advantageously influence the aging process.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird insbesondere unmittelbar vor einem Bewerten der Qualität der Batteriezellen zumindest ein weiterer Alterungsschritt durchgeführt. Auf diese Weise können im Verfahrensablauf zwei die Formierung abschließende Alterungsschritte vorgesehen sein, welche die Qualität der Batteriezellen mit beeinflussen.In one embodiment of the method, at least one further aging step is carried out in particular immediately before the quality of the battery cells is assessed. In this way, two aging steps which conclude the formation and which also influence the quality of the battery cells can be provided in the process sequence.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird nach dem Abschluss der Formierung und wenigstens einem nachfolgenden Alterungsschritt die Qualität der Batteriezellen bewertet und die Batteriezellen entsprechend ihrer Bewertung verschiedenen Qualitätsklassen zugeordnet, welche für die weitere Verarbeitung und den Vertrieb bzw. späteren Einsatz der Batteriezellen wesentlich sind. Beim Bewerten der Qualität werden insbesondere verschiedene Leistungsparameter der Batteriezellen bestimmt, wie beispielsweise die Kapazität, der Innenwiderstand oder die Selbstentladung. Das Bewerten der Qualität von Batteriezellen im Herstellprozess wird auch als Grading bezeichnet.In one embodiment of the method, after the completion of the formation and at least one subsequent aging step, the quality of the battery cells is assessed and the battery cells are assigned to different quality classes according to their assessment, which are essential for the further processing and sale or later use of the battery cells. When evaluating the quality, various performance parameters of the battery cells are determined in particular, such as the capacity, the internal resistance or the self-discharge. Assessing the quality of battery cells in the manufacturing process is also known as grading.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird beim Bewerten der Qualität der Batteriezellen wenigstens ein Lade- und wenigstens ein Entladeschritt durchgeführt, insbesondere wenigstens zwei Lade- und wenigstens zwei Entladeschritte, wobei sich die wenigstens zwei Lade- und die wenigstens zwei Entladeschritte in der Dauer und der Stromstärke beim Laden und Entladen unterscheiden. Dabei werden zwischen den Lade- und Entladeschritten Pausen mit einer vorbestimmten Dauer eingehalten, welche gleiche oder unterschiedliche Länge aufweisen. Die vorbestimmte Dauer einer derartigen Pause kann abhängig von den hergestellten Batteriezellen zwischen einer und 20 Minuten betragen, insbesondere zwischen drei und zehn Minuten, insbesondere auch fünf Minuten.In one embodiment of the method, when evaluating the quality of the battery cells, at least one charging and at least one discharging step is carried out, in particular at least two charging and at least two discharging steps, the at least two charging and the at least two discharging steps differing in duration and current intensity differentiate between loading and unloading. In this case, pauses with a predetermined duration are observed between the loading and unloading steps, which have the same or different lengths. The predetermined duration of such a break can be between one and 20 minutes, in particular between three and ten minutes, in particular five minutes, depending on the battery cells produced.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird nach dem Bewerten der Qualität der Batteriezelle und nach einem Zuordnen der Batteriezellen zu einer Qualitätsklasse ein weiterer, insbesondere gegenüber vorausgehenden Alterungsschritten längerer Alterungsschritt durchgeführt. Ein solcher Alterungsschritt kann auch mehrere Tage dauern. Dabei werden die Batteriezellen im geladenen Zustand bei erhöhter Temperatur gelagert, vorzugsweise in einer Temperatur über der Raumtemperatur, gemäß einer erfinderischen Ausführung in einem Temperaturfenster von 30° - 60°C, welches systemabhängig zu definieren ist. Dabei findet eine letzte Feinverteilung des Elektrolyten sowie die Umsetzung von Resten von Nebenprodukten und Verunreinigungen statt, wodurch sich die Batteriezelle stabilisiert.In one embodiment of the method, after the quality of the battery cell has been assessed and after the battery cells have been assigned to a quality class, a further aging step, in particular a longer aging step than that of preceding aging steps, is carried out. Such an aging step can take several days. The battery cells are stored in the charged state at an elevated temperature, preferably at a temperature above room temperature, according to an inventive embodiment in a temperature window of 30 ° -60 ° C., which is to be defined depending on the system. A final fine distribution of the electrolyte and the conversion of residues of by-products and impurities take place, which stabilizes the battery cell.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird im Verfahrensablauf mindestens einmal der Innenwiderstand und die Ruhespannung (OCV) der Batteriezelle erfasst und geprüft. Hieraus kann beispielsweise die Selbstentladungsrate einer Batteriezelle hergeleitet werden. Ferner zeigen diese Parameter den Fortschritt der Formierung einer Batteriezelle an. Zusätzlich kann anhand der erfassten Parameter auch auf mögliche Defekte einer Batteriezelle geschlossen werden.In one embodiment of the method, the internal resistance and the open circuit voltage (OCV) are at least once in the process sequence Battery cell recorded and checked. The self-discharge rate of a battery cell can be derived from this, for example. Furthermore, these parameters indicate the progress of the formation of a battery cell. In addition, possible defects in a battery cell can also be deduced from the recorded parameters.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird beim Aufbringen der energetischen Anregung auf die Batteriezelle Energie in Form von kinetischer, thermischer oder elektrischer Energie oder in Form einer Kombination dieser Energiearten auf die Batteriezelle aufgebracht. Die Ausprägung der wenigstens einen Energieart, die zur energetischen Anregung der Energiezelle verwendet wird, hängt vom Einsatzfall und der Batteriezelle ab und kann entsprechend variabel gestaltet werden. Wie vorausgehend bereits angegeben, erfolgt eine energetische Anregung beispielsweise zur Unterstützung der Verteilung insbesondere des Elektrolyts in der Batteriezelle oder zur Unterstützung der Ableitung eines Gases aus der Batteriezelle, insbesondere zum Ableiten eines sich bei der Formierung der Batteriezelle bildenden Formierungsgases.In one embodiment of the method, when the energetic excitation is applied to the battery cell, energy is applied to the battery cell in the form of kinetic, thermal or electrical energy or in the form of a combination of these types of energy. The expression of the at least one type of energy that is used to energetically excite the energy cell depends on the application and the battery cell and can be designed in a correspondingly variable manner. As already stated above, energetic stimulation takes place, for example, to support the distribution in particular of the electrolyte in the battery cell or to support the discharge of a gas from the battery cell, in particular to discharge a forming gas that forms during the formation of the battery cell.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Verpackung der Batteriezelle wenigstens teilweise formflexibel ausgeführt. Eine zumindest teilweise formflexible Verpackung erleichtert das Aufbringen insbesondere einer kinetischen Energie über die Verpackung auf die Batteriezelle, für das energetische Anregen, da über eine formflexible Verpackung eine kinetische Energie unmittelbar auf die in der Verpackung angeordnete Batteriezelle übertragbar ist. So kann beispielsweise eine wandernde Bewegung, wie ein Rollen Abrakeln, Kalandrieren, Chill-Rollen, Plätten, Mangeln beispielsweise auch in Kombination mit einer Übertragung von thermischer Energie oder Gasdruck bzw. Unterdruck wie bei einem Bestrahlen der Zelle oder einem Bügeln über die Verpackung auf die darin angeordneten Elemente der Batteriezelle übertragen werden.In one embodiment of the method, the packaging of the battery cell is designed to be at least partially flexible in shape. An at least partially flexible packaging facilitates the application of kinetic energy in particular to the battery cell via the packaging, for energetic stimulation, since kinetic energy can be transferred directly to the battery cell arranged in the packaging via flexible packaging. For example, a wandering movement, such as rolling, doctoring, calendering, chill-rolling, flattening, mangling, for example, also in combination with a transfer of thermal energy or gas pressure or negative pressure, such as irradiating the cell or ironing over the packaging onto the elements of the battery cell arranged therein are transferred.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird beim Aufbringen einer energetischen Anregung wenigstens eine kinetische Energie in Form einer auf wenigstens einen Teil der Batteriezelle aufgebrachte Druckbelastung, die insbesondere bezüglich der Belastungsstärke, Belastungsdauer, Frequenz und des Belastungsorts veränderbar ist, auf die Batteriezelle aufgebracht. Entsprechend kann eine für die vorliegende Art der Batteriezelle geeignete energetische Anregung auf die Batteriezelle aufgebracht werden um beispielsweise die Verteilung von Elementen in der Batteriezelle zu unterstützen oder ein Gas daraus zu entfernen. Das unterstützt auch die Homogenität und die Zellausbeute.In one embodiment of the method, when energetic excitation is applied, at least one kinetic energy is applied to the battery cell in the form of a pressure load applied to at least part of the battery cell, which can be changed in particular with regard to the load intensity, load duration, frequency and load location. Correspondingly, an energetic stimulation suitable for the type of battery cell present can be applied to the battery cell in order, for example, to support the distribution of elements in the battery cell or to remove a gas therefrom. This also supports the homogeneity and the cell yield.

Bei einer Ausführungsform des Verfahrens wird beim Aufbringen einer energetischen Anregung wenigstens eine kinetische Energie in Form einer Vibrationsschwingung auf die Batteriezelle aufgebracht und bei einer anderen Ausführungsform oder in Kombination hiermit wird eine energetische Anregung in Form wenigstens einer thermischen und/ oder elektrischen Energie in Form von Wärme oder einer magnetischen Feldstärke auf die Batteriezelle aufgebracht. Die Auswahl einer geeigneten energetischen Anregung erfolgt dabei abhängig vom Typ und der Größe der Batteriezelle sowie vom Zweck, der mit der energetischen Anregung erreicht werden soll.In one embodiment of the method, when energetic excitation is applied, at least one kinetic energy is applied to the battery cell in the form of a vibration oscillation and in another embodiment or in combination with this, an energetic excitation in the form of at least one thermal and / or electrical energy in the form of heat or a magnetic field strength applied to the battery cell. The selection of a suitable energetic stimulation is made depending on the type and size of the battery cell and on the purpose that is to be achieved with the energetic stimulation.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit der Figur. Es zeigt

• 1 eine schematische Darstellung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Batteriezelle.

Further features, advantages and possible applications of the invention emerge from the following description in connection with the figure. It shows

• 1 a schematic representation of an exemplary method according to the invention for producing a battery cell.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines beispielhaften erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen einer Batteriezelle 10, bei dem eine Anordnung 8 aus wechselweise angeordneten Kathoden und Anoden mit einem Elektrolyt in einer Verpackung 9 angeordnet ist. Das erfindungsgemäße Verfahren ist beispielhaft für eine Elektromobilitätszelle beschrieben. 1 shows a schematic representation of an exemplary method according to the invention for producing a battery cell 10 , in which an arrangement 8th of alternately arranged cathodes and anodes with an electrolyte in one package 9 is arranged. The method according to the invention is described by way of example for an electromobility cell.

Nach dem Bereitstellen der Batteriezelle 10 und damit beispielsweise unmittelbar nach dem Befüllen und Imprägnieren des Elektrolyten erfolgt zunächst ein Anladen 21 der Batteriezelle 10 mit elektrischer Energie. Im Ausführungsbeispiel ist eine Ladedauer von 0,6 bis 1,8 Minuten mit 0,007 C innerhalb von einer bis vier Stunden vorgesehen. Dabei werden bestimmte metallische Verunreinigungen in der Batteriezelle beseitigt.After providing the battery cell 10 and thus, for example, immediately after the filling and impregnation of the electrolyte, charging takes place first 21st the battery cell 10 with electrical energy. In the exemplary embodiment, a charging time of 0.6 to 1.8 minutes at 0.007 C within one to four hours is provided. Certain metallic impurities are removed from the battery cell.

Bei der Durchführung des Verfahrens erfolgt insbesondere mehrfach ein Schritt 22, in welchem der Innenwiderstand und die Ruhespannung (OCV) der Batteriezelle erfasst und auf eine Abweichung gegenüber dem in diesem Verfahrensstand vorgesehen Innenwiderstand und Ruhespannung hin geprüft werden.In particular, one step is carried out several times when the method is carried out 22nd , in which the internal resistance and the open-circuit voltage (OCV) of the battery cell are recorded and checked for a deviation from the internal resistance and open-circuit voltage provided in this process status.

Nach dem Anladen 21 der Batteriezelle 10 erfolgt die Formierung der Batteriezelle 10 in zwei Formierungsschritten 23, 24. Vor und nach dem ersten Formierungsschritt 23 wird je ein Alterungsschritt 27 in Verbindung mit einer energetischen Anregung 26 der Batteriezelle 10 durchgeführt. Der Alterungsschritt 27 wird bei einer Temperatur im Bereich der Raumtemperatur durchgeführt, im Ausführungsbeispiel bei 25°C. Die energetische Anregung 26 wirkt sich unmittelbar und vorteilhaft auf die Qualität der Batteriezellen 10 aus und ermöglicht eine hohe Effizienz der Formierung, da dadurch beispielsweise Fehlstellen bei der Einlagerung von Ionen, Atomen oder Molekülen in die Elemente der Batteriezelle 10 verringert bzw. vermieden werden.After loading 21st the battery cell 10 the formation of the battery cell takes place 10 in two formation steps 23 , 24 . Before and after the first formation step 23 is one aging step each 27 in connection with an energetic stimulation 26th the battery cell 10 carried out. The aging step 27 is carried out at a temperature in the region of room temperature, in the exemplary embodiment at 25 ° C. The energetic stimulation 26th has a direct and beneficial effect on the quality of the battery cells 10 and enables a high efficiency of the formation, because this, for example, defects in the storage of ions, atoms or molecules in the elements of the battery cell 10 be reduced or avoided.

Dieser erste Formierungsschritt 23 wird im Ausführungsbeispiel in drei, zeitlich und in der Strombeaufschlagung unterschiedlichen Schritten durchgeführt, die zu einem Ladezustand von maximal 30% bei 25°C führen. Bei einer beispielhaften Li-lonen-Zelle (NCM 811, NCM 622, NCM 111, LMO, Andere) erfolgt eine Ladung auf 3,6V bis zu einem Ladestand (SOC) 20 bis 25%. Dabei bildet sich in Verbindung mit dem Elektrolyt eine Schutzschicht (SEI) auf der Anode aus, wesentliche Eigenschaften der Zelle unterstützt, wie Langlebigkeit, Sicherheit, Leistung. Im Ausführungsbeispiel wird dies durch einen Druck auf die Zelle unterstützt. Bei der beispielhaften Ausführungsform erfolgen die drei Teilschritte des Formierungsschritts 23 bis zu einer Ladung der Batteriezelle 10 mit CC 0,007C, CC 0,05C und CC 0,13C.This first formation step 23 is carried out in the exemplary embodiment in three steps that differ in terms of time and current, which lead to a state of charge of a maximum of 30% at 25 ° C. An exemplary Li-ion cell (NCM 811, NCM 622, NCM 111, LMO, others) is charged to 3.6V up to a charge level (SOC) 20th up to 25%. In connection with the electrolyte, a protective layer (SEI) forms on the anode, supporting essential properties of the cell, such as longevity, safety and performance. In the exemplary embodiment this is supported by a pressure on the cell. In the exemplary embodiment, the three sub-steps of the formation step take place 23 until the battery cell is charged 10 with CC 0.007C, CC 0.05C and CC 0.13C.

Nach dem ersten Formierungsschritt 23 folgt ein zweiter Formierungsschritt 24, dem ein Entgasungsschritt 25 mit einer energetischen Anregung 26 voraus geht. Im Ausführungsbeispiel wird dieser zweite Formierungsschritt 24 in zumindest zwei, oder drei Schritten ausgeführt. Dabei werden Faktoren wie der Spannungsverlauf (dV/dt) und/ oder der Ladungsanstieg (dQ/dt) monitort. Weichen überwachte Parameter von vorbestimmten Wertebereichen ab, so werden diese Batteriezellen 10 aussortiert. Auf diese Weise werden die Sicherheit und die Qualität der hergestellten Batteriezellen 10 erhöht. Beispielsweise wird bei einem Schritt 22 bei 3,87V (NMC) einer Lithium-Ionen-Zelle ein OCV drop Test über eine Zeit von 5 bis 20, insbesondere 10 Minuten durchgeführt. Je nach Zellsystem beispielsweise einer Lithium-Ionen-Zelle werden bei diesem Schritt 22 Informationen zum Anpassen des Formierungsregimes erhalten, was insbesondere die Ladeschlussspannungen betrifft.After the first formation step 23 a second formation step follows 24 , which is a degassing step 25th with an energetic stimulus 26th goes ahead. This second formation step is used in the exemplary embodiment 24 carried out in at least two or three steps. Factors such as the voltage curve (dV / dt) and / or the increase in charge (dQ / dt) are monitored. If monitored parameters deviate from predetermined value ranges, these are battery cells 10 sorted out. This increases the safety and quality of the battery cells produced 10 elevated. For example, at a step 22nd at 3.87V (NMC) of a lithium-ion cell, an OCV drop test was carried out over a period of 5 to 20, in particular 10 minutes. Depending on the cell system, a lithium-ion cell, for example, will be used in this step 22nd Receive information on how to adjust the formation regime, particularly with regard to end-of-charge voltages.

Nach dem zweiten Formierungsschritt 24 folgt im beispielhaften Ausführungsbeispiel ein zweigestuftes Altern 27, welches sich in der Zeitdauer und den Temperaturen unterscheidet. Vorzugsweise kann auch ein Altern 27 mit einer Kühlung der Batteriezellen 10 erfolgen, beispielsweise bei Verwendung von Elektroden oder Komponenten von diversen Lithium-Ionen-Zellen mit speziellen Bindern oder Feststoffmaterialien.After the second formation step 24 In the exemplary embodiment, a two-stage aging follows 27 , which differs in time and temperatures. Aging can also be preferred 27 with cooling of the battery cells 10 take place, for example when using electrodes or components of various lithium-ion cells with special binders or solid materials.

Nach dem zweiten Formierungsschritt 24 und den beiden Alterungsschritten 27 folgt im beispielhaften Ausführungsbeispiel ein Qualitätsbewertungsschritt 28, der auch Grading genannt wird. Bei der Qualitätsbewertung werden üblicherweise mehrere Lade- und Entladeschritte durchgeführt, beispielsweise zwei Ladeschritte und zwei Entladeschritte, wobei sich jeder Schritt beispielsweise in der Belastungsrate beim Laden CC und beim Entladen DC unterscheiden kann. Zwischen den Schritten werden mehrere Pausenzeiten eingehalten, welche zwischen 3 und 10 Minuten betragen. Entsprechend den Ergebnissen des Qualitätsbewertungsschritts 28 werden die einzelnen Batteriezellen 10 verschiedenen Qualitätsklassen zugeordnet. Diesem Zuordnungsschritt 29, der auch Sorting genannt wird, gehen also zwei Alterungsschritte 27 voraus. Nach dem Zuordnungsschritt 29 folgt ein vorzugsweise ein mehrere Tage dauernder weiterer Alterungsschritt 27. Dieser weitere Alterungsschritt 27 dauert beispielsweise 10 Tage und erfolgt bei einer Temperatur von 25°C, wobei dies jeweils nach dem jeweiligen System und auch der verwendeten Materialien und oder Komponenten differieren kann.After the second formation step 24 and the two aging steps 27 In the exemplary embodiment, a quality assessment step follows 28 which is also called grading. In the quality assessment, several charging and discharging steps are usually carried out, for example two charging steps and two discharging steps, each step being able to differ, for example, in the loading rate during charging CC and during discharging DC. There are several breaks between the steps, which are between 3 and 10 minutes. According to the results of the quality assessment step 28 the individual battery cells 10 assigned to different quality classes. This assignment step 29 , which is also called sorting, thus take two aging steps 27 ahead. After the assignment step 29 this is followed by a further aging step, preferably lasting several days 27 . This further aging step 27 lasts, for example, 10 days and takes place at a temperature of 25 ° C., although this may differ depending on the respective system and also on the materials and / or components used.

Claims (8)

Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle, vorzugsweise einer Li-lonen-Bi-Stapelzelle mit Feststoff, dadurch gekennzeichnet, dass nach einem ersten Anladen (21) der gefüllten Batteriezelle (10) mit elektrischer Energie die Formierung in mindestens zwei Formierungsschritten (23, 24) durchgeführt wird, wobei vor und/ oder nach jedem der mindestens zwei Formierungsschritte (23, 24) mindestens ein Entgasungsschritt (25) mit einer von außen auf die Batteriezelle (10) aufgebrachte energetische Anregung (26) und mindestens ein Alterungsschritt (27) durchgeführt wird.Method for producing a battery cell, preferably a Li-ion bi-stacked cell with solid, characterized in that after a first charging (21) of the filled battery cell (10) with electrical energy, the formation is carried out in at least two formation steps (23, 24) being carried out before and / or after each of the at least two formation steps (23, 24) at least one degassing step (25) with an energetic excitation (26) applied from the outside to the battery cell (10) and at least one aging step (27). Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle, vorzugsweise einer Li-lonen-Bi-Stapelzelle mit Feststoff gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem ersten Formierungsschritt (23) das energetische Anregen (26) und Entgasen (25) in zwei Alterungsschritte (27) eingebettet ist, dem also vorausgeht und nachfolgt, einem zweiten Formierungsschritt ein zweites energetisches Anregen (26) sowie Entgasen (25) mit einem Alterungsschritt vorausgehen.Method for producing a battery cell, preferably a Li-ion bi-stack cell with solid according to Claim 1 , characterized in that before the first formation step (23) the energetic excitation (26) and degassing (25) is embedded in two aging steps (27), which is preceded and followed by a second energetic excitation (26) and degassing (25) precede with an aging step. Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle, vorzugsweise einer Li-lonen-Bi-Stapelzelle mit Feststoff gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass vor einem Grading/ Klassifizieren der Zellen und einem Sortieren zwei Alterungsschritte (27) vorausgehen sowie ein solches Altern (27) nachfolgt.A method for producing a battery cell, preferably a Li-ion bi-stacked cell with solid according to at least one of the preceding claims, characterized in that two aging steps (27) and such aging (27) precede a grading / classification of the cells and a sorting ) follows. Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle, vorzugsweise einer Li-lonen-Bi-Stapelzelle mit Feststoff, gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Formierungsschritt (23) in wenigstens drei Stufen erfolgt, die sich insbesondere in der Dauer und in der Stärke der Strombeaufschlagung der Batteriezellen (10) unterscheiden.Method for producing a battery cell, preferably a Li-ion bi-stack cell with solid, according to at least one of the preceding claims, characterized in that the first formation step (23) takes place in at least three stages, which are in particular in duration and in the Differentiate the strength of the current application of the battery cells (10). Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle, vorzugsweise einer Li-lonen-Bi-Stapelzelle mit Feststoff, gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der zweite Formierungsschritt (24) in mehreren, insbesondere zwei oder drei Schritten durchgeführt wird, die sich insbesondere in einem, der Dauer oder in der Stärke der Strombeaufschlagung der Batteriezellen (10) unterscheiden.Method for producing a battery cell, preferably a Li-ion bi-stack cell with solid, according to at least one of the preceding claims, characterized in that the second formation step (24) is carried out in several, in particular two or three steps, which are in particular in one, the duration or the strength of the current application of the battery cells (10). Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle, vorzugsweise einer Li-lonen-Bi-Stapelzelle mit Feststoff, gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem zweiten Formierungsschritt (24) ein insbesondere zweistufiges Altern (27) erfolgt, wobei sich die wenigstens zwei Alterungsschritte (27) insbesondere in der Dauer und in der Alterungstemperatur unterscheiden.Method for producing a battery cell, preferably a Li-ion bi-stack cell with solid, according to at least one of the preceding claims, characterized in that after the second formation step (24) there is in particular a two-stage aging (27), the at least two Differentiate aging steps (27) in particular in terms of duration and aging temperature. Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle, vorzugsweise einer Li-lonen-Bi-Stapelzelle mit Feststoff, gemäß Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass in mindestens einem Alterungsschritt (27) eine zumindest zeitweise Kühlung der Batteriezellen (10) erfolgt.Method for producing a battery cell, preferably a Li-ion-Bi-stack cell with solid, according to Claim 6 , characterized in that the battery cells (10) are cooled at least temporarily in at least one aging step (27). Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle, vorzugsweise einer Li-lonen-Bi-Stapelzelle mit Feststoff, gemäß wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass für langachsige Zellen mit über 40 cm Kantenlänge eine energetische Anregung (26) von der Mitte der Geometrie her erfolgt.Method for producing a battery cell, preferably a Li-ion bi-stack cell with solid, according to at least one of the preceding claims, characterized in that for long-axis cells with an edge length of over 40 cm, an energetic excitation (26) takes place from the center of the geometry .

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