DE102018220238A1 - Method for producing an electrode assembly for a battery cell, electrode assembly, battery cell, vehicle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenverbunds (100) für eine Batteriezelle (110), einen Elektrodenverbund (100), eine Batteriezelle (110) sowie ein Fahrzeug (120).Es ist vorgesehen, dass ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenverbunds (100) für eine Batteriezelle (110) bereitgestellt wird. Ein solches Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Grundkörpers (20) aus einem ersten Elektrodenmaterial (24), Beschichten des Grundkörpers (20) zumindest bereichsweise mit einem Separatormaterial (30), Beschichten des Grundkörpers (20) zumindest bereichsweise mit einem zweiten Elektrodenmaterial (38) auf Bereiche mit beschichtetem Separatormaterial (30), Beschichten des Grundkörpers (20) zumindest bereichsweise mit einem Isolationsmaterial (46) auf Bereiche mit beschichtetem Separatormaterial (30) und beschichtetem zweitem Elektrodenmaterial (38), wobei der Grundkörper (20) zumindest bereichsweise in einer hochporösen Form bereitgestellt wird, sodass eine Reaktionsfläche des Grundkörpers (20) zur Erzeugung von elektrischer Energie aufgrund einer Wechselwirkung zwischen erstem und zweiten Elektrodenmaterial (24, 38) mindestens größer ist als mindestens eine Schnittseitenfläche des Grundkörpers (20).Zudem ist ein Elektrodenverbund (100), eine Batteriezelle (110) und ein Fahrzeug (120) vorgesehen.The invention relates to a method for producing an electrode assembly (100) for a battery cell (110), an electrode assembly (100), a battery cell (110) and a vehicle (120). It is provided that a method for producing an electrode assembly (100 ) is provided for a battery cell (110). Such a method comprises the following steps: providing a base body (20) from a first electrode material (24), coating the base body (20) at least in regions with a separator material (30), coating the base body (20) at least in regions with a second electrode material (38) on areas with coated separator material (30), coating the base body (20) at least in areas with an insulation material (46) on areas with coated separator material (30) and coated second electrode material (38), the base body (20) at least in areas is provided in a highly porous form, so that a reaction surface of the base body (20) for generating electrical energy due to an interaction between the first and second electrode material (24, 38) is at least larger than at least one cut side surface of the base body (20) (100), a battery cell ( 110) and a vehicle (120) are provided.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenverbunds für eine Batteriezelle, einen Elektrodenverbund, eine Batteriezelle sowie ein Fahrzeug.The invention relates to a method for producing an electrode assembly for a battery cell, an electrode assembly, a battery cell and a vehicle.

Energiespeicher in Form von Batterien sind Gegenstand von aktuellen Forschungsansätzen, wobei zunehmend die Einsatzbereiche solcher Energiespeicher sich überlappen. So werden Batterien, welche beispielsweise aus einzelnen Batteriezellen aufgebaut sein können, heutzutage häufig für verschiedenste Einsatzzwecke konzipiert. Batteriezellen wiederum können als ein Zusammenschluss von einzelnen Elektrodenverbunden konzipiert werden.Energy storage in the form of batteries are the subject of current research approaches, with the areas of application of such energy storage increasingly overlapping. For example, batteries that can be constructed from individual battery cells, for example, are now often designed for a wide variety of purposes. Battery cells in turn can be designed as a combination of individual electrode assemblies.

Dabei können Batteriezellen zudem als ein elektrochemischer Energiespeicher angesehen werden. Die gespeicherte chemische Energie wird während einer Wechselwirkung beziehungsweise einer elektrochemischen Reaktion im Zuge der Entladung der Batterie in elektrische Energie umgewandelt. Bei einem Aufladevorgang der Batterie laufen diese Prozesse entsprechend in die andere Richtung ab, sodass mittels der zugeführten elektrischen Energie in der Batterie erneut chemische Energie gespeichert wird.Battery cells can also be viewed as an electrochemical energy store. The stored chemical energy is converted into electrical energy during an interaction or an electrochemical reaction in the course of discharging the battery. When the battery is charged, these processes run in the other direction accordingly, so that chemical energy is stored again in the battery by means of the electrical energy supplied.

Ein mögliches Einsatzgebiet für Batterien beziehungsweise Energiespeicher stellt dabei die Fahrzeugindustrie dar, wobei hierbei der Fokus zunehmend auf die Energieversorgung der Fahrzeuge im Sinne des Antriebs gelegt wird. Neben der mit solchen Batterien direkt verbundenen zu erreichenden Reichweite des Fahrzeugs während der Nutzungsphase, stehen zudem die Produktionskosten an sich und eine anwenderfreundliche Performance allgemein während der erweiterten Nutzungsphase im Fokus der Verbesserungen. Zu der erweiterten Nutzungsphase gehören demnach nicht nur der reine Einsatz als Energiequelle für die Mobilität an sich, sondern auch Eigenschaften, welche mit den Ladevorgängen der Batteriezellen in Verbindung stehen. Als eine anwenderfreundliche Performance einer Batterie während der erweiterten Nutzungsphase wird somit zum Beispiel eine schnelle und damit sich zunehmend verkürzende Ladezeit der Batterie angesehen.A possible area of application for batteries or energy storage is the vehicle industry, whereby the focus is increasingly on the energy supply of the vehicles in terms of the drive. In addition to the range of the vehicle to be achieved directly with such batteries during the use phase, the production costs themselves and user-friendly performance in general during the extended use phase are the focus of the improvements. The extended usage phase therefore includes not only the pure use as an energy source for mobility per se, but also properties that are related to the charging processes of the battery cells. A user-friendly performance of a battery during the extended use phase is thus regarded, for example, as a fast and therefore increasingly shortening of the battery charging time.

Aus dem Stand der Technik sind bereits verschiedene Konzepte als bekannt zu entnehmen. So sind bei den Herstellungstechniken von Batterien beziehungsweise Energiespeichern und deren Komponenten unter anderem die Wickeltechnik oder auch die Layertechnik bekannte Verfahren, wobei diese kombiniert mit verschiedenen Materialien eingesetzt werden. Allgemein liegen die Verbesserungspotentiale neben der Reduktion einer aufwendigen Fertigung in der Steigerung der noch relativ geringen erreichten Energiedichten im Endprodukt. Hier setzen die heute bekannten Lösungen häufig an. Eine lediglich geringe Kapazität beziehungsweise eine geringe Energiedichte von Batteriezellen soll dabei verbessert werden. Gleichzeitig sollen die bisher noch hohen Produktionskosten reduziert werden. Gängige Ansätze aus dem Stand der Technik begegnen diesem Verbesserungspotential beispielsweise durch die Auswahl von anderen Materialien oder Materialkombinationen. Auch der Aufbau an sich ist Gegenstand von neueren Lösungsansätzen, um weitere Verbesserungen innerhalb von Herstellungsverfahren für Energiespeicher einzuführen. Folgend werden einige Beispiele vorgestellt.Various concepts are already known to be known from the prior art. Thus, among other things, the winding technology or the layer technology are known processes in the production techniques for batteries or energy stores and their components, these being used in combination with different materials. In general, in addition to the reduction of complex production, the potential for improvement lies in the increase in the relatively low energy densities achieved in the end product. This is where the solutions known today often come into play. A small capacity or a low energy density of battery cells should be improved. At the same time, the previously high production costs are to be reduced. Common approaches from the state of the art counter this improvement potential, for example by selecting other materials or material combinations. The structure itself is also the subject of newer approaches to introduce further improvements within manufacturing processes for energy storage. Some examples are presented below.

Aus der Druckschrift DE 10 2015 218 533 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenverbundes einer Batteriezelle als bekannt zu entnehmen. Die Batteriezelle kann dabei insbesondere eine Lithium-Ionen-Batteriezelle sein. Der Verbund umfasst dabei zumindest eine erste Elektrode mit einer, insbesondere bandförmigen, ersten Elektrodenfolie, zumindest eine zweite Elektrode und zumindest eine, insbesondere bandförmige, Separatorfolie. Dabei wird insbesondere die bandförmige, erste Elektrodenfolie auf einer ersten Seite, von welcher aus die erste Elektrodenfolie in der fertigen Batteriezelle kontaktierbar ist, zurechtgeschnitten, sodass zumindest eine erste Kontaktfahne freigelegt wird. Ein Grundkörper, welcher zumindest bereichsweise in einer hochporösen Form vorliegt und dann mit verschiedenen Schichten versehen wird, sodass eine Reaktionsfläche des Grundkörpers zur Erzeugung von elektrischer Energie aufgrund einer Wechselwirkung zwischen erstem und zweiten Elektrodenmaterial mindestens größer ist als mindestens eine Schnittseitenfläche des Grundkörpers, ist nicht vorgesehen.From the publication DE 10 2015 218 533 A1 A method for producing an electrode assembly of a battery cell can be seen as known. The battery cell can in particular be a lithium-ion battery cell. The composite comprises at least one first electrode with a, in particular band-shaped, first electrode film, at least one second electrode and at least one, in particular band-shaped, separator film. In particular, the band-shaped, first electrode film is cut to size on a first side, from which the first electrode film can be contacted in the finished battery cell, so that at least one first contact tab is exposed. A basic body, which at least partially in one highly porous form and then provided with different layers so that a reaction surface of the base body for generating electrical energy due to an interaction between the first and second electrode material is at least larger than at least one cut side surface of the base body is not provided.

Aus der Druckschrift DE 10 2016 214 239 A1 ist ein Folienstapel für eine Batteriezelle sowie ein Verfahren zur Herstellung solch eines Folienstapels als bekannt zu entnehmen. Solch ein Folienstapel weist zumindest eine Separatorfolie und zumindest eine Kathodenfolie auf. Die Folien weisen jeweils zumindest ein erstes und ein zweites Durchgangsloch auf, wobei die Folien so übereinander angeordnet sind, dass die ersten Durchgangslöcher der Folien übereinander angeordnet sind und die zweiten Durchgangslöcher der Folien übereinander angeordnet sind. Dabei ist ferner vorgesehen, dass die Kathodenfolie in einem ersten Bereich um das erste Durchgangsloch und in einem zweiten Bereich um das zweite Durchgangsloch elektrochemisch deaktiviert ausgebildet ist. Weiterhin werden eine Anordnung mit einem derartigen Folienstapel und einem Montagewerkzeug angegeben, eine Batteriezelle mit einem in einem Batteriezellengehäuse angeordneten Folienstapel sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Folienstapels und einer Batteriezelle. Ein Grundkörper, welcher zumindest bereichsweise in einer hochporösen Form vorliegt und dann mit verschiedenen Schichten versehen wird, sodass eine Reaktionsfläche des Grundkörpers zur Erzeugung von elektrischer Energie aufgrund einer Wechselwirkung zwischen erstem und zweiten Elektrodenmaterial mindestens größer ist als mindestens eine Schnittseitenfläche des Grundkörpers, ist nicht vorgesehen.From the publication DE 10 2016 214 239 A1 A film stack for a battery cell and a method for producing such a film stack can be seen as known. Such a film stack has at least one separator film and at least one cathode film. The films each have at least a first and a second through hole, the films being arranged one above the other such that the first through holes of the films are arranged one above the other and the second through holes of the films are arranged one above the other. It is further provided that the cathode foil is designed to be electrochemically deactivated in a first area around the first through hole and in a second area around the second through hole. Furthermore, an arrangement with such a film stack and an assembly tool is specified, a battery cell with a film stack arranged in a battery cell housing and a method for producing a film stack and a battery cell. A base body, which is at least partially in a highly porous form and is then provided with different layers, so that a reaction surface of the base body for generating electrical energy due to an interaction between the first and second electrode material is at least larger than at least one cut side surface of the base body .

Aus der Druckschrift WO 2016/026782 A1 ist ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines galvanischen Elements sowie ein solches galvanisches Element als bekannt zu entnehmen. Das galvanische Element weist dabei Elektrodenbleche auf, wobei mindestens ein Blech auf ein anderes Blech gelegt wird und vor dem Auflegen des einen Blechs auf das andere Blech ein Zusatzstoff auf das zu verlegende Blech und/oder auf ein bereits gelegtes Blech aufgebracht wird, wobei das Zusatzmittel außerhalb eines elektrochemisch aktiven Bereichs eines Bleches aufgebracht wird. Ein Grundkörper, welcher zumindest bereichsweise in einer hochporösen Form vorliegt und dann mit verschiedenen Schichten versehen wird, sodass eine Reaktionsfläche des Grundkörpers zur Erzeugung von elektrischer Energie aufgrund einer Wechselwirkung zwischen erstem und zweiten Elektrodenmaterial mindestens größer ist als mindestens eine Schnittseitenfläche des Grundkörpers, ist nicht vorgesehen.From the publication WO 2016/026782 A1 A method and a device for producing a galvanic element and such a galvanic element can be seen as known. The galvanic element has electrode sheets, at least one sheet being placed on another sheet and before the one sheet is placed on the other sheet, an additive is applied to the sheet to be laid and / or to an already placed sheet, the additive is applied outside an electrochemically active area of a sheet. A base body, which is at least partially in a highly porous form and is then provided with different layers, so that a reaction surface of the base body for generating electrical energy due to an interaction between the first and second electrode material is at least larger than at least one cut side surface of the base body .

Auch die vorgestellten Lösungen bieten nach wie vor ein gewisses Potential bezüglich der Herstellungskosten sowie allgemein der Anwenderfreundlichkeit, insbesondere während der erweiterten Nutzungsphase der vorgestellten Produkte.The solutions presented also still offer a certain potential in terms of production costs and general user-friendliness, especially during the extended use phase of the products presented.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenverbunds für eine Batteriezelle sowie einen Elektrodenverbund für eine Batteriezelle bereitzustellen, welche eine verbesserte Kostenstruktur bei der Herstellung und eine verbesserte und anwenderfreundliche Performance während der Nutzung aufweisen.The invention is based on the object of providing a method for producing an electrode assembly for a battery cell and an electrode assembly for a battery cell, which have an improved cost structure during manufacture and an improved and user-friendly performance during use.

In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenverbunds für eine Batteriezelle bereitgestellt wird. Solch ein Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte: Bereitstellen eines Grundkörpers aus einem ersten Elektrodenmaterial, Beschichten des Grundkörpers zumindest bereichsweise mit einem Separatormaterial, Beschichten des Grundkörpers zumindest bereichsweise mit einem zweiten Elektrodenmaterial auf Bereiche mit beschichtetem Separatormaterial, Beschichten des Grundkörpers zumindest bereichsweise mit einem Isolationsmaterial auf Bereiche mit beschichtetem Separatormaterial und beschichtetem zweitem Elektrodenmaterial, wobei der Grundkörper zumindest bereichsweise in einer porösen, insbesondere hochporösen Form bereitgestellt wird, sodass eine Reaktionsfläche des Grundkörpers zur Erzeugung von elektrischer Energie aufgrund einer Wechselwirkung zwischen erstem und zweiten Elektrodenmaterial mindestens größer ist als mindestens eine Schnittseitenfläche des Grundkörpers. Auf diese Weise ist es möglich ein Verfahren bereitzustellen, welches geringe Herstellungskosten aufweist und ein Produkt hervorbringt, welches eine erhöhte Kapazität beziehungsweise optimierte Lade- und Entladeraten ermöglicht. Dadurch, dass der Grundkörper hochporöse Bereiche aufweist, wird seine Oberfläche stark vergrößert, sodass mit einfachsten Mitteln eine erhöhte Funktion bezogen auf Lade- und Entladevorgänge bereitgestellt werden kann. Ein wesentlicher Unterschied gegenüber herkömmlichen Elektrodenfolien besteht somit im Aufbau, wodurch eine vielfach vergrößerte aktive Oberfläche und damit ein optimaler Ladungstransport beim Be- und Entladen erreicht werden kann. So ein Elektrodenverbund kann auch als Sinterelektrode bezeichnet werden, wobei das Produkt generell für den Aufbau einer Batteriezelle geeignet ist.
Das Verfahren ermöglicht also die Herstellung von einem Produkt, welches aufgrund der optimalen Ladungstransporte beim Be- und Entladen als besonders anwenderfreundlich im Sinner einer erweiterten Nutzungsphase angesehen wird. Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das vorgestellte Verfahren eine weitestgehend freie Gestaltbarkeit der Geometrie des zu fertigenden Elektrodenverbands zulässt beziehungsweise ermöglicht. Beispielsweise könnte der zu fertigende Elektrodenverband für im Wesentlichen rechteckige Bauräume ausgelegt sein. Der Begriff Reaktionsfläche kann über den mathematischen Begriff einer Fläche hinausgehend angesehen werden, insbesondere kann so eine Reaktionsfläche auch eine dreidimensionale Ausdehnung aufweisen, welche über die Dicke einer einzelnen Atomschicht hinaus geht. Auch ist der Begriff Reaktionsfläche nicht ausschließlich alleine zu deuten, sondern insbesondere im Zusammenhang mit der zuvor bereits erwähnten Wechselwirkung zwischen erstem und zweitem Elektrodenmaterial im Sinne der Erzeugung von elektrischer Energie.In a preferred embodiment of the invention, it is provided that a method for producing an electrode assembly for a battery cell is provided. Such a method comprises the following steps: providing a base body made of a first electrode material, coating the base body at least in regions with a separator material, coating the base body at least in regions with a second electrode material on regions with coated separator material, coating the base body at least in regions with an insulation material Areas with coated separator material and coated second electrode material, the base body being provided at least in regions in a porous, in particular highly porous form, so that a reaction surface of the base body for generating electrical energy due to an interaction between the first and second electrode material is at least larger than at least one cut side surface of the Basic body. In this way it is possible to provide a method that has low manufacturing costs and produces a product that enables increased capacity or optimized charging and discharging rates. Due to the fact that the base body has highly porous areas, its surface area is greatly increased, so that an increased function can be provided with respect to charging and discharging processes with the simplest of means. An essential difference compared to conventional electrode foils is the structure, which means that a much larger active surface and thus optimal charge transport during loading and unloading can be achieved. Such an electrode assembly can also be referred to as a sintered electrode, the product generally being suitable for the construction of a battery cell.
The method thus enables the production of a product which, due to the optimal load transport during loading and unloading, is considered to be particularly user-friendly in the sense of an extended use phase. Another advantage is that the method presented allows or allows the geometry of the electrode assembly to be manufactured to be largely freely configurable. For example, the electrode assembly to be manufactured could be designed for essentially rectangular installation spaces. The term reaction surface can be viewed beyond the mathematical concept of a surface; in particular, such a reaction surface can also have a three-dimensional dimension that extends beyond the thickness of an individual atomic layer. The term reaction surface is also not to be interpreted solely on its own, but in particular in connection with the previously mentioned interaction between the first and second electrode material in the sense of generating electrical energy.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Elektrodenverbund für eine Batteriezelle hergestellt nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 11 bereitgestellt wird. Solch ein Elektrodenverbund für eine Batteriezelle umfasst dabei einen Grundkörper aus einem ersten Elektrodenmaterial, eine zumindest bereichsweise auf den Grundkörper aufgetragenen Schicht aus einem Separatormaterial, eine zumindest bereichsweise auf den Grundkörper auf Bereiche mit beschichtetem Separatormaterial aufgetragenen Schicht aus einem zweiten Elektrodenmaterial, eine zumindest bereichsweise auf den Grundkörper auf Bereiche mit beschichtetem Separatormaterial und beschichtetem zweitem Elektrodenmaterial aufgetragenen Schicht aus einem Isolationsmaterial, wobei der Grundkörper zumindest bereichsweise eine hochporöse Form aufweist, sodass eine Reaktionsfläche des Grundkörpers zur Erzeugung von elektrischer Energie aufgrund einer Wechselwirkung zwischen erstem und zweiten Elektrodenmaterial mindestens größer ist als mindestens eine Schnittseitenfläche des Grundkörpers. Die zuvor genannten Vorteile gelten in gleicher Weise soweit übertragbar für den vorgestellten Gegenstand.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that an electrode assembly for a battery cell produced by the method according to claims 1 to 11 is provided. Such an electrode assembly for a battery cell comprises a base body made of a first electrode material, a layer made of a separator material applied at least partially to the base body, a layer made of a second electrode material applied at least partially on the base body to areas with coated separator material, and at least partially applied to the Base body on areas coated with coated separator material and coated second electrode material made of an insulation material, the base body having a highly porous shape at least in some areas, so that a reaction surface of the base body for generating electrical energy due to an interaction between the first and second electrode material is at least larger than at least one cut side surface of the base body. The aforementioned advantages apply in the same way as far as transferable for the object presented.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass eine Batteriezelle bereitgestellt wird. Diese Batteriezelle umfasst dabei mindestens einen Elektronenverbund, welcher nach dem Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 11 hergestellt ist. Die zuvor genannten Vorteile gelten in gleicher Weise soweit übertragbar für den vorgestellten Gegenstand.In a further preferred embodiment of the invention, a battery cell is provided. This battery cell comprises at least one electron composite, which is produced by the method according to claims 1 to 11. The aforementioned advantages apply in the same way as far as transferable for the object presented.

In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Fahrzeug bereitgestellt wird, welches mindestens eine Batteriezelle gemäß Anspruch 14 umfasst. Die zuvor genannten Vorteile gelten in gleicher Weise soweit übertragbar für den vorgestellten Gegenstand.In a further preferred embodiment of the invention it is provided that a vehicle is provided which comprises at least one battery cell according to claim 14. The aforementioned advantages apply in the same way as far as transferable for the object presented.

Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.Further preferred embodiments of the invention result from the other features mentioned in the subclaims.

Es ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Separatormaterial vor dem Beschichten des Grundkörpers flüssig und/oder gasförmig und/oder plasmaförmig bereitgestellt wird. Auf diese Weise können insbesondere die hochporösen Bereiche des Grundkörpers komfortabel und kostengünstig beschichtet werden, da die vorgesehenen Aggregatzustände des zu beschichtenden Materials sich auf eine unmittelbare und einfache Weise verarbeiten lassen. Beispielsweise kann der Grundkörper mit einer Separatorflüssigkeit beschichtet werden, welche in Bezug auf ihre Funktion der einer herkömmlichen Separatorfolie ähnelt. Die Bereitstellung einer Flüssigkeit für die Verwendung von mehreren Verfahrensschritten für aufeinander zu produzierende Einheiten kann generell als kostengünstig angesehen werden. Anstelle von einzelnen zu handhabenden Folien oder dergleichen kann eine entsprechende Menge an Separatorflüssigkeit bereitgestellt werden, sodass jeweils ein einfacher Beschichtungsschritt ermöglicht wird.It is provided in a further preferred embodiment of the invention that the separator material is provided in liquid and / or gaseous and / or plasma form before the base body is coated. In this way, in particular, the highly porous areas of the base body can be coated conveniently and inexpensively, since the intended physical states of the material to be coated can be processed in an immediate and simple manner. For example, the base body can be coated with a separator liquid, the function of which is similar to that of a conventional separator film. The provision of a liquid for the use of several process steps for units to be produced on one another can generally be regarded as inexpensive. Instead of individual foils or the like to be handled, a corresponding amount of separator liquid can be provided, so that a simple coating step is made possible in each case.

Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das zweite Elektrodenmaterial vor dem Beschichten des Grundkörpers flüssig und/oder gasförmig und/oder plasmaförmig bereitgestellt wird. Auf diese Weise können insbesondere die hochporösen Bereiche des Grundkörpers komfortabel und kostengünstig beschichtet werden, da die vorgesehenen Aggregatzustände des zu beschichtenden Materials sich auf eine unmittelbare und einfache Weise verarbeiten lassen.It is also provided in a further preferred embodiment of the invention that the second electrode material is provided in liquid and / or gaseous and / or plasma form before coating the base body. In this way, in particular, the highly porous areas of the base body can be coated conveniently and inexpensively, since the intended physical states of the material to be coated can be processed in an immediate and simple manner.

Ferner ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Isolationsmaterial vor dem Beschichten des Grundkörpers flüssig und/oder gasförmig und/oder plasmaförmig bereitgestellt wird. Auf diese Weise können insbesondere die hochporösen Bereiche des Grundkörpers komfortabel und kostengünstig beschichtet werden, da die vorgesehenen Aggregatzustände des zu beschichtenden Materials sich auf eine unmittelbare und einfache Weise verarbeiten lassen.Furthermore, it is provided in a further preferred embodiment of the invention that the insulation material is provided in liquid and / or gaseous and / or plasma form before coating the base body. In this way, in particular, the highly porous areas of the base body can be coated conveniently and inexpensively, since the intended physical states of the material to be coated can be processed in an immediate and simple manner.

Es ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Separatormaterial, das zweite Elektrodenmaterial und das Isolationsmaterial jeweils separat in zumindest einer jeweiligen Prozesskammer vorgehalten werden, wobei der Grundkörper jeweils zumindest bereichsweise in die jeweilige Prozesskammer bewegt wird, sodass die jeweilige Beschichtung in der jeweiligen Prozesskammer vollzogen wird. Das zu beschichtende Material kann somit in den jeweiligen Prozesskammern vorgehalten beziehungsweise bereitgestellt werden, sodass im Zuge des vorgestellten Verfahrens mehrere zu beschichtende Grundkörper in rascher Abfolge beschichtet werden können. Somit ist ein besonders kostengünstiges Verfahren möglich.In a further preferred embodiment of the invention, it is provided that the separator material, the second electrode material and the insulation material are each stored separately in at least one respective process chamber, the base body being moved into the respective process chamber at least in regions, so that the respective coating in the respective process chamber is performed. The material to be coated can thus be held or provided in the respective process chambers, so that several basic bodies to be coated can be coated in rapid succession in the course of the method presented. A particularly cost-effective method is thus possible.

Zudem ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Grundkörper zumindest einen Bereich aufweist, welcher nach dem Beschichten mit Separatormaterial keine Beschichtung mit dem Separatormaterial aufweist, sodass dieser Bereich nur das erste Elektrodenmaterial aufweist und als ein erster Kontaktbereich bereitgestellt wird. Auf diese Weise kann in nur einem Verfahrensschritt auf einfache Weise ein weiteres Attribut in dem zu fertigenden Elektrodenverbund erstellt werden, ohne dass es weiterer Anstrengungen und Kosten bedarf. Ein kostengünstiges Verfahren ist somit noch besser möglich, sodass eine kostengünstige Fertigung des vorgesehenen Produkts möglich ist.In addition, it is provided in a further preferred embodiment of the invention that the base body has at least one area which after coating with separator material has no coating with the separator material, so that this area has only the first electrode material and is provided as a first contact area. In this way, a further attribute can be created in a simple manner in the electrode assembly to be produced in only one process step, without requiring further efforts and costs. A cost-effective method is therefore even better, so that the intended product can be manufactured cost-effectively.

Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass der Grundkörper zumindest einen Bereich aufweist, welcher nach dem Beschichten mit dem zweiten Elektrodenmaterial keine Beschichtung mit dem zweiten Elektrodenmaterial aufweist, wobei dieser Bereich zwischen dem ersten Kontaktbereich und einem Bereich mit zweitem Elektrodenmaterial vorgesehen wird, sodass zumindest bereichsweise der Bereich mit zweitem Elektrodenmaterial als ein zweiter Kontaktbereich bereitgestellt wird. Somit kann auch in diesem Verfahrensschritt ein weiteres Attribut des zu fertigenden Elektrodenverbunds vorgesehen werden, ohne dass ein zusätzlicher Aufwand beziehungsweise zusätzliche Kosten für einen weiteren Herstellungsschritt für dieses Attribut nötig sind. Lediglich eine benutzerdefinierte Positionierung des Grundkörpers relativ zu der Prozesskammer und somit auch zum Inhalt in Form eines jeweiligen Materials innerhalb der Prozesskammer ist ausreichend, sodass der zweite Kontaktbereich entsprechend erstellt werden kann.It is also provided in a further preferred embodiment of the invention that the base body has at least one region which, after being coated with the second electrode material, has no coating with the second electrode material, this region being provided between the first contact region and a region with a second electrode material , so that at least in some areas the area with second electrode material is provided as a second contact area. This means that another can also be used in this process step Attribute of the electrode assembly to be produced can be provided without additional effort or additional costs for a further manufacturing step for this attribute being necessary. Merely a user-defined positioning of the base body relative to the process chamber and thus also to the content in the form of a respective material within the process chamber is sufficient, so that the second contact area can be created accordingly.

Ferner ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass nach dem Beschichten des Grundkörpers zumindest bereichsweise mit einem Isolationsmaterial der Grundkörper zumindest bereichsweise mit einem Konturelement umgeben wird. Das Isolationsmaterial isoliert den Elektrodenverbund nach außen, sodass eine äußere Hülle oder ein eventuelles Konturelement zum Schutz vor äußeren Einflüssen für den Elektrodenverbund nur optional vorgesehen werden müsste. Beispielsweise kann ein Eintauchen in das Isolationsmaterial schnell und effizient durchgeführt werden, sodass der bereits beschichtete Grundkörper ausreichend mit Isolationsmaterial an den gewünschten Stellen umhüllt wird. Ein kostengünstiges Verfahren ist somit sehr gut zu realisieren.Furthermore, in a further preferred embodiment of the invention it is provided that after coating the base body, at least in some areas with an insulation material, the base body is at least partially surrounded with a contour element. The insulation material isolates the electrode assembly from the outside, so that an outer shell or a possible contour element for protection against external influences would only have to be optionally provided for the electrode assembly. For example, immersion in the insulation material can be carried out quickly and efficiently, so that the base body that has already been coated is adequately covered with insulation material at the desired locations. An inexpensive process is therefore very easy to implement.

Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Beschichten mit dem zweiten Elektrodenmaterial mittels Infiltrieren und/oder mittels Aufdampfen vollzogen wird. Die zuvor genannten Vorteile lassen sich somit noch besser erreichen.It is also provided in a further preferred embodiment of the invention that the coating with the second electrode material is carried out by means of infiltration and / or by means of vapor deposition. The advantages mentioned above can thus be achieved even better.

Zudem ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Herstellung des Elektrodenverbunds die Verwendung von Vakuumkammern und/oder Zentrifugenvorrichtungen und/oder Trocknungsanlagen umfasst, sodass jeweils bezogen auf die jeweiligen Beschichtungen eine benutzerdefinierte Schichtstärke und/oder eine benutzerdefinierte Konsistenz und/oder ein benutzerdefinierter Materialzustand erlangt wird. Über die jeweils benutzerdefinierten Einstellungen der jeweiligen zusätzlichen Vorrichtung beziehungsweise Anlage lassen sich verschiedenste Produkte mittels des vorgestellten Verfahrens erreichen. Ein solches Verfahren bedingt keine größeren Umrüstungen von Produktionsanlagen, wenn eine Produktvariante gemäß Anwenderspezifikation gefertigt werden soll. Insofern ermöglicht diese Erweiterung des Verfahrens eine noch kostengünstigere Herstellung von Elektrodenverbunden mit spezifischen Eigenschaften beziehungsweise Attributen.In addition, it is provided in a further preferred embodiment of the invention that the production of the electrode assembly comprises the use of vacuum chambers and / or centrifuge devices and / or drying systems, so that in each case a user-defined layer thickness and / or a user-defined consistency and / or a based on the respective coatings custom material condition is obtained. A wide variety of products can be achieved by means of the method presented via the user-defined settings of the respective additional device or system. Such a procedure does not require major retrofitting of production plants if a product variant is to be manufactured according to the user specification. In this respect, this extension of the method enables an even more cost-effective production of electrode assemblies with specific properties or attributes.

Auch ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Verwendung von Vakuumkammern und/oder Zentrifugenvorrichtungen und/oder Trocknungsanlagen nach jedem Beschichtungsschritt oder zumindest nach einem Beschichtungsschritt eingesetzt wird. Die zuvor genannten Vorteile lassen sich somit noch gezielter und kostengünstiger erreichen.It is also provided in a further preferred embodiment of the invention that the use of vacuum chambers and / or centrifuge devices and / or drying systems is used after each coating step or at least after one coating step. The advantages mentioned above can thus be achieved in a more targeted and cost-effective manner.

Schlussendlich ist in einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die bereichsweise vorgesehenen Schichten aus Separatormaterial und zweitem Elektrodenmaterial derart vorgesehen sind, dass der Elektrodenverbund einen ersten Kontaktbereich und einen zweiten Kontaktbereich aufweist, wobei der erste Kontaktbereich das erste Elektrodenmaterial und der zweite Kontaktbereich das zweite Elektrodenmaterial aufweist. Eine verbesserte Kostenstruktur bei der Herstellung und eine verbesserte und anwenderfreundliche Performance während der Nutzung lässt sich somit noch besser erreichen. Während der jeweiligen Beschichtung kann somit durch einfaches Weglassen in einem jeweiligen Bereich eine weitere Funktion bereitgestellt werden, ohne dass ein zusätzlicher Prozessschritt beziehungsweise Verfahrensschritt bei der Herstellung eines solchen Produkts nötig wäre. Gleichermaßen ist somit das fertige Produkt entsprechend günstig hergestellt. Eine anwenderfreundliche Performance resultiert aus einem unmittelbarem Kontakt mit dem Elektrodenverbund an sich, sodass hier beispielsweise keine zusätzlichen speziellen Verbindungselemente während der Nutzung vorgesehen werden müssen.Finally, it is provided in a further preferred embodiment of the invention that the layers of separator material and second electrode material are provided in such a way that the electrode assembly has a first contact area and a second contact area, the first contact area the first electrode material and the second contact area the second Has electrode material. An improved cost structure in production and an improved and user-friendly performance during use can thus be achieved even better. A further function can thus be provided in the respective coating during the respective coating, without an additional process step or procedural step being necessary in the production of such a product. At the same time, the finished product is manufactured accordingly cheaply. A user-friendly performance results from direct contact with the electrode assembly itself, so that, for example, no additional special connecting elements have to be provided here during use.

Das vorgestellte Verfahren und die mit diesem Verfahren im Zusammenhang stehenden Produkte können beispielsweise für alle E-Fahrzeuge eingesetzt beziehungsweise verwendet werden. Auch ein Übertrag auf jegliche stationäre Energiespeicher ist denkbar.The method presented and the products associated with this method can be used or used for all electric vehicles, for example. A transfer to any stationary energy storage is also conceivable.

Die verschiedenen, in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.The various embodiments of the invention mentioned in this application can be advantageously combined with one another, unless otherwise stated in the individual case.

Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

  • 1 ein Prozessablaufdiagramm eines Verfahrens zur Herstellung eines Elektrodenverbunds für eine Batteriezelle;
  • 2 schematische Darstellungen von einzelnen Schritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Elektrodenverbunds für eine Batteriezelle;
  • 3 eine schematische Darstellung eines Elektrodenverbunds für eine Batteriezelle;
  • 4 eine schematische Darstellung einer Batteriezelle;
  • 5 eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs mit einer Batteriezelle.
The invention is explained below in exemplary embodiments with reference to the accompanying drawings. Show it:
  • 1 a process flow diagram of a method for producing an electrode assembly for a battery cell;
  • 2nd schematic representations of individual steps of a method for producing an electrode assembly for a battery cell;
  • 3rd a schematic representation of an electrode assembly for a battery cell;
  • 4th a schematic representation of a battery cell;
  • 5 is a schematic representation of a vehicle with a battery cell.

1 zeigt ein Prozessablaufdiagramm 10 eines Verfahrens zur Herstellung eines Elektrodenverbunds 100 für eine Batteriezelle 110. Im ersten Schritt 12 wird ein Grundkörper aus einem ersten Elektrodenmaterial 24, welcher bereichsweise eine hochporöse Form aufweist, bereitgestellt. Im zweiten Schritt 14 wird der Grundkörper 20 mit einem Separatormaterial 30 beschichtet. Im dritten Schritt 16 wird der Grundkörper 20 mit einem zweiten Elektrodenmaterial 38 beschichtet. Dabei ist das zweite Elektrodenmaterial 38 dort auf dem Grundkörper 20 vorgesehen, wo zuvor das Separatormaterial 30 bereits aufgetragen worden ist. Im vierten Schritt 18 wird der Grundkörper 20 mit einem Isolationsmaterial 46 beschichtet. Dabei ist das Isolationsmaterial 46 dort auf dem Grundkörper 20 vorgesehen, wo zuvor das Separatormaterial 30 und das zweite Elektrodenmaterial 38 aufgetragen worden ist. Dieses Prozessablaufdiagramm 10 zeigt nur ein mögliches Ausführungsbeispiel und es können optional zusätzliche Schritte in nicht näher dargestellter Weise im Sinne des vorgestellten Verfahrens vorgesehen sein. 1 shows a process flow diagram 10th of a method for producing an electrode assembly 100 for a battery cell 110 . In the first step 12 becomes a base body made of a first electrode material 24th , which has a highly porous shape in some areas. At the second step 14 becomes the main body 20th with a separator material 30th coated. In the third step 16 becomes the main body 20th with a second electrode material 38 coated. The second electrode material 38 there on the main body 20th provided where previously the separator material 30th has already been applied. In the fourth step 18th becomes the main body 20th with an insulation material 46 coated. Here is the insulation material 46 there on the main body 20th provided where previously the separator material 30th and the second electrode material 38 has been applied. This process flow diagram 10th shows only one possible embodiment and additional steps can be optionally provided in a manner not shown in the sense of the presented method.

2 zeigt schematische Darstellungen von einzelnen Schritten eines Verfahrens zur Herstellung eines Elektrodenverbunds 100 für eine Batteriezelle 110. Bezogen auf die Bildebene ist links eine schematische Darstellung eines Grundkörpers 20 zu erkennen, wobei dieser Grundkörper 20 einen hochporösen Bereich 22 aufweist. Dieser Grundkörper 20 mit dem hochporösen Bereich 22 ist dabei aus einem ersten Elektrodenmaterial 24 hergestellt und der hochporöse Bereich 22 kann auch als hochporöse Sinterstruktur bezeichnet werden. 2nd shows schematic representations of individual steps of a method for producing an electrode assembly 100 for a battery cell 110 . Relative to the image plane, there is a schematic representation of a basic body on the left 20th to recognize, this basic body 20th a highly porous area 22 having. This basic body 20th with the highly porous area 22 is made of a first electrode material 24th manufactured and the highly porous area 22 can also be called a highly porous sintered structure.

Unterhalb des Grundkörpers 20 ist eine schematische Darstellung einer ersten Prozesskammer 26 zu erkennen. Diese erste Prozesskammer 26 ist dabei im Wesentlichen rechteckig dargestellt, kann aber in nicht dargestellter Weise jegliche andere Geometrie und Abmessungen aufweisen. Insbesondere die Wandungen 28 können bezogen auf die Ausmaße der ersten Prozesskammer 26 jegliche andere praktikable Dicke aufweisen. In der ersten Prozesskammer 26 ist ein Separatormaterial 30 vorgesehen, welches beispielsweise einen flüssigen Aggregatzustand aufweisen kann. Auch könnte das Separatormaterial 30 beispielsweise in gasförmiger Form oder in Form von Plasma vorgesehen sein.Below the main body 20th is a schematic representation of a first process chamber 26 to recognize. This first process chamber 26 is shown essentially rectangular, but can have any other geometry and dimensions in a manner not shown. Especially the walls 28 can based on the dimensions of the first process chamber 26 have any other practical thickness. In the first process chamber 26 is a separator material 30th provided, which may have a liquid physical state, for example. The separator material could also 30th for example in gaseous form or in the form of plasma.

In der gezeigten Darstellung wird der Grundkörper 20 zumindest teilweise und insbesondere mit dem hochporösen Bereich 22 in die erste Prozesskammer 26 eingetaucht beziehungsweise allgemein bewegt, sodass der Grundkörper 20 in den Bereichen, welche in die erste Prozesskammer 26 gehalten werden, mit dem Separatormaterial 30 beschichtet wird. Mit anderen Worten wird das erste Elektrodenmaterial 24 mit Separatormaterial 30 beschichtet, indem der Grundkörper 20 entsprechend mit dem Separatormaterial 30 in Kontakt gebracht wird. Das Separatormaterial 30 kann dabei beispielsweise in flüssiger Form vorgesehen sein und kann in diesem Aggregatzustand auch als Separatorflüssigkeit bezeichnet werden. Diese Separatorflüssigkeit ähnelt in Bezug auf ihre Funktion der einer herkömmlichen Separatorfolie, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist. Der Grundkörper 20 weist bei diesem Vorgang zumindest einen Bereich 32 auf, welcher nicht in die erste Prozesskammer 26 eingeführt wird, sodass dieser Bereich 32 keine Beschichtung mit Separatormaterial 30 aufweist.The basic body is shown in the illustration 20th at least partially and especially with the highly porous area 22 into the first process chamber 26 submerged or generally moved so that the main body 20th in the areas that are in the first process chamber 26 are kept with the separator material 30th is coated. In other words, the first electrode material 24th with separator material 30th coated by the main body 20th accordingly with the separator material 30th is brought into contact. The separator material 30th can be provided in liquid form, for example, and in this state of matter can also be referred to as separator liquid. The function of this separator liquid is similar to that of a conventional separator film, as is known from the prior art. The basic body 20th has at least one area in this process 32 on which is not in the first process chamber 26 is introduced so this area 32 no coating with separator material 30th having.

In der zweiten Abbildung von links (bezogen auf die Bildebene) ist wiederum der Grundkörper 20 mit dem hochporösen Bereich 22 zu erkennen, wobei jetzt der Grundkörper 20 bereits größtenteils mit Separatormaterial 30 beschichtet ist. Eine Ausnahme bildet der Bereich 32, welcher nicht mit dem Separatormaterial 30 in Kontakt gebracht wurde und somit lediglich das erste Elektrodenmaterial 24 aufweist. Unterhalb des Grundkörpers 20 ist eine schematische Darstellung einer zweiten Prozesskammer 34 zu erkennen. Diese zweite Prozesskammer 34 ist dabei im Wesentlichen rechteckig dargestellt, kann aber in nicht dargestellter Weise jegliche andere Geometrie und Abmessungen aufweisen. Insbesondere die Wandungen 36 können bezogen auf die Ausmaße der zweiten Prozesskammer 34 jegliche andere praktikable Dicke aufweisen. In der zweiten Prozesskammer 34 ist ein zweites Elektrodenmaterial 38 vorgesehen, welches beispielsweise einen flüssigen Aggregatzustand aufweisen kann. Auch könnte das zweite Elektrodenmaterial 38 beispielsweise in gasförmiger Form oder in Form von Plasma vorgesehen sein. In der gezeigten Darstellung wird der Grundkörper 20, welcher bereits teilweise mit Separatormaterial 30 beschichtet ist, zumindest teilweise und insbesondere mit dem hochporösen Bereich 22 in die zweite Prozesskammer 34 eingetaucht beziehungsweise allgemein bewegt, sodass der Grundkörper 20 in den Bereichen, welche in die zweite Prozesskammer 34 gehalten werden, mit dem zweiten Elektrodenmaterial 38 beschichtet wird. Mit anderen Worten wird das Separatormaterial 30, welches das erste Elektrodenmaterial 24 beschichtet, nunmehr auch mit dem zweiten Elektrodenmaterial 38 beschichtet, indem der Grundkörper 20 entsprechend mit dem zweiten Elektrodenmaterial 38 in Kontakt gebracht wird. In the second illustration from the left (based on the image plane) is the basic body 20th with the highly porous area 22 recognizable, now the main body 20th already mostly with separator material 30th is coated. The area is an exception 32 which is not compatible with the separator material 30th was brought into contact and thus only the first electrode material 24th having. Below the main body 20th is a schematic representation of a second process chamber 34 to recognize. This second process chamber 34 is shown essentially rectangular, but can have any other geometry and dimensions in a manner not shown. Especially the walls 36 can based on the dimensions of the second process chamber 34 have any other practical thickness. In the second process chamber 34 is a second electrode material 38 provided, which may have a liquid physical state, for example. The second electrode material could also 38 for example in gaseous form or in the form of plasma. The basic body is shown in the illustration 20th , which already partially with separator material 30th is coated, at least partially and in particular with the highly porous area 22 into the second process chamber 34 submerged or generally moved so that the main body 20th in the areas leading into the second process chamber 34 are held with the second electrode material 38 is coated. In other words, the separator material 30th which is the first electrode material 24th coated, now also with the second electrode material 38 coated by the main body 20th accordingly with the second electrode material 38 is brought into contact.

Lediglich der Bereich 32 und ein weiterer Abschnittsbereich 40 werden nicht in die zweite Prozesskammer 34 bewegt, sodass dieser Bereich 32 und der Abschnittsbereich 40 nicht in Kontakt mit dem zweiten Elektrodenmaterial 38 gebracht werden. Der Abschnittsbereich 40 des Grundkörpers 20 weist somit nur das mit Separatormaterial 30 beschichtete erste Elektrodenmaterial 24 auf und der Bereich 32 des Grundkörpers 20 lediglich das erste Elektrodenmaterial 24.Only the area 32 and another section area 40 are not in the second process chamber 34 moved so that area 32 and the section area 40 not in contact with the second electrode material 38 to be brought. The section area 40 of the basic body 20th thus only shows that with separator material 30th coated first electrode material 24th on and the area 32 of the basic body 20th only the first electrode material 24th .

In der dritten Abbildung von links (bezogen auf die Bildebene) ist wiederum der Grundkörper 20 mit dem hochporösen Bereich 22 zu erkennen, wobei jetzt der Grundkörper 20 bereits größtenteils mit Separatormaterial 30 und mit dem zweiten Elektrodenmaterial 38 beschichtet ist. Eine Ausnahme bildet der Bereich 32, welcher nicht mit dem Separatormaterial 30 in Kontakt gebracht wurde und somit lediglich das erste Elektrodenmaterial 24 aufweist. Zudem ist in dem Abschnittsbereich 40 lediglich eine Beschichtung mit dem Separatormaterial 30 auf den Grundkörper 20 aufgetragen, sodass also in dem Abschnittsbereich 40 kein zweites Elektrodenmaterial 38 vorgesehen ist. In the third illustration from the left (based on the image plane) is the basic body 20th with the highly porous area 22 recognizable, now the main body 20th already mostly with separator material 30th and with the second electrode material 38 is coated. The area is an exception 32 which is not compatible with the separator material 30th was brought into contact and thus only the first electrode material 24th having. Also in the section area 40 only a coating with the separator material 30th on the main body 20th applied so that in the section area 40 no second electrode material 38 is provided.

Unterhalb des Grundkörpers 20 ist eine schematische Darstellung einer dritten Prozesskammer 42 zu erkennen. Diese dritte Prozesskammer 42 ist dabei im Wesentlichen rechteckig dargestellt, kann aber in nicht dargestellter Weise jegliche andere Geometrie und Abmessungen aufweisen. Insbesondere die Wandungen 44 können bezogen auf die Ausmaße der dritten Prozesskammer 42 jegliche andere praktikable Dicke aufweisen. In der dritten Prozesskammer 42 ist ein Isolationsmaterial 46 vorgesehen, welches beispielsweise einen flüssigen Aggregatzustand aufweisen kann. Auch könnte das Isolationsmaterial 46 beispielsweise in gasförmiger Form oder in Form von Plasma vorgesehen sein. In der gezeigten Darstellung wird der Grundkörper 20, welcher bereits teilweise mit Separatormaterial 30 und mit dem zweiten Elektrodenmaterial 38 beschichtet ist, zumindest teilweise und insbesondere mit dem hochporösen Bereich 22 in die dritte Prozesskammer 42 eingetaucht beziehungsweise allgemein bewegt, sodass der Grundkörper 20 in den Bereichen, welche in die dritte Prozesskammer 42 gehalten werden, mit dem Isolationsmaterial 46 beschichtet wird. Mit anderen Worten wird das zweite Elektrodenmaterial 38, das das Separatormaterial 30 beschichtet, welches wiederum das erste Elektrodenmaterial 24 beschichtet, nunmehr mit dem Isolationsmaterial 46 beschichtet, indem der Grundkörper 20 entsprechend mit dem Isolationsmaterial 46 in Kontakt gebracht wird. Lediglich der Bereich 32, ein Abschnittsbereich 40 und ein weiterer Abschnittsbereich 48 werden nicht in die dritte Prozesskammer 42 bewegt, sodass dieser Bereich 32, der Abschnittsbereich 40 und der weitere Abschnittsbereich 48 nicht in Kontakt mit dem Isolationsmaterial 46 gebracht werden. Der Bereich 32 des Grundkörpers 20 weist somit nach wie vor lediglich das erste Elektrodenmaterial 24 auf und der Abschnittsbereich 40 des Grundkörpers 20 nur das mit Separatormaterial 30 beschichtete erste Elektrodenmaterial 24, wohingegen der weitere Abschnittsbereich 48 eine Beschichtung mit Separatormaterial 30 und eine darauf applizierte Beschichtung aus zweitem Elektrodenmaterial 38 aufweist.Below the main body 20th is a schematic representation of a third process chamber 42 to recognize. This third process chamber 42 is shown essentially rectangular, but can have any other geometry and dimensions in a manner not shown. Especially the walls 44 can based on the dimensions of the third process chamber 42 have any other practical thickness. In the third process chamber 42 is an insulation material 46 provided, which may have a liquid physical state, for example. The insulation material could also 46 for example in gaseous form or in the form of plasma. The basic body is shown in the illustration 20th , which already partially with separator material 30th and with the second electrode material 38 is coated, at least partially and in particular with the highly porous area 22 into the third process chamber 42 submerged or generally moved so that the main body 20th in the areas that are in the third process chamber 42 be kept with the insulation material 46 is coated. In other words, the second electrode material 38 which is the separator material 30th coated, which in turn is the first electrode material 24th coated, now with the insulation material 46 coated by the main body 20th accordingly with the insulation material 46 is brought into contact. Only the area 32 , a section area 40 and another section area 48 are not in the third process chamber 42 moved so that area 32 , the section area 40 and the further section area 48 not in contact with the insulation material 46 to be brought. The area 32 of the basic body 20th thus still only has the first electrode material 24th on and the section area 40 of the basic body 20th only that with separator material 30th coated first electrode material 24th , whereas the further section area 48 a coating with separator material 30th and a coating of second electrode material applied thereon 38 having.

In der vierten Abbildung von links (bezogen auf die Bildebene) ist wiederum der Grundkörper 20 mit dem hochporösen Bereich 22 zu erkennen, wobei jetzt der Grundkörper 20 bereits größtenteils mit Separatormaterial 30, mit dem zweiten Elektrodenmaterial 38 und mit dem Isolationsmaterial 46 beschichtet ist. Eine Ausnahme bildet der Bereich 32, welcher nicht mit dem Separatormaterial 30 in Kontakt gebracht wurde und somit lediglich das erste Elektrodenmaterial 24 aufweist. Zudem ist in dem Abschnittsbereich 40 lediglich eine Beschichtung mit dem Separatormaterial 30 auf den Grundkörper 20 aufgetragen, sodass also in dem Abschnittsbereich 40 kein zweites Elektrodenmaterial 38 vorgesehen ist. Zudem ist in dem Bereich 32 und dem Abschnittsbereich 40 auch kein Isolationsmaterial 46 vorgesehen, da diese Bestandteile des Grundkörpers 20 nicht in die dritte Prozesskammer 42 eingeführt wurden und somit nicht in Kontakt mit dem Isolationsmaterial 46 gebracht wurden. Auch der weitere Abschnittsbereich 48, welcher zuvor bereits mit dem zweiten Elektrodenmaterial 38 beschichtet wurde, ist nicht mit dem Isolationsmaterial 46 beschichtet worden. Somit ist in dieser vierten Abbildung ein Grundkörper 20 zu erkennen, welcher einen hochporösen Bereich 22 aufweist, der sowohl mit Separatormaterial 30 als auch mit einem zweiten Elektrodenmaterial 38 beschichtet ist. Zudem weist dieser Grundkörper 20 nunmehr einen Bereich 32 auf, welcher als erster Kontaktbereich 50 angesehen werden kann, und einen weiteren Abschnittsbereich 48, welcher als zweiter Kontaktbereich 52 angesehen werden kann.In the fourth illustration from the left (in relation to the image plane) is the basic body 20th with the highly porous area 22 recognizable, now the main body 20th already mostly with separator material 30th , with the second electrode material 38 and with the insulation material 46 is coated. The area is an exception 32 which is not compatible with the separator material 30th was brought into contact and thus only the first electrode material 24th having. Also in the section area 40 only a coating with the separator material 30th on the main body 20th applied so that in the section area 40 no second electrode material 38 is provided. Also in the area 32 and the section area 40 also no insulation material 46 provided as these components of the main body 20th not in the third process chamber 42 were introduced and therefore not in contact with the insulation material 46 brought. The other section area 48 which was previously with the second electrode material 38 has not been coated with the insulation material 46 been coated. So in this fourth illustration there is a basic body 20th to recognize which is a highly porous area 22 has, both with separator material 30th as well as with a second electrode material 38 is coated. In addition, this base body 20th now an area 32 on which is the first contact area 50 can be viewed, and another section area 48 , which is the second contact area 52 can be viewed.

In dieser vierten Abbildung ist zusätzlich noch schematisch ein Konturelement 54 dargestellt. Dieses Konturelement 54 ist im Wesentlichen rechteckig dargestellt und umgibt im Wesentlichen den hochporösen Bereich 22 des beschichteten Grundkörpers 20. Der Bereich 32, der Abschnittsbereich 40 und der weitere Abschnittsbereich 48 ragen dabei aus dem Konturelement 54 hervor und sind somit nicht in einem Innenbereich 56 des Konturelements 54 vorgesehen. Das Konturelement 54 kann dabei als optional angeordnet angesehen werden. Auch ohne das Konturelement 54 stellt der Grundkörper 20 in der vierten Abbildung den zu erstellenden Elektrodenverbund 100 dar.In this fourth illustration there is also a contour element schematically 54 shown. This contour element 54 is shown essentially rectangular and essentially surrounds the highly porous area 22 of the coated base body 20th . The area 32 , the section area 40 and the further section area 48 protrude from the contour element 54 and are therefore not in an indoor area 56 of the contour element 54 intended. The contour element 54 can be viewed as optionally arranged. Even without the contour element 54 represents the basic body 20th in the fourth picture the electrode assembly to be created 100 represents.

Bei den zuvor näher beschriebenen Abbildungen von der 2 handelt es sich um schematische Schnittdarstellungen. Die gezeigten Geometrien und Abmessungen sind nur beispielhaft dargestellt und können insbesondere jeweils dreidimensionale Geometrien aufweisen. Die jeweiligen Prozesskammern 26, 34, 42 umfassen einen nicht näher dargestellten Öffnungsbereich, durch welchen der jeweilige Grundkörper 20 in das Innere der jeweiligen Prozesskammer geführt werden kann. Das vorgestellte Verfahren kann zudem automatisiert stattfinden, wobei eine nicht näher dargestellte Prozessvorrichtung den Grundkörper zu der jeweiligen Prozesskammer transportieren und dort einführen kann. Der nicht näher dargestellte Öffnungsbereich kann zumindest bereichsweise einen Verschließmechanismus und ein Verschlusselement aufweisen, sodass ein jeweiliger Beschichtungsschritt in Abhängigkeit des Aggregatzustands des jeweiligen Mediums zuverlässig vollzogen werden kann. Beispielsweise könnte das zweite Elektrodenmaterial 38 in der zweiten Prozesskammer 34 in diesem Beschichtungsschritt infiltriert oder aufgedampft werden.In the pictures of the 2nd are schematic sectional representations. The geometries and dimensions shown are only shown as examples and in particular can each have three-dimensional geometries. The respective process chambers 26 , 34 , 42 comprise an opening area, not shown, through which the respective base body 20th can be led into the interior of the respective process chamber. The method presented can also take place automatically, with a process device not shown in detail can transport the basic body to the respective process chamber and insert it there. The opening area (not shown in detail) can have a closing mechanism and a closing element, at least in some areas, so that a respective coating step can be reliably carried out depending on the physical state of the respective medium. For example, the second electrode material 38 in the second process chamber 34 be infiltrated or evaporated in this coating step.

3 zeigt eine schematische Darstellung eines Elektrodenverbunds 100 für eine Batteriezelle. Dieser Elektrodenverbund umfasst einen Grundkörper 20, welcher wie in 2 beschrieben verschiedene Beschichtungen aufweist. Der Grundkörper 20 wiederum umfasst einen hochporösen Bereich 22. Der hochporöse Bereich 22 ist schematisch mittels von neun kreisförmigen Elementen 58 dargestellt. Diese kreisförmigen Elemente 58 berühren sich dabei derart und stehen somit in Verbindung miteinander, sodass in dem hochporösen Bereich 22 Hohlräume 60 vorgesehen sind. Mit anderen Worten ist der hochporöse Bereich 22 ähnlich eines schwammförmigen Körpers aufgebaut, sodass eine nach außen hin gerichtete Oberfläche größer ist als die gezeigte Schnittseitenfläche des Elektrodenverbunds 100. Dabei ist zu beachten, dass es sich bei der 3 lediglich um eine schematische Darstellung mit nicht maßstabgetreuen Abmaßen handelt und lediglich eine Schnittansicht eines im Wesentlichen dreidimensionalen Gegenstands gezeigt wird. 3rd shows a schematic representation of an electrode assembly 100 for a battery cell. This electrode assembly comprises a base body 20th which like in 2nd described various coatings. The basic body 20th in turn encompasses a highly porous area 22 . The highly porous area 22 is schematically by means of nine circular elements 58 shown. These circular elements 58 touch each other in this way and are thus connected to each other, so that in the highly porous area 22 Cavities 60 are provided. In other words, the highly porous area 22 similar to a sponge-shaped body, so that an outward surface is larger than the sectional side surface of the electrode assembly shown 100 . It should be noted that the 3rd is only a schematic representation with dimensions that are not to scale and only a sectional view of an essentially three-dimensional object is shown.

Zudem weist der Elektrodenverbund 100 einen Bereich 32, einen Abschnittsbereich 40 und einen weiteren Abschnittsbereich 48 auf, wobei der Abschnittsbereich 40 als ein erster Kontaktbereich 50 angesehen werden kann, und der weitere Abschnittsbereich 48 als zweiter Kontaktbereich 52 angesehen werden kann.In addition, the electrode assembly shows 100 an area 32 , a section area 40 and another section area 48 on, the section area 40 as a first contact area 50 can be viewed, and the further section 48 as a second contact area 52 can be viewed.

4 zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle 110. Diese Batteriezelle 110 umfasst dabei im nicht näher dargestellten Innenbereich zumindest einen Elektrodenverbund 100 gemäß beispielsweise der vorgestellten Ausführungsform von 3. 4th shows a schematic representation of a battery cell 110 . This battery cell 110 includes at least one composite electrode in the inner region, not shown 100 according to, for example, the presented embodiment of 3rd .

5 zeigt eine schematische Darstellung eines Fahrzeugs 120 mit einer Batteriezelle 110. 5 shows a schematic representation of a vehicle 120 with a battery cell 110 .

Das Fahrzeug 120 kann beispielsweise ein E-Fahrzeug sein und die Batteriezelle 110 kann beispielsweise einen nicht näher dargestellten Elektrodenverbund 100 umfassen.The vehicle 120 can be, for example, an electric vehicle and the battery cell 110 can, for example, an electrode assembly, not shown 100 include.

BezugszeichenlisteReference symbol list

1010th
ProzessablaufdiagrammProcess flow diagram
1212
erster Schrittfirst step
1414
zweiter Schrittsecond step
1616
dritter SchrittThird step
1818th
vierter Schrittfourth step
2020th
GrundkörperBasic body
2222
hochporöser Bereichhighly porous area
2424th
erstes Elektrodenmaterialfirst electrode material
2626
erste Prozesskammerfirst process chamber
2828
WandungWall
3030th
SeparatormaterialSeparator material
3232
BereichArea
3434
zweite Prozesskammersecond process chamber
3636
WandungWall
3838
zweites Elektrodenmaterialsecond electrode material
4040
AbschnittsbereichSection area
4242
dritte Prozesskammerthird process chamber
4444
WandungWall
4646
IsolationsmaterialInsulation material
4848
weiterer Abschnittsbereichfurther section area
5050
erster Kontaktbereichfirst contact area
5252
zweiter Kontaktbereichsecond contact area
5454
KonturelementContour element
5656
InnenbereichIndoor area
5858
kreisförmige Elementcircular element
6060
HohlräumeCavities
100100
ElektrodenverbundElectrode assembly
110110
BatteriezelleBattery cell
120120
Fahrzeugvehicle

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited

  • DE 102015218533 A1 [0006]DE 102015218533 A1 [0006]
  • DE 102016214239 A1 [0007]DE 102016214239 A1 [0007]
  • WO 2016/026782 A1 [0008]WO 2016/026782 A1 [0008]

Claims (15)

Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenverbunds (100) für eine Batteriezelle (110) umfassend die folgenden Schritte: • Bereitstellen eines Grundkörpers (20) aus einem ersten Elektrodenmaterial (24); • Beschichten des Grundkörpers (20) zumindest bereichsweise mit einem Separatormaterial (30); • Beschichten des Grundkörpers (20) zumindest bereichsweise mit einem zweiten Elektrodenmaterial (38) auf Bereiche mit beschichtetem Separatormaterial (30); • Beschichten des Grundkörpers (20) zumindest bereichsweise mit einem Isolationsmaterial (46) auf Bereiche mit beschichtetem Separatormaterial (30) und beschichtetem zweitem Elektrodenmaterial (38), dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (20) zumindest bereichsweise in einer porösen Form bereitgestellt wird, sodass eine Reaktionsfläche des Grundkörpers (20) zur Erzeugung von elektrischer Energie aufgrund einer Wechselwirkung zwischen erstem und zweiten Elektrodenmaterial (24, 38) mindestens größer ist als mindestens eine Schnittseitenfläche des Grundkörpers (20).Method for producing an electrode assembly (100) for a battery cell (110), comprising the following steps: • providing a base body (20) made of a first electrode material (24); • coating the base body (20) at least in regions with a separator material (30); • coating the base body (20) at least in regions with a second electrode material (38) on regions with coated separator material (30); • Coating the base body (20) at least in regions with an insulation material (46) on regions with coated separator material (30) and coated second electrode material (38), characterized in that the base body (20) is provided at least in regions in a porous form, so that a reaction area of the base body (20) for generating electrical energy due to an interaction between the first and second electrode material (24, 38) is at least larger than at least one cut side surface of the base body (20). Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Separatormaterial (30) vor dem Beschichten des Grundkörpers (20) flüssig und/oder gasförmig und/oder plasmaförmig bereitgestellt wird.Procedure according to Claim 1 wherein the separator material (30) is provided in liquid and / or gaseous and / or plasma form before coating the base body (20). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das zweite Elektrodenmaterial (38) vor dem Beschichten des Grundkörpers (20) flüssig und/oder gasförmig und/oder plasmaförmig bereitgestellt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the second electrode material (38) is provided in liquid and / or gaseous and / or plasma form before coating the base body (20). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Isolationsmaterial (46) vor dem Beschichten des Grundkörpers (20) flüssig und/oder gasförmig und/oder plasmaförmig bereitgestellt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the insulation material (46) is provided in liquid and / or gaseous and / or plasma form before coating the base body (20). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Separatormaterial (30), das zweite Elektrodenmaterial (38) und das Isolationsmaterial (46) jeweils separat in zumindest einer jeweiligen Prozesskammer (26, 34, 42) vorgehalten werden, wobei der Grundkörper (20) jeweils zumindest bereichsweise in die jeweilige Prozesskammer (26, 34, 42) bewegt wird, sodass die jeweilige Beschichtung in der jeweiligen Prozesskammer (26, 34, 42) vollzogen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the separator material (30), the second electrode material (38) and the insulation material (46) are each stored separately in at least one respective process chamber (26, 34, 42), the base body (20) in each case is moved at least in regions into the respective process chamber (26, 34, 42), so that the respective coating is carried out in the respective process chamber (26, 34, 42). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei der Grundkörper (20) zumindest einen Bereich aufweist, welcher nach dem Beschichten mit Separatormaterial (30) keine Beschichtung mit dem Separatormaterial (30) aufweist, sodass dieser Bereich nur das erste Elektrodenmaterial (24) aufweist und als ein erster Kontaktbereich (50) bereitgestellt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the base body (20) has at least one area which after coating with separator material (30) has no coating with the separator material (30), so that this area has only the first electrode material (24) and as a first contact area (50) is provided. Verfahren nach Anspruch 6, wobei der Grundkörper (20) zumindest einen Bereich aufweist, welcher nach dem Beschichten mit dem zweiten Elektrodenmaterial (38) keine Beschichtung mit dem zweiten Elektrodenmaterial (38) aufweist, wobei dieser Bereich zwischen dem ersten Kontaktbereich (50) und einem Bereich mit zweitem Elektrodenmaterial (38) vorgesehen wird, sodass zumindest bereichsweise der Bereich mit zweitem Elektrodenmaterial (38) als ein zweiter Kontaktbereich (52) bereitgestellt wird.Procedure according to Claim 6 , wherein the base body (20) has at least one area which after coating with the second electrode material (38) has no coating with the second electrode material (38), this area between the first contact area (50) and an area with a second electrode material (38) is provided so that the area with second electrode material (38) is provided as a second contact area (52) at least in certain areas. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei nach dem Beschichten des Grundkörpers (20) zumindest bereichsweise mit einem Isolationsmaterial (46) der Grundkörper (20) zumindest bereichsweise mit einem Konturelement (54) umgeben wird.Method according to one of the preceding claims, wherein after coating the base body (20) at least in regions with an insulation material (46) the base body (20) is at least in regions surrounded by a contour element (54). Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Beschichten mit dem zweiten Elektrodenmaterial (38) mittels Infiltrieren und/oder mittels Aufdampfen vollzogen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the coating with the second electrode material (38) is carried out by means of infiltration and / or by means of vapor deposition. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Herstellung des Elektrodenverbunds (100) die Verwendung von Vakuumkammern und/oder Zentrifugenvorrichtungen und/oder Trocknungsanlagen umfasst, sodass jeweils bezogen auf die jeweiligen Beschichtungen eine benutzerdefinierte Schichtstärke und/oder eine benutzerdefinierte Konsistenz und/oder ein benutzerdefinierter Materialzustand erlangt wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the production of the electrode assembly (100) comprises the use of vacuum chambers and / or centrifuge devices and / or drying systems, so that in each case a user-defined layer thickness and / or a user-defined consistency and / or a user-defined based on the respective coatings Material condition is obtained. Verfahren nach Anspruch 10, wobei die Verwendung von Vakuumkammern und/oder Zentrifugenvorrichtungen und/oder Trocknungsanlagen nach jedem Beschichtungsschritt oder zumindest nach einem Beschichtungsschritt eingesetzt wird.Procedure according to Claim 10 , the use of vacuum chambers and / or centrifuge devices and / or drying systems being used after each coating step or at least after one coating step. Elektrodenverbund (100) für eine Batteriezelle (110) hergestellt nach dem Verfahren gemäß den Ansprüchen 1 bis 11 umfassend einen Grundkörper (20) aus einem ersten Elektrodenmaterial (24), eine zumindest bereichsweise auf den Grundkörper (20) aufgetragenen Schicht aus einem Separatormaterial (30), eine zumindest bereichsweise auf den Grundkörper (20) auf Bereiche mit beschichtetem Separatormaterial (30) aufgetragenen Schicht aus einem zweiten Elektrodenmaterial (38), eine zumindest bereichsweise auf den Grundkörper (20) auf Bereiche mit beschichtetem Separatormaterial (30) und beschichtetem zweitem Elektrodenmaterial (38) aufgetragenen Schicht aus einem Isolationsmaterial (46), dadurch gekennzeichnet, dass der Grundkörper (20) zumindest bereichsweise eine (hoch)poröse Form aufweist, sodass eine Reaktionsfläche des Grundkörpers (20) zur Erzeugung von elektrischer Energie aufgrund einer Wechselwirkung zwischen erstem und zweiten Elektrodenmaterial (24, 38) mindestens größer ist als mindestens eine Schnittseitenfläche des Grundkörpers (20).Electrode assembly (100) for a battery cell (110) manufactured according to the method in accordance with the Claims 1 to 11 Comprising a base body (20) made of a first electrode material (24), a layer of a separator material (30) applied at least in some areas to the base body (20), and a layer at least in some areas applied to the base body (20) on areas with coated separator material (30) Layer of a second electrode material (38), a layer of an insulation material (46) applied at least in regions to the base body (20) on regions with coated separator material (30) and coated second electrode material (38), characterized in that the base body (20 ) has a (highly) porous shape at least in some areas, so that a reaction surface of the base body (20) for generating electrical Energy due to an interaction between the first and second electrode material (24, 38) is at least larger than at least one cut side surface of the base body (20). Elektrodenverbund (100) für eine Batteriezelle (110) nach Anspruch 12, wobei die bereichsweise vorgesehenen Schichten aus Separatormaterial (30) und zweitem Elektrodenmaterial (38) derart vorgesehen sind, dass der Elektrodenverbund (100) einen ersten Kontaktbereich (50) und einen zweiten Kontaktbereich (52) aufweist, wobei der erste Kontaktbereich (50) das erste Elektrodenmaterial (24) und der zweite Kontaktbereich (52) das zweite Elektrodenmaterial (38) aufweist.Electrode assembly (100) for a battery cell (110) Claim 12 The layers of separator material (30) and second electrode material (38) provided in some areas are provided such that the electrode assembly (100) has a first contact area (50) and a second contact area (52), the first contact area (50) being the first electrode material (24) and the second contact region (52) has the second electrode material (38). Batteriezelle (110) umfassend mindestens einen Elektronenverbund (100) hergestellt nach dem Verfahren gemäß Ansprüchen 1 bis 11.Battery cell (110) comprising at least one electron composite (100) manufactured according to the method Claims 1 to 11 . Fahrzeug (120) umfassend mindestens eine Batteriezelle (110) gemäß Anspruch 14.Vehicle (120) comprising at least one battery cell (110) according to Claim 14 .
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