DE102018200553A1 - Electrode arrangement and method for producing such - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung (10) für eine Batteriezelle, mit einer Anodenanordnung (12), einer Kathodenanordnung (14) und einem zwischen Anodenanordnung (12) und Kathodenanordnung (14) angeordneten Separator (16), wobei die Anodenanordnung (12) einen Anodenableiter (22) aufweist, der eine Mehrzahl an voneinander durch unbeschichtete Freibereiche (18) beabstandete Anodenmaterialschichten (24) trägt, wobei der Anodenableiter (22) mit den Anodenmaterialschichten (24) Anodenbereiche (20) ausbildet, und wobei die Kathodenanordnung (14) einen Kathodenableiter (30) aufweist, der eine Mehrzahl an voneinander durch unbeschichtete Freibereiche (26) beabstandete Kathodenmaterialschichten (32) trägt, wobei der Kathodenableiter (30) mit den Kathodenmaterialschichten (32) Kathodenbereiche (28) ausbildet, wobei der Separator (16) und der Anodenableiter (22) und der Kathodenableiter (30) entlang der Anodenbereiche (12), entlang der Kathodenbereiche (14) und entlang der anodenseitigen und kathodenseitigen Freibereiche (18, 26) verläuft, und wobei die Elektrodenanordnung (10) ferner derart gewickelt ist, dass der Separator (16) und der Anodenableiter (22) und der Kathodenableiter (30) nur bei anodenseitigen Freibereichen (18) und kathodenseitigen Freibereichen (26) gebogene Biegebereiche (34) aufweisen, wobei die die Biegebereiche (34) aufweisenden Freibereiche (18, 26) derart ausgestaltet sind, dass eine während eines Betriebs der Elektrodenanordnung (10) auftretende Volumenänderung der Anodenbereiche (20) und der Kathodenbereiche (28) durch eine Verformung des Separators (16), des Anodenableiters (22) und des Kathodenableiters (30) an den Freibereichen (18,26) ausgleichbar ist.

The present invention relates to an electrode arrangement (10) for a battery cell, comprising an anode arrangement (12), a cathode arrangement (14) and a separator (16) arranged between anode arrangement (12) and cathode arrangement (14), wherein the anode arrangement (12) comprises a Anode conductor (22) carrying a plurality of anode material layers (24) spaced from each other by uncoated free areas (18), the anode conductor (22) forming anode regions (20) with the anode material layers (24), and wherein the cathode assembly (14) comprises a Cathode arrester (30) carrying a plurality of cathode material layers (32) spaced from one another by uncoated free areas (26), the cathode conductor (30) forming cathode regions (28) with the cathode material layers (32), the separator (16) and the Anodenableiter (22) and the Kathodenableiter (30) along the anode regions (12), along the cathode regions (14) and along d it extends on the anode-side and cathode-side free areas (18, 26), and wherein the electrode arrangement (10) is also wound in such a way that the separator (16) and the anode conductor (22) and the cathode conductor (30) only at anode-side free areas (18) and The free areas (18, 26) having the bending regions (34) are configured such that a change in volume of the anode regions (20) and the cathode regions occurring during operation of the electrode arrangement (10) (28) by a deformation of the separator (16), the Anodenableiters (22) and the Kathodenableiters (30) on the free areas (18,26) is compensated.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung und ein Verfahren zum Herstellen einer solchen. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere eine Elektrodenanordnung mit einer besonders guten Energiedichte und einer hohen Stabilität und ein Verfahren, mit welchem eine derartige Elektrodenanordnung besonders vorteilhaft hergestellt werden kann.The present invention relates to an electrode assembly and a method of manufacturing such. In particular, the present invention relates to an electrode arrangement with a particularly good energy density and a high stability and to a method with which such an electrode arrangement can be produced particularly advantageously.

Stand der TechnikState of the art

Elektrochemische Energiespeicher, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Batterien, sind in vielen täglichen Anwendungen weit verbreitet. Sie werden beispielsweise in Computern, wie etwa Laptops, Mobiltelefonen, Smartphones und bei anderen Anwendungen eingesetzt. Auch bei der zur Zeit stark vorangetriebenen Elektrifizierung von Fahrzeugen, wie etwa Kraftfahrzeugen, etwa bei elektrischen Fahrzeugen oder Hybridfahrzeugen, bieten derartige Batterien Vorteile.Electrochemical energy storage devices, such as lithium-ion batteries, are widely used in many daily applications. They are used, for example, in computers such as laptops, mobile phones, smart phones, and other applications. Even with the currently highly advanced electrification of vehicles, such as motor vehicles, such as electric vehicles or hybrid vehicles, such batteries offer advantages.

In elektrisch angetriebenen Fahrzeugen werden heutzutage als elektrische Energiespeicher (EES) oft auf Lithiumchemie basierende Akkumulatoren eingesetzt, da diese im Vergleich zu Nickel- oder Blei-basierten Akkumulatoren eine besonders große verfügbare Energiedichte bei geringem Gewicht aufweisen.Electronically driven vehicles often use lithium-chemistry-based accumulators as electrical energy stores (EES) since these have a particularly high available energy density with low weight in comparison with nickel- or lead-based accumulators.

Diese Batteriesysteme sind typischer Weise aus vielen Einzelzellen aufgebaut, die im Batteriesystem sowohl seriell als auch parallel verschaltet werden. Beispielsweise sind etwa Systeme aus 96 bis 104 seriell verschalteter Zellen als auch Systeme aus 96 in Reihe geschalteter Pakete aus bis zu 74 parallel geschalteter Zellen bekannt.These battery systems are typically made up of many individual cells, which are connected both serially and in parallel in the battery system. For example, systems of 96 to 104 serially connected cells as well as systems of 96 series-connected packets of up to 74 cells connected in parallel are known.

Bezüglich der Anordnung der Zellen gibt es verschiedene Zell-Formate, die beispielsweise in elektrischen oder elektrifizierten Fahrzeugen eingesetzt werden können. Neben Rund- und Pouchzellen finden prismatische Hardcase-Zellen häufige Anwendung. Meist wird bei prismatische Hardcase-Zellen in einem Aluminiumgehäuse ein Elektrodenwickel verbaut. Ferner sind auch als Jelly Roll bezeichnete Elektrodenwickel bekannt.With regard to the arrangement of the cells, there are various cell formats that can be used, for example, in electric or electrified vehicles. In addition to round and pouch cells, prismatic hardcase cells are frequently used. Most prismatic hardcase cells in an aluminum housing, an electrode winding is installed. Furthermore, also known as jelly roll electrode winding are known.

US 2014/0050957 Al, beispielsweise, beschreibt eine Elektrodenanordnung. Eine derartige Elektrodenanordnung umfasst einen Separator, der zwischen Anodenplatten und Kathodenplatten angeordnet ist. Die Anodenplatten werden ausgebildet durch das Beschichten eines Anodenstromableiters mit einem Anoden-Aktivmaterial und die Kathodenplatten werden ausgebildet durch das Beschichten eines Kathodenstromableiters mit einem Kathoden-Aktivmaterial. Die Kathodenplatten und die Anodenplatten sind voneinander beabstandet und der Separator ist in einer gewickelten Anordnung ausgestaltet, wobei eine Wicklung in einem nicht beschichteten Bereich des Separators beziehungsweise der Stromableiter realisiert ist. US 2014/0050957 Al, for example, describes an electrode arrangement. Such an electrode arrangement comprises a separator which is arranged between anode plates and cathode plates. The anode plates are formed by coating an anode current collector with an anode active material, and the cathode plates are formed by coating a cathode current collector with a cathode active material. The cathode plates and the anode plates are spaced apart from each other and the separator is configured in a wound arrangement, wherein a winding is realized in an uncoated region of the separator or the current conductor.

US 2015/0372340 A1 beschreibt ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle und eine derart hergestellte Batteriezelle. Gemäß dieser Druckschrift werden Elektrodenelemente auf ein Substrat derart aufgebracht, dass diese jeweils zueinander beabstandet sind. Ferner kann diese Ausgestaltung in einer gewickelten Ausgestaltung gefertigt sein. US 2015/0372340 A1 describes a method for producing a battery cell and a battery cell produced in this way. According to this document, electrode elements are applied to a substrate in such a way that they are each spaced apart from one another. Furthermore, this embodiment can be manufactured in a wound configuration.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrodenanordnung für eine Batteriezelle, mit einer Anodenanordnung, einer Kathodenanordnung und einem zwischen Anodenanordnung und Kathodenanordnung angeordneten Separator, wobei die Anodenanordnung einen Anodenableiter aufweist, der eine Mehrzahl an voneinander durch unbeschichtete Freibereiche beabstandete Anodenmaterialschichten trägt, wobei der Anodenableiter mit den Anodenmaterialschichten Anodenbereiche ausbildet und wobei die Kathodenanordnung einen Kathodenableiter aufweist, der eine Mehrzahl an voneinander durch unbeschichtete Freibereiche beabstandete Kathodenmaterialschichten trägt, wobei der Kathodenableiter mit den Kathodenmaterialschichten Kathodenbereiche ausbildet, wobei der Separator und der Anodenableiter und der Kathodenableiter entlang der Anodenbereiche, entlang der Kathodenbereiche und entlang der anodenseitigen und kathodenseitigen Freibereiche verläuft, und wobei die Elektrodenanordnung ferner derart gewickelt ist, dass der Separator und der Anodenableiter und der Kathodenableiter nur bei anodenseitigen Freibereichen und kathodenseitigen Freibereichen gebogene Biegebereiche aufweisen, wobei die die Biegebereiche aufweisenden Freibereiche derart ausgestaltet sind, dass eine während eines Betriebs der Elektrodenanordnung auftretende Volumenänderung der Anodenbereiche und der Kathodenbereiche durch eine Verformung des Separators, des Anodenableiters und des Kathodenableiters an den Freibereichen ausgleichbar ist.The present invention relates to an electrode assembly for a battery cell having an anode assembly, a cathode assembly and a separator disposed between anode assembly and cathode assembly, the anode assembly having an anode conductor carrying a plurality of anode material layers spaced from each other by uncoated free regions, the anode conductor having the anode material layers Anode regions forms and wherein the cathode assembly comprises a Kathodenableiter carrying a plurality of mutually spaced by uncoated free areas cathode material layers, the Kathodenableiter forms with the cathode material layers cathode areas, the separator and the Anodenableiter and the Kathodenableiter along the anode areas, along the cathode areas and along the anode-side and cathode-side free areas extends, and wherein the electrode assembly is further wound such the separator and the anode conductor and the cathode conductor have bent bending regions only on anode-side free areas and cathode-side open areas, the free areas having the bending areas being configured such that a change in volume of the anode areas and the cathode areas occurring during operation of the electrode arrangement is caused by deformation of the separator, the Anodenableiters and the Kathodenableiters on the free areas is compensated.

Eine wie vorstehend beschrieben ausgestaltete Elektrodenanordnung kann eine hohe Energiedichte bei einfacher Herstellbarkeit und dabei hoher Langzeitstabilität ermöglichen.An electrode arrangement designed as described above can enable a high energy density with simple manufacturability and thereby high long-term stability.

Die Elektrodenanordnung dient insbesondere dem Einsatz in einer Batteriezelle etwa für ein Batteriemodul und kann somit mit anderen gleich oder andersartig aufgebauten Batteriezellen parallel und/oder seriell verschaltet sein.The electrode arrangement serves in particular for use in a battery cell, for example for a battery module, and can thus be connected in parallel and / or in series with other battery cells of identical or different construction.

Die Elektrodenanordnung umfasst eine Anodenanordnung, eine Kathodenanordnung und einen zwischen Anodenanordnung und Kathodenanordnung angeordneten Separator. The electrode assembly includes an anode assembly, a cathode assembly, and a separator disposed between the anode assembly and the cathode assembly.

Bezüglich der Anodenanordnung ist es vorgesehen, dass diese einen Anodenableiter aufweist, der eine Mehrzahl an voneinander durch unbeschichtete Freibereiche beabstandete Anodenmaterialschichten trägt, wobei der Anodenableiter mit den Anodenmaterialschichten Anodenbereiche ausbildet. Somit liegen die Anodenbereiche beziehungsweise die Bereiche mit Aktivmaterial der Anode jeweils in lokal begrenzten Bereichen vor und sind von anderen Anodenbereichen getrennt, so dass anodenseitig, also auf der Seite des Separators, wo die Anodenbereiche vorliegen, die Anodenanordnung beziehungsweise der Anodenableiter Freibereiche aufweist. Unter einem Freibereich ist somit insbesondere ein derartiger Bereich zu verstehen, in welchem der Ableiter nicht mit Aktivmaterial beziehungsweise Anodenmaterial versehen ist, also hier gerade kein Anodenbereich vorliegt.With regard to the anode arrangement, it is provided that it has an anode conductor which carries a plurality of anode material layers spaced apart from one another by uncoated free areas, wherein the anode conductor forms anode regions with the anode material layers. Thus, the anode regions or the regions of active material of the anode are each in locally limited areas and are separated from other anode regions, so that on the anode side, ie on the side of the separator, where the anode regions are present, the anode arrangement or the anode conductor free areas. An open area is therefore to be understood as meaning, in particular, such a region in which the arrester is not provided with active material or anode material, that is to say that no anode area is present here.

Entsprechend ist es bezüglich der Kathodenanordnung vorgesehen, dass diese einen Kathodenableiter aufweist, der eine Mehrzahl an voneinander durch unbeschichtete Freibereiche beabstandete Kathodenmaterialschichten trägt, wobei der Kathodenableiter mit den Kathodenmaterialschichten Kathodenbereiche ausbildet. Somit liegen die Kathodenbereiche beziehungsweise die Bereiche mit Aktivmaterial der Kathode jeweils in lokal begrenzten Bereichen vor und sind von anderen Kathodenbereichen getrennt, so dass kathodenseitig, also auf der Seite des Separators, wo die Kathodenbereiche vorliegen, die Kathodenanordnung beziehungsweise der Kathodenableiter Freibereiche aufweist. Unter einem Freibereich ist somit insbesondere wiederum ein derartiger Bereich zu verstehen, in welchem der Ableiter nicht mit Aktivmaterial beziehungsweise Kathodenmaterial versehen ist, also hier gerade kein Kathodenbereich vorliegt.Accordingly, it is provided with respect to the cathode assembly that it has a Kathodenableiter carrying a plurality of spaced apart from each other by uncoated open areas cathode material layers, wherein the Kathodenableiter forms with the cathode material layers cathode areas. Thus, the cathode regions or the areas with active material of the cathode are each in localized areas and are separated from other cathode areas, so that the cathode side, ie on the side of the separator, where the cathode areas are present, the cathode arrangement or the Kathodenableiter free areas. Under a free area is therefore in turn in particular such a range to understand in which the arrester is not provided with active material or cathode material, so there is no cathode area here.

In an sich bekannter Weise kann der Kathodenableiter aus Aluminium, wie etwa einer Aluminiumfolie, ausgestaltet sein, wohingegen der Anodenableiter etwa aus Kupfer, wie etwa einer Kupferfolie ausgestaltet sein kann. Ferner kann das Anodenmaterial etwa umfassen Graphit, amorphes Silizium oder Lithiumtuitanate, wohingegen das Kathodenmaterial etwa umfassen kann Lithium-Cobalt(III)-oxid oder Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid, ohne jedoch hierauf beschränkt zu sein.In a manner known per se, the cathode conductor can be made of aluminum, such as an aluminum foil, whereas the anode conductor can be made of copper, for example, such as a copper foil. Further, the anode material may include, but are not limited to, graphite, amorphous silicon, or lithium titanate, while the cathode material may include, but is not limited to, lithium cobaltous oxide or lithium nickel manganese cobalt oxide.

Der Separator und der Anodenableiter und der Kathodenableiter sind dabei durchgehend ausgestaltet und liegen somit sowohl benachbart zu den Kathodenbereichen beziehungsweise Anodenbereichen vor als auch benachbart zu den Freibereichen. Ferner kann der Separator wie auch die Ableiter insbesondere folienartig ausgestaltet sein. Beispielsweise umfasst der Separator oder ist ausgebildet aus einer Polymerfolie, wie etwa einer Polyethylenfolie, in welche ein Leitsalz eingearbeitet ist oder welche einen Elektrolyten, etwa in Poren, aufnehmen kann.The separator and the anode conductor and the cathode conductor are designed to be continuous and are therefore both adjacent to the cathode regions or anode regions before and adjacent to the free areas. Furthermore, the separator as well as the arrester can be designed in particular foil-like. For example, the separator comprises or is formed from a polymer film, such as a polyethylene film, in which a conductive salt is incorporated or which can take up an electrolyte, such as in pores.

Es ist ferner vorgesehen, die Elektrodenanordnung ferner derart gewickelt ist, dass der Separator und der Anodenableiter und der Kathodenableiter nur bei anodenseitigen Freibereichen und kathodenseitigen Freibereichen gebogene Biegebereiche aufweisen. In anderen Worten ist es vorgesehen, dass der Separator, der Anodenableiter und der Kathodenableiter nur in den Bereichen gebogen sind, also von einer ebenen beziehungsweise geraden Ausrichtung abweichen, in denen kein Elektrodenmaterial vorliegt beziehungsweise in denen kein Anodenbereich und kein Kathodenbereich vorliegt. Dadurch ist es in anderen Worten realisiert, dass in den Bereichen, wo ein Elektrodenmaterial vorliegt, also ein Anodenmaterial und/oder Kathodenmaterial beziehungsweise in den Bereichen, in denen ein Anodenbereich und/oder Kathodenbereich vorliegt, der Separator in einer ebenen beziehungsweise geraden Ausrichtung vorliegt. Somit ist es vorgesehen, dass die Kathode beziehungsweise Anode in ihren beschichteten Bereichen nicht gebogen bzw. gekrümmt in der Zelle vorliegen.Furthermore, it is provided that the electrode arrangement is also wound in such a way that the separator and the anode conductor and the cathode conductor only have bent bending regions in the case of anode-side open areas and cathode-side open areas. In other words, it is provided that the separator, the anode conductor and the cathode conductor are bent only in the regions, ie deviate from a plane or straight alignment, in which no electrode material is present or in which there is no anode region and no cathode region. In other words, it is realized that in the regions where an electrode material is present, ie an anode material and / or cathode material or in the regions in which an anode region and / or cathode region is present, the separator is in a planar or straight alignment. Thus, it is provided that the cathode or anode in their coated areas are not bent or curved in the cell.

Bei einer hier beschriebenen Elektrodenanordnung ist es ferner vorgesehen, dass die die Biegebereiche aufweisenden Freibereiche derart ausgestaltet sind, dass eine während eines Betriebs der Elektrodenanordnung auftretende Volumenänderung, insbesondere Dickenänderung, der Anodenbereiche und der Kathodenbereiche, insbesondere der jeweiligen Aktivmaterialien, durch eine Verformung des Separators, des Anodenableiters und des Kathodenableiters an den Freibereichen ausgleichbar ist.In an electrode arrangement described here, it is further provided that the free areas which have the bending areas are designed such that a change in volume occurring during operation of the electrode arrangement, in particular change in thickness, of the anode areas and of the cathode areas, in particular of the respective active materials, by deformation of the separator, the Anodenableiters and the Kathodenableiters on the free areas is compensated.

In anderen Worten wird ein Anodenbereich oder ein Kathodenbereich und dabei insbesondere das Anodenmaterial und das Kathodenmaterial auch dann nicht oder zumindest nicht signifikant gebogen beziehungsweise mechanisch beansprucht, wenn das Anodenmaterial beziehungsweise das Kathodenmaterial während des Betriebs eine Volumenänderung durchlebt. Ein derartiger Ausgleich der Volumenänderung des Aktivmaterials ist dabei durch die Ausgestaltung und/oder Anordnung des Separators und der Ableiter realisiert, in denen ein Biegebereich vorliegt.In other words, an anode region or a cathode region, and in particular the anode material and the cathode material, are not bent or at least not significantly bent or mechanically stressed even if the anode material or the cathode material undergoes a change in volume during operation. Such a compensation of the change in volume of the active material is realized by the design and / or arrangement of the separator and the arrester, in which there is a bending region.

Die Volumenänderung kann dabei erfolgen beispielsweise bei Lade- und/oder Entladevorgängen der Batteriezelle mit einer derartigen Elektrodenanordnung, bei denen sich insbesondere die Dicke der Aktivmaterialschicht verändern kann. Grundsätzlich können auch, wenn auch deutlich weniger ausgeprägt, Änderungen der Länge der Aktivmaterialschicht in Betracht gezogen werden. Ein derartiger Vorgang der Volumenänderung kann auch als Atmen der Elektrodenbereiche beziehungsweise der Aktivmaterialien oder auch als ein Atmen der Batteriezelle bezeichnet werden.The change in volume can take place, for example, during charging and / or discharging operations of the battery cell with such an electrode arrangement, in which, in particular, the thickness of the active material layer can change. Basically, too, though significantly less pronounced, changes in the length of the active material layer should be considered. Such a process of volume change can also be referred to as breathing the electrode areas or the active materials or as a breathing of the battery cell.

Eine wie vorstehend beschrieben ausgestaltete Elektrodenanordnung kann gegenüber den Lösungen aus dem Stand der Technik signifikante Vorteile bieten.An electrode arrangement configured as described above can offer significant advantages over the prior art solutions.

So enthalten klassische prismatische Hardcase Zellen einen Elektrodenwickel, der aus quasi endlosen Elektrodenbahnen und den dazwischen liegenden Separatorlagen durch Aufwickeln hergestellt wird. Ziel dabei ist es einen möglichst großen Bereich von parallel liegenden Flächen zu erhalten. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann es jedoch im Gegensatz zu den Lösungen aus dem Stand der Technik vermieden werden, dass die beschichteten Elektroden beziehungsweise der ein Aktivmaterial aufweisende Bereich der Elektrodenanordnung in teilweise recht engen Radien gebogen werden kann und in diesem Bereich während des Betriebs durch das Atmen der Zelle durch Laden und Entladen die Biegeradien ständig geändert werden können. Dadurch kann es sicher verhindert werden, dass es sowohl während der Produktion aber auch während des Betriebs zum Aufbrechen des Aktivmaterials mit Neuformierung der SEI-Schicht als auch zu Ablösung des Aktivmaterials von dem Ableiter kommen kann, mindestens im Bereich der Radien des Wickels. Dadurch kann ein Kapazitätsverlust der Zelle auf lange Sicht verhindert werden.For example, classical prismatic hardcase cells contain an electrode winding which is produced by winding from quasi endless electrode webs and the interposed separator layers. The aim is to get the largest possible area of parallel areas. However, in contrast to the solutions of the prior art, it can be avoided by the embodiment according to the invention that the coated electrodes or the region of the electrode arrangement having an active material can be bent in partially quite narrow radii and in this region during operation by breathing the cell can be constantly changed by loading and unloading the bending radii. As a result, it can certainly be prevented that the active material may break up during the production but also during operation with reshaping of the SEI layer as well as detachment of the active material from the arrester, at least in the region of the radii of the coil. This can prevent capacity loss of the cell in the long term.

Ferner kann bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung insbesondere gegenüber einem Elektrodenwickel, bei dem Aktivmaterial auch im Biegeradius vorliegt, durch die Reduzierung des Platzbedarfs der beiden Radien am Rand des Elektrodenwickels der oftmals rechteckige Querschnitt einer prismatischen Zelle optimaler genutzt werden, da ein Totvolumen reduziert werden kann. Furthermore, in the embodiment according to the invention, in particular with respect to an electrode winding in which active material is also present in the bending radius, the often rectangular cross-section of a prismatic cell can be optimally utilized by reducing the space requirement of the two radii at the edge of the electrode coil, since a dead volume can be reduced.

Gegenüber einer aus einzelnen Lagen geschichteten Elektrodenanordnung, eines sogenannten Stacks, kann ebenfalls ein Volumenvorteil dargestellt werden, da bei der Stack-Anordnung der Separator umlaufend einige mm, wie etwa 1,5mm bis 3mm über die Elektrodenflächen hinausragen muss, um auch bei Lagetoleranzen und Schrumpfen des Separators durch Wärmeeinwirkung einen Kontakt von Anoden- und Kathodenlagen zuverlässig zu verhindern.Compared to a stratified from individual layers electrode arrangement, a so-called stack, a volume advantage can also be represented, since in the stack arrangement of the separator circumferentially several mm, such as 1.5mm to 3mm must protrude over the electrode surfaces, even with positional tolerances and shrinkage of the separator by heat to reliably prevent contact of anode and cathode layers.

In den Randbereichen des gewickelten Stacks summieren sich tangential zur Haupt-Elektrodenfläche nur die Dicken der unbeschichteten Ableitfolien der Elektroden und des Separators. Diese liegen jeweils typischerweise in der Größenordnung von 10-15 µm. Pro Wicklung addiert sich im Randbereich pro Seite die Dicke der Ableiter und des Separators. Das bedeutet, dass bei Elektrodenpaketen von etwa 25 bis 30 Lagen eine Dicke von weniger als einem mm erreicht wird.In the edge regions of the wound stack, only the thicknesses of the uncoated discharge foils of the electrodes and of the separator add up tangentially to the main electrode surface. These are each typically in the order of 10-15 microns. For each winding, the thickness of the arresters and the separator is added in the edge area per side. This means that with electrode packages of about 25 to 30 layers a thickness of less than one mm is achieved.

Darüber hinaus kann etwa gegenüber der Herstellung eines Elektrodenstapels ohne Wicklung der Prozessschritt eingespart werden, wonach etwa beschichtete Elektrodenfolien zurechtgeschnitten werden müssen, wobei pro Elektrodenlage mindestens ein Schnitt notwendig ist. Dadurch kann neben dem Einsparen dieses Prozessschrittes auch verhindert werden dass durch den Schneideprozess Partikel in der Zelle verbleiben, was bezüglich der Langzeitstabilität Nachteile aufweisen kann. Somit kann die Ausschussrate reduziert werden, etwa da ein Kurzschluss noch bei der Formierung der Zelle sicher verhindert werden kann.In addition, the process step can be saved, for example, compared to the production of an electrode stack without winding, after which approximately coated electrode films must be cut to size, wherein at least one cut per electrode layer is necessary. As a result, in addition to saving this process step, it is also possible to prevent particles from remaining in the cell as a result of the cutting process, which may have disadvantages in terms of long-term stability. Thus, the rejection rate can be reduced, for example because a short circuit can be reliably prevented even during the formation of the cell.

Der gewickelte Stapel vereint die einfache und kostengünstige Herstellung durch Aufwickeln mit den Vorteilen des Stacks also der höheren Volumennutzung im Inneren der Zelle und der Vermeidung des Biegens bzw. Verformens der Elektroden sowohl während der Produktion als auch während des Betriebs. Bei vorteilhaft gewählter Kombination von Dicke des Separators, Dicke der Komponenten der Elektrodenbereiche und Anzahl der Lagen kann sich ein Volumenvorteil gegenüber bloßen gestapelten und nicht gewickelten Zellen ergeben.The wound stack combines the simple and inexpensive production by winding with the advantages of the stack so the higher volume utilization inside the cell and the prevention of bending or deformation of the electrodes both during production and during operation. With an advantageous combination of thickness of the separator, thickness of the components of the electrode regions and number of layers, there may be a volume advantage over bare stacked and unwound cells.

Zudem kann im Vergleich zum Wickeln gemäß dem Stand der Technik mürberes Aktivmaterial verwendet werden, da bei entsprechender Ausgestaltung der Produktionsanlagen der Separator nur in Bereichen ohne Beschichtung gebogen werden und damit ein Aufbrechen oder Beschädigen des Aktivmaterials verhindert werden kann.In addition, compared to the winding according to the prior art friable active material can be used, since with appropriate design of the production facilities of the separator are bent only in areas without coating and thus breaking or damaging the active material can be prevented.

Zudem kommt es im Stand der Technik beim Atmen der Zellen durch Lade- und Entladevorgänge, also der vorbeschriebenen Volumenänderung, insbesondere Dickenänderung der Lagen orthogonal zur Elektrodenfläche, im Bereich der Biegeradien des Elektrodenwickels zu mechanischem Stress, der zum Aufbrechen der Aktivmaterialien und dadurch zu verstärkter Zell-Alterung führt, was zu Kapazitätsverlust und Erhöhung des Innenwiderstands führen kann. Dies kann erfindungsgemäß verhindert oder zumindest reduziert werden, indem die die Biegebereiche aufweisenden Freibereiche der Ableitfolien und der Separator derart ausgestaltet sind, dass eine während eines Betriebs der Elektrodenanordnung auftretende Volumenänderung, insbesondere Dickenänderung, der Anodenbereiche und der Kathodenbereiche durch eine Verformung des Separators und der unbeschichteten Ableiterabschnitte ausgleichbar ist. Dies kann beispielsweise durch eine entsprechende Verformbarkeit von Separator und der Ableiter erfolgen.In addition, in the prior art when breathing the cells by charging and discharging, ie the volume change described above, in particular thickness change of the layers orthogonal to the electrode surface, in the region of the bending radii of the electrode coil to mechanical stress, which breaks up the active materials and thereby strengthened cell Aging leads, which can lead to capacity loss and increase the internal resistance. According to the invention, this can be prevented or at least reduced by designing the free areas of the discharge foil and the separator which have the bending areas such that a volume change, in particular a change in thickness, of the anode areas and the cathode areas occurring during operation of the electrode arrangement is caused by deformation of the separator and the uncoated Arrester sections is compensated. This can be done for example by a corresponding deformability of the separator and the arrester.

Bevorzugt kann es diesbezüglich vorgesehen sein, dass eine während eines Betriebs der Elektrodenanordnung auftretende Volumenänderung der Anodenbereiche und der Kathodenbereiche ausgleichbar ist durch die Länge der Freibereiche und damit der Länge der unbeschichteten Bereiche der Ableiter und der Länge des korrespondierenden Bereichs des Separators. In dieser Ausgestaltung ist es somit vorgesehen, dass die Länge der Freibereiche und des Separators derart gewählt ist, dass diese länger ist, als für einen Grundzustand, also den Zustand mit geringstem Volumen der jeweiligen Elektrodenbereiche während eines Betriebs, nötig. Die überschüssige Länge kann dabei durch den Biegeradius des Separators beziehungsweise der Ableiter gezeigt werden, so dass bei einer Volumenänderung des Aktivmaterials beziehungsweise bei einem Atmen desselben sich lediglich der Biegeradius des Separators und der unbeschichteten Ableiterabschnitte ändert. Dies kann insbesondere bei folienartigen Separatoren und Ableitmaterialien problemlos ermöglicht werden, ohne dass eine mechanische Beeinflussung eines Aktivmaterials erfolgt. In dieser Ausgestaltung kann ein Ausgleich der Volumenänderung des Aktivmaterials besonders einfach während der Herstellung der Elektrodenanordnung durch die Anordnung der Aktivmaterialbereiche ermöglicht werden, was ohne weitere Prozessschritte problemlos möglich ist. It can preferably be provided in this regard that a change in volume of the anode regions and the cathode regions occurring during operation of the electrode arrangement can be compensated by the length of the free regions and thus the length of the uncoated regions of the arresters and the length of the corresponding region of the separator. In this embodiment, it is thus provided that the length of the free areas and the separator is selected such that it is longer than for a ground state, ie the state with the lowest volume of the respective electrode areas during operation, necessary. The excess length can be shown by the bending radius of the separator or the arrester, so that changes in a volume change of the active material or a breathing of the same only the bending radius of the separator and the uncoated arrester sections. This can be made possible without any problems, especially in the case of film-type separators and dissipation materials, without a mechanical influencing of an active material taking place. In this embodiment, a compensation of the change in volume of the active material can be made particularly easy during the production of the electrode assembly by the arrangement of the active material areas, which is easily possible without further process steps.

Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass eine Volumenänderung der Anodenbereiche und der Kathodenbereiche in einem Bereich von größer als 0% bis kleiner oder gleich 10%, etwa in einem Bereich von größer als 5% bis kleiner oder gleich 8% ausgleichbar ist, wie vorstehend beschrieben durch eine Verformung des Separators und der Ableiter an den Freibereichen. Es hat sich herausgestellt, dass das Aktivmaterial, beispielsweise bei Lithium-Ionen-Zellen, in diesem Bereich atmet beziehungsweise eine Volumenveränderung in diesem Bereich stattfindet. Somit kann insbesondere in dieser Ausgestaltung eine hohe Volumenausnutzung und damit eine hohe Energiedichte kombiniert werden mit einer hohen Langzeitstabilität der Elektrodenanordnung beziehungsweise einer Batteriezelle.It may further be preferred that a volume change of the anode regions and the cathode regions can be compensated in a range of greater than 0% to less than or equal to 10%, for example in a range of greater than 5% to less than or equal to 8%, as described above by a deformation of the separator and the arrester at the free areas. It has been found that the active material, for example in the case of lithium-ion cells, breathes in this area or a volume change takes place in this area. Thus, particularly in this embodiment, a high volume utilization and thus a high energy density can be combined with a high long-term stability of the electrode arrangement or of a battery cell.

Es kann weiterhin bevorzugt sein, dass die Länge der Freibereiche entlang der Länge der Elektrodenanordnung variieren, beispielsweise eine sukzessive größer werdende Länge aufweisen. Die Länge der Elektrodenanordnung ist dabei das Maß, welches parallel zu den Ableitern beziehungsweise dem Separator verläuft und die Freibereiche beziehungsweise Anodenbereiche und Kathodenbereich überspannt, etwa bei ungewickeltem Zustand der Elektrodenanordnung. Dies kann bevorzugt sowohl für die anodenseitigen Freibereiche als auch für die kathodenseitigen Freibereiche gelten. In dieser Ausgestaltung kann es insbesondere berücksichtigt werden, dass die Elektrodenanordnung gewickelt wird. Dadurch ist die Lücken-Breite beziehungsweise die Länge der Freibereiche für Abschnitte im Inneren des Wickels kleiner zu wählen als bei Abschnitten der äußeren Lagen, da während des Wickel-Vorganges immer mehr Schichten von Aktivmaterial zu überbrücken sind. Somit kann insbesondere in dieser Ausgestaltung auch bei einer gewickelten Ausgestaltung es besonders vorteilhaft ermöglicht werden, dass die Ableiter und der Separator nur in den Freibereichen gebogen beziehungsweise gewickelt ist und das Aktivmaterial somit nur gerade verläuft, was etwa eine besonders vorteilhafte Langzeitstabilität ermöglichen kann.It may further be preferred that the length of the free regions vary along the length of the electrode arrangement, for example have a successively increasing length. The length of the electrode arrangement is the dimension which runs parallel to the arresters or the separator and spans the free areas or anode areas and cathode area, for example when the electrode arrangement is in an unwrapped state. This can preferably apply both to the anode-side open areas and to the cathode-side open areas. In this embodiment, it can be considered in particular that the electrode arrangement is wound. As a result, the gap width or the length of the free areas for sections inside the roll is to be selected smaller than for sections of the outer layers, since more and more layers of active material are to be bridged during the winding process. Thus, especially in this embodiment, even in a wound embodiment, it is particularly advantageous to allow the arresters and the separator to be bent or wound only in the free areas and thus the active material runs only straight, which may allow, for example, a particularly advantageous long-term stability.

Weiterhin kann es bevorzugt sein, dass wenigstens einer von dem Kathodenableiter und dem Anodenableiter beidseitig mit Aktivmaterial beschichtet ist. In anderen Worten kann es vorgesehen sein, dass der Kathodenableiter beidseitig mit Aktivmaterial der Kathode, also mit Kathodenmaterial, beschichtet ist, und/oder dass der Anodenableiter beidseitig mit Aktivmaterial der Anode, also mit Anodenmaterial, beschichtet ist. In dieser Ausgestaltung kann die Energiedichte besonders hoch sein, was die Anwendbarkeit der Elektrodenanordnung verbessern kann.Furthermore, it may be preferred that at least one of the cathode conductor and the anode conductor is coated on both sides with active material. In other words, it can be provided that the cathode conductor is coated on both sides with active material of the cathode, that is, with cathode material, and / or that the anode conductor is coated on both sides with active material of the anode, that is to say with anode material. In this embodiment, the energy density can be particularly high, which can improve the applicability of the electrode assembly.

Weiterhin kann es von Vorteil sein, dass sämtliche zwischen zwei Anodenbereichen oder zwischen zwei Kathodenbereichen positionierte Freibereiche der Ableiter Biegebereiche aufweisen. In dieser Ausgestaltung sind somit nur Freibereiche zwischen den entsprechenden Elektrodenbereichen dort vorgesehen, wo der Separator und die Ableiter gewickelt werden, wobei die vorstehend beschriebene Toleranz für die Volumenänderung des Aktivmaterials einbezogen wird. Dadurch kann andererseits überall dort, wo der Separator gerade verläuft, Aktivmaterial vorliegen. In dieser Ausgestaltung kann wiederum eine besonders hohe Energiedichte vorliegen.Furthermore, it may be advantageous that all free areas of the arresters positioned between two anode areas or between two cathode areas have bending areas. In this embodiment, therefore, only free areas between the corresponding electrode areas are provided where the separator and the arresters are wound, wherein the above-described tolerance for the volume change of the active material is included. As a result, on the other hand, wherever the separator is currently running, there may be active material. In this embodiment, in turn, a particularly high energy density can be present.

Das Vorsehen weiterer Freibereiche ohne entsprechende Biegebereiche soll jedoch nicht grundsätzlich ausgeschlossen sein.However, the provision of further free areas without corresponding bending areas should not be excluded in principle.

Es kann ferner bevorzugt sein, dass die Anodenbereiche und die Kathodenbereiche gegenüberliegend angeordnet sind und dass die anodenseitigen Freibereiche und die kathodenseitigen Freibereiche gegenüberliegend angeordnet sind und dabei insbesondere und durch den Separator beabstandet sind. In dieser Ausgestaltung sind somit insbesondere die Grenzen zwischen Anodenmaterial und anodenseitigem Freibereich beziehungsweise zwischen Kathodenbereich und kathodenseitigem Freibereich unmittelbar gegenüberliegend angeordnet, so dass sowohl kathodenseitig als auch anodenseitig es gleichermaßen bevorzugt ermöglicht werden kann, dass nur in den Freibereichen der Separator und die Ableiter gewickelt beziehungsweise gebogen sind und somit dass das Kathoden-Aktivmaterial wie auch das Anoden-Aktivmaterial in allen Bereichen bis auf die gebogenen Bereiche des Separators vorliegt, wie dies vorstehend beschrieben ist. Dadurch kann insbesondere in dieser Ausgestaltung eine hohe Energiedichte ermöglicht werden.It may further be preferred that the anode regions and the cathode regions are arranged opposite one another and that the anode-side free regions and the cathode-side free regions are arranged opposite one another and are spaced apart in particular and by the separator. In this embodiment, the boundaries between the anode material and the anode-side free region or between the cathode region and cathode-side free region are thus arranged directly opposite one another, so that both the cathode side and the anode side it can equally preferably be made possible that the separator and the arresters only in the free regions and thus that the cathode active material as well as the anode active material is present in all areas except for the bent portions of the separator, as described above. As a result, a high energy density can be made possible, in particular in this embodiment.

Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile der Elektrodenanordnung wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem Verfahren zum Herstellen einer Elektrodenanordnung, die Figur sowie die Figurenbeschreibung verwiesen.With regard to further technical features and advantages of the electrode arrangement, reference is explicitly made here to the explanations in connection with the method for producing an electrode arrangement, the figure and the description of the figures.

Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrodenanordnung, insbesondere einer Elektrodenanordnung, wie diese vorstehend beschrieben ist. Das Verfahren weist die folgenden Verfahrensschritte auf:

1. a) Bereitstellen eines Separators;
2. b) Bereitstellen einer Anodenanordnung, wobei die Anodenanordnung einen Anodenableiter aufweist, der eine Mehrzahl an voneinander durch unbeschichtete Freibereiche beabstandete Anodenmaterialschichten trägt, wobei der Anodenableiter mit den Anodenmaterialschichten Anodenbereiche ausbildet,
3. c) Bereitstellen einer Kathodenanordnung, wobei die Kathodenanordnung einen Kathodenableiter aufweist, der eine Mehrzahl an voneinander durch unbeschichtete Freibereiche beabstandete Kathodenmaterialschichten trägt, wobei der Kathodenableiter mit den Kathodenmaterialschichten Kathodenbereiche ausbildet, und
4. d) Wickeln des Separators gemeinsam mit der Anodenanordnung und der Kathodenanordnung derart, dass Biegebereiche nur in Freibereichen entstehen;

wobei

• e) die die Biegebereiche aufweisenden Freibereiche derart ausgestaltet werden, dass eine während eines Betriebs der Elektrodenanordnung auftretende Volumenänderung der Anodenbereiche und der Kathodenbereiche durch eine Verformung des Separators, des Anodenableiters und des Kathodenableiters an den Freibereichen ausgleichbar ist.

The present invention furthermore relates to a method for producing an electrode arrangement, in particular an electrode arrangement, as described above. The method comprises the following method steps:

1. a) providing a separator;
2. b) providing an anode assembly, the anode assembly comprising an anode conductor carrying a plurality of anode material layers spaced from each other by uncoated free regions, the anode conductor forming anode regions with the anode material layers,
3. c) providing a cathode assembly, wherein the cathode assembly comprises a Kathodenableiter carrying a plurality of mutually spaced by uncoated free areas cathode material layers, the Kathodenableiter forms with the cathode material layers cathode regions, and
4. d) winding the separator together with the anode assembly and the cathode assembly such that bending areas arise only in free areas;

in which

• e) the free areas having the bending areas are designed such that a volume change of the anode areas and the cathode areas occurring during operation of the electrode arrangement can be compensated for by deformation of the separator, the anode conductor and the cathode conductor at the free areas.

Durch ein wie vorstehend beschrieben ausgestaltetes Verfahren kann eine Elektrodenanordnung ausgebildet werden, welche eine hohe Energiedichte, insbesondere einer prismatischen Hardcase-Zelle oder auch einer Pouch-Zelle, vereinen kann mit einer einfachen Herstellbarkeit und einer hohen Langzeitstabilität.By a method configured as described above, an electrode arrangement can be formed, which can combine a high energy density, in particular a prismatic hardcase cell or even a pouch cell, with a simple manufacturability and a high long-term stability.

Bei dem hier beschriebenen Verfahren wird zunächst gemäß Verfahrensschritt a) ein Separator bereitgestellt. Dieser kann insbesondere folienartig beziehungsweise als Separatorfolie ausgestaltet sein, wie dies vorstehend beschrieben ist.In the method described here, a separator is first provided according to method step a). This may in particular be designed like a foil or as a separator film, as described above.

Ferner erfolgt gemäß Verfahrensschritt b) das Vorsehen einer Anodenanordnung, wobei die Anodenanordnung einen Anodenableiter aufweist, der eine Mehrzahl an voneinander durch unbeschichtete Freibereiche beabstandete Anodenmaterialschichten trägt, wobei der Anodenableiter mit den Anodenmaterialschichten Anodenbereiche ausbildet, und gemäß Verfahrensschritt c) das Vorsehen einer Kathodenanordnung, wobei die Kathodenanordnung einen Kathodenableiter aufweist, der eine Mehrzahl an voneinander durch unbeschichtete Freibereiche beabstandete Kathodenmaterialschichten trägt, wobei der Kathodenableiter mit den Kathodenmaterialschichten Kathodenbereiche ausbildet.Furthermore, according to method step b), provision is made of an anode arrangement, the anode arrangement having an anode conductor carrying a plurality of anode material layers spaced apart from one another by uncoated free regions, the anode conductor forming anode regions with the anode material layers, and according to method step c) providing a cathode arrangement the cathode assembly comprises a cathode conductor carrying a plurality of cathode material layers spaced from each other by uncoated free areas, the cathode conductor forming cathode regions with the cathode material layers.

Dabei können beispielsweise zunächst die Ableiter an den Separator gelegt und anschließend die Ableiter mit Aktivmaterial beschichtet werden, etwa wenn der Ableiter einseitig beschichtet werden soll. Bei einer zweiseitigen Beschichtung des Ableiters kann dieser zunächst beidseitig mit Aktivmaterial beschichtet und dann an den Separator gelegt werden. Entsprechend können durch ein lokal begrenztes Beschichten der jeweiligen Ableiters mit Aktivmaterial die Elektrodenbereiche ausgestaltet werden.In this case, for example, first the arresters are placed on the separator and then the arresters are coated with active material, such as when the arrester is to be coated on one side. In the case of a two-sided coating of the arrester, it can first be coated on both sides with active material and then placed on the separator. Accordingly, the electrode areas can be configured by a locally limited coating of the respective arrester with active material.

Dabei kann es ferner vorgesehen sein, dass die Längen der Freibereiche entlang der Länge der Elektrodenanordnung variieren, insbesondere mit einer sukzessiv größer werdenden Länge ausgebildet werden. Auch bezüglich der Ausgestaltung der Anodenbereiche beziehungsweise der Kathodenbereiche wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen.In this case, it can further be provided that the lengths of the free areas vary along the length of the electrode arrangement, in particular with a successively greater length. Also with regard to the configuration of the anode regions or the cathode regions, reference is made to the above statements.

Anschließend erfolgt gemäß Verfahrensschritt d) das Wickeln des Separators gemeinsam mit der Anodenanordnung und der Kathodenanordnung beziehungsweise den Kathodenbereichen und den Anodenbereichen, also etwa nach oder während den Verfahrensschritten b) und c). Diesbezüglich kann eine Wicklung etwa derart stattfinden, dass der Separator gemeinsam mit der Anodenanordnung und der Kathodenanordnung im oder gegen den Uhrzeigersinn gewickelt werden, wie dies grundsätzlich bekannt ist. Dabei ist es insbesondere vorgesehen, dass eine Wicklung und damit ein Verbiegen beziehungsweise ein Verformen des Separators und der Ableitfolien nur in den Bereichen stattfindet, in denen anodenseitig und kathodenseitig ein Freibereich vorliegt.Subsequently, in accordance with method step d), the winding of the separator is carried out together with the anode arrangement and the cathode arrangement or the cathode areas and the anode areas, ie approximately after or during method steps b) and c). In this regard, a winding may take place such that the separator is wound together with the anode assembly and the cathode assembly clockwise or counterclockwise, as is generally known. It is provided in particular that a winding and thus bending or deformation of the separator and the Ableitfolien takes place only in the areas in which there is an open area on the anode side and the cathode side.

Bezüglich der Wicklung und der diesbezüglichen Ausgestaltung der Freibereiche, wie etwa der Länge der Freibereiche, ist es gemäß Verfahrensschritt d) vorgesehen, dass die Freibereiche derart ausgebildet werden, dass eine während eines Betriebs der Elektrodenanordnung auftretende Volumenänderung, beispielsweise Dickenänderung, der Anodenbereiche und der Kathodenbereiche durch eine Verformung des Separators und der Ableitfolien ausgleichbar ist.With respect to the winding and the related design of the free areas, such as Length of the free areas, it is provided according to method step d) that the free areas are compensated such that a occurring during operation of the electrode assembly volume change, such as thickness change, the anode areas and the cathode areas can be compensated by a deformation of the separator and the Ableitfolien.

Insbesondere diese Ausgestaltung verhindert es in sicherer Weise, dass das Aktivmaterial gebogen wird und so mechanischen Beanspruchungen unterworfen wird. Dadurch kann eine besonders hohe Langzeitstabilität ermöglicht werden.In particular, this embodiment prevents it in a secure manner that the active material is bent and is thus subjected to mechanical stresses. As a result, a particularly high long-term stability can be made possible.

Bevorzugt kann es vorgesehen sein, dass wenigstens einer von dem Kathodenableiter und dem Anodenableiter beispielsweise beidseitig mit Aktivmaterial beschichtet wird. Hierzu kann es beispielsweise vorgesehen sein, dass der Kathodenableiter und/oder der Anodenableiter als Folie ausgestaltet ist und an einer Beschichtungseinheit entlang geführt wird. Dabei kann die Beschichtungseinheit das Aktivmaterial beispielsweise lokal begrenzt auf den Ableiter auftragen, um die Anodenbereiche beziehungsweise die Kathodenbereiche auszubilden.It can preferably be provided that at least one of the cathode conductor and the anode conductor is coated on both sides, for example, with active material. For this purpose it can be provided, for example, that the cathode conductor and / or the anode conductor is designed as a film and is guided along a coating unit. In this case, the coating unit may, for example, locally apply the active material to the arrester in order to form the anode regions or the cathode regions.

Beispielsweise kann eine Beschichtungseinheit sich oberhalb des entlanggeführten Ableiters befinden, und das Aktivmaterial auf den Ableiter austragen.By way of example, a coating unit can be located above the guided-along arrester and discharge the active material onto the arrester.

Um ein lokal begrenztes Auftragen zu ermöglichen, kann es etwa vorgesehen sein, dass zwischen dem Ableiter und der Beschichtungseinheit eine Blendenanordnung verfahren wird, die bezüglich des Ableiters ortsfest verfahren wird und so nur bestimmte Bereiche des Ableiters freigibt, wohingegen andere Bereiche des Ableiters bedeckt sind. Die freigegebenen Bereiche können mit Aktivmaterial beschichtet werden und so die Elektrodenbereiche ausbilden, wohingegen die verdeckten Bereiche die Freibereiche ausbilden können.In order to allow a locally limited application, it may be provided, for example, that a diaphragm arrangement is moved between the arrester and the coating unit, which is moved stationary relative to the arrester and thus releases only certain areas of the arrester, whereas other areas of the arrester are covered. The released areas can be coated with active material and thus form the electrode areas, whereas the hidden areas can form the free areas.

Alternativ kann es für eine lokal begrenzte Beschichtung des Ableiters vorgesehen sein, dass die Beschichtungseinheit mit einem Schließmechanismus versehen ist, der ein Beschichten des entlanglaufenden Ableiters nur temporär und dadurch lokal begrenzt ermöglicht.Alternatively, it may be provided for a locally limited coating of the arrester, that the coating unit is provided with a closing mechanism, which allows a coating of the along-going arrester only temporarily and thereby locally limited.

Somit kann es vorgesehen sein, dass die Kathodenbereiche ausgebildet werden durch das lokal begrenzte Beschichten eines Kathodenableiters mit einer Kathodenmaterialschicht und dass die Anodenbereiche ausgebildet werden durch das lokal begrenzte Beschichten eines Anodenableiters mit einer Anodenmaterialschicht, wobei ein lokal begrenztes Beschichten des Kathodenableiters oder des Anodenableiters erfolgt unter Verwendung einer einen Verschlussmechanismus aufweisenden Beschichtungseinheit oder unter Verwendung einer den Kathodenableiter oder den Anodenableiter teilweise bedeckenden Blendenanordnung.Thus, it can be provided that the cathode regions are formed by the locally limited coating of a cathode conductor with a cathode material layer and that the anode regions are formed by the locally limited coating of an anode conductor with an anode material layer, whereby a locally limited coating of the cathode conductor or the anode conductor takes place under Use of a coating unit having a shutter mechanism or using a shutter arrangement partially covering the cathode conductor or the anode conductor.

Insbesondere bei einer beidseitigen Beschichtung des Ableiters kann es bevorzugt sein, dass zwei Beschichtungseinheiten vorgesehen sind und der Ableiter zwischen einer ersten Beschichtungseinheit und einer zweiten Beschichtungseinheit gedreht beziehungsweise umgelenkt wird. Dadurch kann es ermöglicht werden, dass der Ableiter stets von seiner Oberseite beschichtet wird, was prozesstechnisch von Vorteil ist.In particular, in a double-sided coating of the arrester, it may be preferred that two coating units are provided and the arrester is rotated or deflected between a first coating unit and a second coating unit. This can make it possible that the arrester is always coated from its top, which is process-related advantage.

Bei einem Drehen beziehungsweise auch bei einem weiteren Umlenken des zumindest einseitig beschichteten Ableiters ist es von Vorteil, dass auch hier das Aktivmaterial beziehungsweise die Anodenbereiche und Kathodenbereiche geschont werden und nicht verbogen beziehungsweise verformt werden. Daher kann es vorgesehen sein, dass in wenigstens einem der Verfahrensschritte b) und c) ein Umlenken, beispielsweise ein Umdrehen, des zumindest teilweise beschichteten Anodenableiters beziehungsweise Kathodenableiters erfolgt unter Verwendung einer rotierbaren Umlenkeinheit, welche Abstützungen aufweist, die in ihrer radialen Position bezüglich der Rotationsachse veränderbar sind. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann unabhängig von dem spezifischen Abstand der Elektrodenbereiche, also der Anodenbereiche oder der Kathodenbereiche untereinander, es ermöglicht werden, dass diese stets in einer Ebene verlaufen und ein Biegen auch bei einem Verfahren des zumindest teilweise beschichteten Ableiters während der Herstellung der Elektrodenanordnung vermieden werden kann.When turning or also in a further deflection of the at least one side coated arrester, it is advantageous that also here the active material or the anode regions and cathode regions are spared and not bent or deformed. Therefore, it may be provided that in at least one of the method steps b) and c) a deflection, for example a turning, of the at least partially coated anode conductor or Kathodenableiters carried out using a rotatable deflection unit, which has supports which in their radial position with respect to the axis of rotation are changeable. In particular, in this embodiment, regardless of the specific distance of the electrode regions, ie the anode regions or the cathode regions with each other, it is possible that they always run in a plane and bending during a process of at least partially coated arrester avoided during the preparation of the electrode assembly can be.

Insbesondere bei den vorstehend beschriebenen Ausgestaltungen aber nicht beschränkt hierauf kann es von Vorteil sein, dass die Verfahrensschritte b) und c) erfolgen durch das Aneinanderlegen des Separators mit einem teilweise mit einer Anodenmaterialschicht beschichteten Anodenableiter und mit einem teilweise mit einer Kathodenmaterialschicht beschichteten Kathodenableiter. Dabei kann beispielsweise, wenn der Separator und die Ableiter als Folienmaterial ausgestaltet sind es erreicht werden, dass ein durchgehender Prozess durchgeführt wird, indem etwa die Ableitermaterialien von Rollen abgewickelt und mit Aktivmaterial beschichtet werden und anschließend sich gegenüberliegend an einen ebenfalls von einer Rolle abgewickelten Separator gelegt werden. Dieser Verbund kann anschließend gewickelt werden.In particular, in the embodiments described above, but not limited thereto, it may be advantageous that the method steps b) and c) take place by juxtaposing the separator with an anode conductor partially coated with an anode material layer and with a cathode conductor partially coated with a cathode material layer. In this case, for example, if the separator and the arresters are designed as film material, it can be achieved that a continuous process is carried out by, for example, unrolling the arrester materials from rolls and coating them with active material and then placing them opposite to a separator also unwound from a roll become. This composite can then be wound.

Zwischen diesen Prozessschritten können gegebenenfalls weitere Prozesse wie Trocknen, Kalandrieren oder weitere Oberflächenbehandlungen der Aktivmaterialien nach Stand der Technik notwendig sein.If necessary, additional processes such as drying, calendering or other surface treatments can be performed between these process steps The active materials of the prior art may be necessary.

Bezüglich der Beschichtung kann es wie vorstehend beschrieben von Vorteil sein, dass die Länge der Freibereiche für Abschnitte im Inneren des Wickels kleiner zu wählen als bei Abschnitten der äußeren Lagen, da hier während des Wickel-Vorganges immer mehr Schichten von Aktivmaterial zu überbrücken sind.With regard to the coating, it may be advantageous, as described above, to make the length of the free areas for portions inside the coil smaller than for portions of the outer layers, since more and more layers of active material are to be bridged during the winding process.

Hinsichtlich weiterer technischer Merkmale und Vorteile des Verfahrens zum Herstellen einer Elektrodenanordnung wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der Elektrodenanordnung, die Figuren sowie die Figurenbeschreibung verwiesen.With regard to further technical features and advantages of the method for producing an electrode arrangement, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the electrode arrangement, the figures and the description of the figures.

Figurenlistelist of figures

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnungen veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert, wobei die beschriebenen Merkmale einzeln oder in einer beliebigen Kombination ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung sein können, insoweit sich aus dem Kontext nicht eindeutig das Gegenteil ergibt. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen

• 1 eine schematische Schnittansicht durch eine Elektrodenanordnung;
• 2 eine schematische Ansicht einer Anordnung zum Durchführen eines Verfahrens zum Herstellen einer Elektrodenanordnung;
• 3 eine vergrößerte Ansicht einer Umlenkeinrichtung; und
• 4 eine detaillierte Ansicht zweier Beschichtungseinheiten zum Beschichten eines Ableiters.

Further advantages and advantageous embodiments of the objects according to the invention are illustrated by the drawings and explained in the following description, wherein the features described individually or in any combination may be an object of the present invention, as far as the context does not clearly indicate the opposite. It should be noted that the drawings have only descriptive character and are not intended to limit the invention in any way. Show it

• 1 a schematic sectional view through an electrode assembly;
• 2 a schematic view of an arrangement for carrying out a method for producing an electrode assembly;
• 3 an enlarged view of a deflection device; and
• 4 a detailed view of two coating units for coating a trap.

In der 1 ist eine schematische Ansicht einer Ausgestaltung einer Elektrodenanordnung 10 für eine Batteriezelle gezeigt. Im Detail ist gezeigt, dass die Elektrodenanordnung 10 eine Anodenanordnung 12, eine Kathodenanordnung 14 und einen zwischen Anodenanordnung 12 und Kathodenanordnung 14 angeordneten Separator 16 aufweist. DieIn the 1 is a schematic view of an embodiment of an electrode assembly 10 for a battery cell shown. In detail it is shown that the electrode arrangement 10 an anode arrangement 12 , a cathode assembly 14 and one between anode assembly 12 and cathode assembly 14 arranged separator 16 having. The

Die Anodenanordnung 12 umfasst einen Anodenableiter 22, der eine Mehrzahl an voneinander durch unbeschichtete Freibereiche 18 beabstandete Anodenmaterialschichten 24 trägt, wobei der Anodenableiter 22 mit den Anodenmaterialschichten 24 Anodenbereiche 20 ausbildet. Die Kathodenanordnung 14 umfasst einen Kathodenableiter 30, der eine Mehrzahl an voneinander durch unbeschichtete Freibereiche 26 beabstandete Kathodenmaterialschichten 32 trägt, wobei der Kathodenableiter 30 mit den Kathodenmaterialschichten 32 Kathodenbereiche 28 ausbildet.The anode arrangement 12 includes an anode conductor 22 , the majority of each other through uncoated outdoor areas 18 spaced anode material layers 24 carries, wherein the anode conductor 22 with the anode material layers 24 anode regions 20 formed. The cathode arrangement 14 includes a cathode conductor 30 , the majority of each other through uncoated outdoor areas 26 spaced cathode material layers 32 carries, wherein the cathode conductor 30 with the cathode material layers 32 cathode regions 28 formed.

Die Elektrodenanordnung 10 ist dabei derart ausgestaltet, dass der Separator 16 und der Anodenableiter 22 und der Kathodenableiter 30 durchlaufend entlang der gesamten Wicklung verlaufen. Es ist ferner gezeigt, dass die Anodenbereiche 20 und die Kathodenbereiche 28 gegenüberliegend angeordnet sind und dass die anodenseitigen Freibereiche 18 und die kathodenseitigen Freibereiche 26 16 gegenüberliegend angeordnet sind.The electrode arrangement 10 is designed such that the separator 16 and the anode conductor 22 and the cathode conductor 30 run continuously along the entire winding. It is further shown that the anode areas 20 and the cathode regions 28 are arranged opposite one another and that the anode-side free areas 18 and the cathode side outdoor areas 26 16 are arranged opposite one another.

Es ist ferner gezeigt, dass die Elektrodenanordnung 10 derart gewickelt ist, dass der Separator 16, der Anodenableiter 22 und der Kathodenableiter 30 nur bei anodenseitigen Freibereichen 18 und kathodenseitigen Freibereichen 26 gebogene Biegebereiche 34 aufweist. In anderen Worten werden die Bereiche der mit Aktivmaterial beschichteten und insbesondere als Folien ausgestalteten Anodenableiter 22 und Kathodenableiter 30 nicht gebogen oder geknickt, sondern nur an ihren unbeschichteten Stellen.It is further shown that the electrode arrangement 10 wound so that the separator 16 , the anode drain 22 and the cathode conductor 30 only for anode-side outdoor areas 18 and cathode-side outdoor areas 26 curved bending areas 34 having. In other words, the areas of the active material coated and in particular designed as foils anode conductor 22 and cathodes 30 not bent or kinked, but only at their uncoated places.

Dabei ist es insbesondere gezeigt, dass durch den Biegeradius der Biegebereiche 34 des Separators 16, des Anodenableiters 22 und des Kathodenableiters 30 die Länge der Freibereiche 18, 26, in welchen die Biegebereiche 34 vorgesehen sind, derart ausgestaltet ist, dass eine während eines Betriebs der Elektrodenanordnung 10 auftretende Volumenänderung der Anodenbereiche 20 und der Kathodenbereiche 28 durch eine Verformung des Separators 16 und des Anodenableiters 22 und des Kathodenableiters 30 ausgleichbar ist, indem der Biegeradius dieser sich verändert.It is particularly shown that by the bending radius of the bending areas 34 of the separator 16 , the anode conductor 22 and the cathode conductor 30 the length of the outdoor areas 18 . 26 in which the bending areas 34 are provided, is configured such that during operation of the electrode assembly 10 occurring volume change of the anode regions 20 and the cathode regions 28 by deformation of the separator 16 and the anode conductor 22 and the cathode conductor 30 can be compensated by the bending radius of this changes.

Unter der Annahme, dass der Kathodenableiter 30 und der Anodenableiter 22 jeweils ca. 15 µm dick und jeweils doppelseitig mit einer Dicke von ca. 150 µm an Aktivmaterial beschichtet sind und ein 12µm dicker Separator 16 Verwendung findet, ist theoretisch bei bis zu 30 Lagen, wobei sich eine Zelldicke von ca. 18 cm ergeben kann, mit diesem Aufbauprinzip ein Volumenvorteil zu erreichen, verglichen mit einem klassischen Stack mit 1,5 mm Separatorüberlapp umlaufend. Das ermöglicht eine hohe Energiedichte auf Zell-Level.Assuming that the cathode conductor 30 and the anode conductor 22 each about 15 microns thick and each double-sided coated with a thickness of about 150 microns of active material and a 12μm thick separator 16 Use is theoretically at up to 30 layers, with a cell thickness of about 18 cm may result, with this construction principle to achieve a volume advantage, compared with a classic stack with 1.5 mm separator overlap circumferential. This enables a high energy density at cell level.

In der 2 ist eine Ausgestaltung einer Anordnung 40 gezeigt, mittels welcher eine vorstehend beschriebene Elektrodenanordnung 10 ausbildbar ist.In the 2 is an embodiment of an arrangement 40 shown by means of which an electrode arrangement described above 10 can be trained.

Die Anordnung 40 umfasst eine erste Rolle 42, auf der der als Folie ausgebildete Kathodenableiter 30 aufgerollt ist. dieser kann etwa durch Walzen 44 und eine Umlenkeinrichtung 46 an einer Beschichtungseinheit 48 entlang geführt wird. Mittels der Beschichtungseinheit 48 kann auf den Kathodenableiter 30 eine Kathodenmaterialschicht 32 insbesondere als lokal begrenzte Bereiche ausbildend Kathodenbereiche 28 aufgebracht werden, wie dies nachstehend im Detail beschrieben ist. Dabei wird zunächst eine erste Seite des Kathodenableiters 30 beschichtet. Es ist ferner eine zweite Beschichtungseinheit 50 vorgesehen, durch welche auf die zweite Seite des Kathodenableiters 30 eine Kathodenmaterialschicht 32 insbesondere als lokal begrenzte Bereiche ausbildend Kathodenbereiche 28 aufgebracht werden kann. Damit eine Beschichtung jeweils auf der Oberseite des Kathodenableiters 30 aufgebracht werden kann, wird der Kathodenableiter 30 durch die Umlenkeinrichtung 46 umgelenkt beziehungsweise umgedreht werden. Nach der Beschichtungseinheit 50 kann können gegebenenfalls weitere Prozesse wie Trocknen, Kalandrieren oder weitere Oberflächenbehandlungen der Aktivmaterialien nach Stand der Technik notwendig sein.The order 40 includes a first role 42 on which the cathode arrester formed as a foil 30 rolled up. this can be done by rolling 44 and a deflecting device 46 on a coating unit 48 is guided along. By means of the coating unit 48 can on the cathode conductor 30 a cathode material layer 32 especially as localized regions forming cathode regions 28 are applied, as described in detail below. In this case, first, a first side of the Kathodenableiters 30 coated. It is also a second coating unit 50 provided by which on the second side of the Kathodenableiters 30 a cathode material layer 32 especially as localized regions forming cathode regions 28 can be applied. So that a coating respectively on the top of Kathodenableiters 30 can be applied, the cathode arrester 30 through the deflection device 46 be redirected or reversed. After the coating unit 50 Optionally, further processes such as drying, calendering or further surface treatments of the active materials according to the prior art may be necessary.

Eine derartige Umlenkeinrichtung 46 ist in der 3 im Detail gezeigt. Dabei ist zu erkennen, dass ein Umlenken des zumindest teilweise beschichteten Kathodenableiters 30 erfolgt unter Verwendung der Umlenkeinrichtung 46, welche Abstützungen 52 aufweist, welche in ihrer radialen Position veränderbar sind, wie dies durch die Pfeile 54 dargestellt sein soll. Beispielsweise können die Abstützungen 52 in radial verlaufenden Führungen 53 angeordnet und dort verfahrbar sein. Dadurch kann es ermöglicht werden, dass die Kathodenbereiche 28, also die Bereiche, in denen das Aktivmaterial vorliegt, auch bei einem Prozessieren nicht gebogen wird. Dies kann dadurch ermöglicht werden, dass die Abstützungen nur mit nicht beschichteten Bereichen des Kathodenableiters 30 beziehungsweise den Freibereichen 26 wechselwirken.Such a deflection device 46 is in the 3 shown in detail. It can be seen that a deflection of the at least partially coated cathode arrester 30 takes place using the deflection device 46 which supports 52 which are variable in their radial position, as indicated by the arrows 54 should be shown. For example, the supports 52 in radially extending guides 53 be arranged and moved there. This may allow the cathode regions 28 , So the areas in which the active material is present, even in a processing is not bent. This can be made possible by the fact that the supports only with uncoated areas of Kathodenableiters 30 or the outdoor areas 26 interact.

Zurückkommend zu 2 umfasst die Anordnung 40 umfasst ferner eine zweite Rolle 56, auf der der als Folie ausgebildete Anodenableiter 22 aufgerollt ist. dieser kann etwa durch Walzen 58 und eine Umlenkeinrichtung 46 an einer Beschichtungseinheit 60 entlang geführt wird. Mittels der Beschichtungseinheit 60 kann auf den Anodenableiter 22 eine Anodenmaterialschicht 24 insbesondere als lokal begrenzte Bereiche ausbildend Anodenbereiche 20 aufgebracht werden, wie dies nachstehend im Detail beschrieben ist. Dabei wird zunächst eine erste Seite des Anodenableiters 22 beschichtet. Es ist ferner eine zweite Beschichtungseinheit 62 vorgesehen, durch welche auf die zweite Seite des Anodenableiters 22 eine Anodenmaterialschicht 24 insbesondere als lokal begrenzte Bereiche ausbildend Anodenbereiche 20 aufgebracht werden kann. Damit eine Beschichtung jeweils auf der Oberseite des Anodenableiters 22 aufgebracht werden kann, kann der Anodenableiter 22 durch die Umlenkeinrichtung 46 umgelenkt beziehungsweise umgedreht werden. Diese kann ausgestaltet werden, wie dies in 3 gezeigt ist.Coming back to 2 includes the arrangement 40 further includes a second roller 56 on which the formed as a film Anodenableiter 22 rolled up. this can be done by rolling 58 and a deflecting device 46 on a coating unit 60 is guided along. By means of the coating unit 60 can on the anode conductor 22 an anode material layer 24 especially as localized areas forming anode areas 20 are applied, as described in detail below. In this case, first, a first side of the Anodenableiters 22 coated. It is also a second coating unit 62 provided by which on the second side of the Anodenableiters 22 an anode material layer 24 especially as localized areas forming anode areas 20 can be applied. So that a coating respectively on the top of the anode conductor 22 can be applied, the anode conductor 22 through the deflection device 46 be redirected or reversed. This can be designed as in 3 is shown.

Nach der Beschichtungseinheit 62 kann können gegebenenfalls weitere Prozesse wie Trocknen, Kalandrieren oder weitere Oberflächenbehandlungen der Aktivmaterialien nach Stand der Technik notwendig sein.After the coating unit 62 Optionally, further processes such as drying, calendering or further surface treatments of the active materials according to the prior art may be necessary.

Es sind ferner weitere Rollen 64, 66 vorgesehen, von welchen der insbesondere folienartige Separator 16 abgewickelt werden kann. Durch eine Vielzahl an Umlenkeinrichtungen 46, die jeweils ausgebildet sein können, wie in 3 gezeigt, kann es realisiert werden, dass die teilweise beschichteten Ableiter 22, 30 an den Separator 16 gelegt werden, in dieser Ausgestaltung kann diese Anordnung zu einer Wickelstation 68 geführt werden, in welcher die Elektrodenanordnung 10 gewickelt wird.There are also other roles 64 . 66 provided, of which the particular film-like separator 16 can be handled. By a variety of deflection 46 , which may each be formed as in 3 shown, it can be realized that the partially coated arrester 22 . 30 to the separator 16 can be placed, in this embodiment, this arrangement can be a winding station 68 be guided, in which the electrode assembly 10 is wound.

In der 4 ist ferner eine Ausgestaltung der Beschichtungseinheiten 48, 50 gezeigt. Dabei ist zu erkennen, dass der Kathodenableiter 30 etwa durch Walzen 44 und eine Umlenkeinrichtung 46 an den Beschichtungseinheit 48 entlang geführt wird. Um das Aktivmaterial nur lokal begrenzt aufzubringen ist es vorgesehen, dass die Beschichtungseinheiten jeweils eine Blendenanordnung 70 aufweisen, welche etwa in einem umlaufenden Band 72 angeordnete Abdeckbereiche 74 aufweist. Die Blendenanordnung 70 wird bezüglich des Kathodenableiters 30 ortsfest verfahren, so dass nur bestimmte Bereiche des Kathodenableiters 30 freiliegen, wohingegen andere Bereiche des Kathodenableiters 30 durch die Abdeckbereiche 74 überdeckt sind. Die freiliegenden Bereiche, also die nicht durch Abdeckbereiche 784 bedeckten sondern nach oben zugänglichen Bereiche, können mit Aktivmaterial beschichtet werden und so die Kathodenbereiche 28 ausbilden, wohingegen die verdeckten Bereiche die Freibereiche 26 ausbilden können. Entsprechend kann ein Beschichten des Anodenableiters 22 erfolgen.In the 4 is also an embodiment of the coating units 48 . 50 shown. It can be seen that the cathode conductor 30 for example by rolling 44 and a deflecting device 46 on the coating unit 48 is guided along. In order to apply the active material only locally limited, it is provided that the coating units each have a diaphragm arrangement 70 which, for example, in a circumferential band 72 arranged covering areas 74 having. The aperture arrangement 70 becomes with respect to the Kathodenableiters 30 stationary method, so that only certain areas of Kathodenableiters 30 while other areas of the cathode arrester are exposed 30 through the coverage areas 74 are covered. The exposed areas, so not by coverage areas 784 covered but upwardly accessible areas, can be coated with active material and so the cathode areas 28 whereas the covered areas are the open spaces 26 can train. Accordingly, a coating of the Anodenableiters 22 respectively.

Beispielsweise durch eine derartige Ausgestaltung kann es auf einfache Weise ermöglicht werden, dass beispielsweise die Länge der Freibereiche 18, 26 derart gewählt wird, dass die die Biegebereiche 34 aufweisenden Freibereiche 18, 26 derart ausgestaltet sind, dass eine während eines Betriebs der Elektrodenanordnung 10 auftretende Volumenänderung der Anodenbereiche 20 und der Kathodenbereiche 28 durch eine Verformung der Freibereiche 18, 26 und des Separators 16 ausgleichbar ist.For example, by such a configuration, it can be easily possible that, for example, the length of the free areas 18 . 26 is chosen such that the bending areas 34 having outdoor areas 18 . 26 are configured such that during operation of the electrode assembly 10 occurring volume change of the anode regions 20 and the cathode regions 28 by a deformation of the free areas 18 . 26 and the separator 16 is compensable.

Mit dem hier vorgestellten gewickelten Elektrodenstapel beziehungsweise der Elektrodenanordnung 10 und dem skizzierten Fertigungsverfahren ist es möglich, kostengünstig einen Hauptbestandteil der Batteriezelle herzustellen, der im Alterungsverhalten vergleichbar mit einem gestapelten Aufbau ist und für nicht zu dicke Zellen mit einer begrenzten Anzahl von Elektrodenlagen gegenüber gestapelten Zellen einen Volumenvorteil besitzt. Die Elektrodenanordnung 10 kann hierzu in ein Zellgehäuse eingesetzt, elektrisch angebunden und etwa mit einem Elektrolyten versehen werden.With the wound electrode stack or the electrode arrangement presented here 10 and the outlined manufacturing process, it is possible to cost a Main component of the battery cell, which is comparable in aging behavior with a stacked construction and has a volume advantage for not too thick cells with a limited number of electrode layers compared to stacked cells. The electrode arrangement 10 can be used for this purpose in a cell housing, electrically connected and provided with an electrolyte.

Es wird eine kostengünstigere Produktion ermöglicht, da ein fortlaufendes Wickeln einer Elektrodenanordnungmöglich ist. Höhere oder gleiche Volumenausnutzung in einem Zellgehäuse wird ermöglicht gegenüber dem bloßen Übereinanderlegen von Elektrodenanordnungen durch den möglichen des Entfall Separator-Überlapps. Ferner wird eine geringere zyklische Alterung im Vergleich zum klassischen Wickel / Jelly-Roll möglich. Ferner wird eine bessere Eignung für mürbe Aktivmaterialbeschichtungen ermöglicht und ein geringere Alterung als bei herkömmlichen gewickelten Ausgestaltungen, da das Aktivmaterial nach dem Aufbringen auf die Ableiter 22, 30 insbesondre im Produktionsprozess nicht mehr gebogen/gewalkt wird und bei Atmen der Zelle Kräfte nur senkrecht zur Aktivmaterialausdehnung auftreten.Lower cost production is possible because continuous winding of an electrode assembly is possible. Higher or equal volume utilization in a cell housing is made possible over mere overlaying of electrode assemblies by the possible lack of separator overlap. Furthermore, a lower cyclic aging compared to the classic winding / jelly-roll is possible. Furthermore, a better suitability for friable active material coatings is made possible and less aging than in conventional wound designs, since the active material after application to the arrester 22 . 30 In particular, in the production process, bending / rolling is no longer required and, when the cell is breathing, forces only occur perpendicularly to the active material expansion.

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

• US 2014/0050957 [0006]US 2014/0050957 [0006]
• US 2015/0372340 A1 [0007]US 2015/0372340 A1 [0007]

Claims (10)

Elektrodenanordnung für eine Batteriezelle, mit einer Anodenanordnung (12), einer Kathodenanordnung (14) und einem zwischen Anodenanordnung (12) und Kathodenanordnung (14) angeordneten Separator (16), wobei die Anodenanordnung (12) einen Anodenableiter (22) aufweist, der eine Mehrzahl an voneinander durch unbeschichtete Freibereiche (18) beabstandete Anodenmaterialschichten (24) trägt, wobei der Anodenableiter (22) mit den Anodenmaterialschichten (24) Anodenbereiche (20) ausbildet, und wobei die Kathodenanordnung (14) einen Kathodenableiter (30) aufweist, der eine Mehrzahl an voneinander durch unbeschichtete Freibereiche (26) beabstandete Kathodenmaterialschichten (32) trägt, wobei der Kathodenableiter (30) mit den Kathodenmaterialschichten (32) Kathodenbereiche (28) ausbildet, wobei der Separator (16) und der Anodenableiter (22) und der Kathodenableiter (30) entlang der Anodenbereiche (12), entlang der Kathodenbereiche (14) und entlang der anodenseitigen und kathodenseitigen Freibereiche (18, 26) verläuft, und wobei die Elektrodenanordnung (10) ferner derart gewickelt ist, dass der Separator (16) und der Anodenableiter (22) und der Kathodenableiter (30) nur bei anodenseitigen Freibereichen (18) und kathodenseitigen Freibereichen (26) gebogene Biegebereiche (34) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die die Biegebereiche (34) aufweisenden Freibereiche (18, 26) derart ausgestaltet sind, dass eine während eines Betriebs der Elektrodenanordnung (10) auftretende Volumenänderung der Anodenbereiche (20) und der Kathodenbereiche (28) durch eine Verformung des Separators (16), des Anodenableiters (22) und des Kathodenableiters (30) an den Freibereichen (18,26) ausgleichbar ist.Electrode arrangement for a battery cell, comprising an anode arrangement (12), a cathode arrangement (14) and a separator (16) arranged between anode arrangement (12) and cathode arrangement (14), wherein the anode arrangement (12) has an anode conductor (22) which has a A plurality of anode material layers (24) spaced from each other by uncoated exposed areas (18), the anode conductor (22) forming anode regions (20) with the anode material layers (24), and wherein the cathode assembly (14) comprises a cathode conductor (30) having a cathode conductor (30) A plurality of cathode material layers (32) spaced apart from one another by uncoated open areas (26), wherein the cathode conductor (30) forms cathode regions (28) with the cathode material layers (32), the separator (16) and the anode conductor (22) and the cathode conductor ( 30) along the anode regions (12), along the cathode regions (14) and along the anode-side and cathode-side surfaces rich (18, 26) extends, and wherein the electrode assembly (10) is further wound such that the separator (16) and the Anodenableiter (22) and the Kathodenableiter (30) only at anode-side free areas (18) and cathode-side free areas (26 ), characterized in that the bending regions (34) having free areas (18, 26) are designed such that during operation of the electrode assembly (10) occurring volume change of the anode regions (20) and the cathode regions ( 28) by a deformation of the separator (16), the Anodenableiters (22) and the Kathodenableiters (30) on the free areas (18,26) is compensated. Elektrodenanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine während eines Betriebs der Elektrodenanordnung (10) auftretende Volumenänderung der Anodenbereiche (20) und der Kathodenbereiche (28) ausgleichbar ist durch die Länge der Freibereiche (18, 26).Electrode arrangement after Claim 1 , characterized in that during a operation of the electrode assembly (10) occurring volume change of the anode regions (20) and the cathode regions (28) can be compensated by the length of the free areas (18, 26). Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Volumenänderung der Anodenbereiche (20) und der Kathodenbereiche (28) in einem Bereich von größer als 0% bis kleiner oder gleich 10% ausgleichbar ist.Electrode arrangement according to one of Claims 1 or 2 , characterized in that a volume change of the anode regions (20) and the cathode regions (28) in a range of greater than 0% to less than or equal to 10% is compensated. Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Längen der Freibereiche (18, 26) entlang der Länge der Elektrodenanordnung (10) variieren.Electrode arrangement according to one of Claims 1 to 3 , characterized in that the lengths of the free areas (18, 26) vary along the length of the electrode assembly (10). Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass sämtliche zwischen zwei Anodenbereichen (20) oder zwischen zwei Kathodenbereichen (28) positionierte Freibereiche (18, 26) Biegebereiche (34) aufweisen.Electrode arrangement according to one of Claims 1 to 4 , characterized in that all between two anode regions (20) or between two cathode regions (28) positioned free areas (18, 26) bending regions (34). Elektrodenanordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Anodenbereiche (20) und die Kathodenbereiche (28) gegenüberliegend angeordnet sind und dass die anodenseitigen Freibereiche (18) und die kathodenseitigen Freibereiche (26) gegenüberliegend angeordnet sind.Electrode arrangement according to one of Claims 1 to 5 , characterized in that the anode regions (20) and the cathode regions (28) are arranged opposite one another and that the anode-side free regions (18) and the cathode-side free regions (26) are arranged opposite one another. Verfahren zum Herstellen einer Elektrodenanordnung (10), aufweisend die Verfahrensschritte auf: a) Bereitstellen eines Separators (16); b) Bereitstellen einer Anodenanordnung (12), wobei die Anodenanordnung (12) einen Anodenableiter (22) aufweist, der eine Mehrzahl an voneinander durch unbeschichtete Freibereiche (18) beabstandete Anodenmaterialschichten (24) trägt, wobei der Anodenableiter (22) mit den Anodenmaterialschichten (24) Anodenbereiche (20) ausbildet; c) Bereitstellen einer Kathodenanordnung, wobei die Kathodenanordnung (14) einen Kathodenableiter (30) aufweist, der eine Mehrzahl an voneinander durch unbeschichtete Freibereiche (26) beabstandete Kathodenmaterialschichten (32) trägt, wobei der Kathodenableiter (30) mit den Kathodenmaterialschichten (32) Kathodenbereiche (28) ausbildet; und d) Wickeln des Separators (16) gemeinsam mit der Anodenanordnung (12) und der Kathodenanordnung (14) derart, dass Biegebereiche (34) nur in Freibereichen (16, 26) entstehen; wobei e) die die Biegebereiche (34) aufweisenden Freibereiche (18, 26) derart ausgestaltet werden, dass eine während eines Betriebs der Elektrodenanordnung (10) auftretende Volumenänderung der Anodenbereiche (20) und der Kathodenbereiche (28) durch eine Verformung des Separators (16), des Anodenableiters (22) und des Kathodenableiters (30) an den Freibereichen (18,26) ausgleichbar ist.A method of manufacturing an electrode assembly (10) comprising the steps of: a) providing a separator (16); b) providing an anode assembly (12), the anode assembly (12) having an anode conductor (22) carrying a plurality of anode material layers (24) spaced from one another by uncoated free areas (18), the anode conductor (22) being connected to the anode material layers (22). 24) forms anode regions (20); c) providing a cathode assembly, said cathode assembly (14) having a cathode conductor (30) carrying a plurality of cathode material layers (32) spaced from each other by uncoated free areas (26), the cathode conductor (30) having cathode regions (32) cathode regions (28) trains; and d) winding the separator (16) together with the anode assembly (12) and the cathode assembly (14) such that bending areas (34) only in free areas (16, 26) arise; in which e) the free areas (18, 26) having the bending areas (34) are configured such that a volume change of the anode areas (20) and the cathode areas (28) occurring during operation of the electrode arrangement (10) is caused by deformation of the separator (16). , the Anodenableiters (22) and the Kathodenableiters (30) on the free areas (18,26) is compensated. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Kathodenbereiche (28) ausgebildet werden durch das lokal begrenzte Beschichten des Kathodenableiters (30) mit einer Kathodenmaterialschicht (32) und dass die Anodenbereiche (20) ausgebildet werden durch das lokal begrenzte Beschichten des Anodenableiters (22) mit einer Anodenmaterialschicht (24), wobei ein lokal begrenztes Beschichten des Kathodenableiters (30) oder des Anodenableiters (22) erfolgt unter Verwendung einer einen Verschlussmechanismus aufweisenden Beschichtungseinheit (48, 50, 60 ,62) oder unter Verwendung einer den Kathodenableiter (30) oder den Anodenableiter (22) teilweise bedeckenden Blendenanordnung (70).Method according to Claim 7 characterized in that the cathode regions (28) are formed by locally coating the cathode conductor (30) with a cathode material layer (32) and forming the anode regions (20) by locally coating the anode conductor (22) with an anode material layer (24), wherein a locally limited coating of the cathode arrester (30) or of the anode arrester (22) takes place using a coating unit (48, 50, 60, 62) having a closure mechanism or by using a cathode arrester (30) or the anode arrester ( 22) partially covering diaphragm assembly (70). Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass in wenigstens einem der Verfahrensschritte b) und c) ein Umlenken, beispielsweise ein Umdrehen, des zumindest teilweise beschichteten Anodenableiters (22) oder des zumindest teilweise beschichteten Kathodenableiters (30) erfolgt unter Verwendung einer rotierbaren Umlenkeinheit (46), welche Abstützungen (52) aufweist, die in ihrer radialen Position bezüglich der Rotationsachse veränderbar sind.Method according to Claim 7 or 8th , characterized in that in at least one of Method steps b) and c) deflecting, for example turning over, the at least partially coated anode conductor (22) or the at least partially coated cathode conductor (30) is carried out using a rotatable deflection unit (46) which has supports (52) in its Radial position with respect to the axis of rotation are changeable. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verfahrensschritte b) und c) erfolgen durch das Aneinanderlegen des Separators (16) mit einem teilweise mit einer Anodenmaterialschicht (24) beschichteten Anodenableiter (22) und mit einem teilweise mit einer Kathodenmaterialschicht (32) beschichteten Kathodenableiter (30).Method according to one of Claims 7 to 9 , characterized in that the method steps b) and c) are carried out by juxtaposing the separator (16) with an anode conductor (22) partially coated with an anode material layer (24) and with a cathode conductor (30) partially coated with a cathode material layer (32). ,

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