DE102020108778A1 - Lithium-Ionen-Akkumulator und Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Ionen-Akkumulators - Google Patents

Lithium-Ionen-Akkumulator und Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Ionen-Akkumulators Download PDF

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Martin Pulst
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Abstract

Lithium-Ionen-Akkumulator, wobei der Akkumulator in einem Gehäuse angeordnete Elektroden aufweist, wobei es sich bei einer Elektrode um eine Anode und bei einer Elektrode um eine Kathode handelt, wobei die Elektroden jeweils eine streifenförmige, mit einer Elektrodenmasse beschichtete leitfähige Trägerschicht (10, 16) aufweisen. Die Trägerschichten (10, 16) weisen sich abwechselnde verjüngte und verbreiterte Bereiche (20, 22) auf, wobei die Elektroden gefaltet sind, so dass die verbreiterten Bereiche (20) der Elektroden Teil eines Stapels mit einer Mehrzahl Schichten Elektrodenmasse und Kathodenmasse (18) sind und die verjüngten Bereiche (22) der Trägerschicht der Anode (10) elektrische Verbindungen zwischen verbreiterten Bereichen (20) der Anode bilden und die verjüngten Bereiche (22) der der Trägerschicht der Kathode (16) elektrische Verbindungen zwischen verbreiterten Bereichen (20) der Kathode bilden.

Description

  • Die Erfindung betrifft einen Lithium-Ionen-Akkumulator und ein Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Ionen-Akkumulators.
  • Lithium-Ionen-Akkumulatoren sind dem Grunde nach bekannt Derartige Akkumulatoren weisen eine Anode und eine Kathode auf, die jeweils eine Trägerschicht, insbesondere eine metallische Trägerschicht, aufweisen. Die Trägerschichten sind jeweils mit einer Elektrodenmasse beschichtet. Die Trägerschichten dienen dem Transport der elektrischen Ladungen, die Elektrodenmassen beinhalten das Aktivmaterial der jeweiligen Elektrode.
  • Bei den Trägerschichten handelt es sich insbesondere um Metallschichten. Die Trägerschichten können aus Metallfolien hergestellt sein. Dabei handelt es sich bei dem Material der Trägerschichten der Anoden insbesondere um Kupfer und/oder Kupferlegierungen und bei dem Material der Trägerschichten der Kathoden insbesondere um Aluminium und/oder Aluminiumlegierungen.
  • Weiterhin weisen Akkumulatoren der in Rede stehenden Art einen Elektrolyten auf. Der Elektrolyt ermöglicht den Ionentransport zwischen Anode und Kathode. Entsprechend ist der Elektrolyt zwischen Anode und Kathode angeordnet. Der Elektrolyt kann insbesondere in Gestalt einer Flüssigkeit, eines Feststoffs und/oder eines Gels vorliegen. Zur Trennung von Anode und Kathode werden sogenannte Separatoren verwendet, bei denen ein poröses Trägermaterial, beispielsweise Polypropylen, mit dem Elektrolyten getränkt ist.
  • Lithium-Ionen Akkumulatoren sind derzeit in einer Vielzahl unterschiedlicher Formfaktoren erhältlich. Die für einen derartigen Akkumulator gewählte Form und Größe hängt dabei von den Randbedingungen der Anwendungen ab. Es existiert eine Vielzahl von Anwendungen, bei denen vergleichsweise hohe Anforderungen an die Miniaturisierung eines derartigen Akkumulators ausgestellt werden. Beispiele hierfür sind Hörgeräte, kabellose Ohrhörer, Uhren, andere sogenannte Wearables, oder auch andere elektronische Kleinstgeräte.
  • Während bei derartigen Geräten oftmals lediglich begrenzte Speicherkapazitäten benötigt werden, besteht oft auch bei diesen Geräten die Forderung nach einer möglichst kurzen Ladezeit und/oder relativ hohen Strömen beim Entladen der Zelle. Um die kurzen Ladezeiten zu ermöglichen, ist es nach dem Stand der Technik bekannt, das Verhältnis der Oberfläche der Elektroden zu dem Volumen des Akkumulators zu erhöhen. Dies kann beispielsweise dadurch geschehen, dass eine bandförmige Zelle um einen Kern gewickelt oder mehrfach gefaltet wird und/oder eine Mehrzahl parallel geschaltete Zellen übereinandergestapelt werden. Auch sind Mischformen bekannt, bei denen Elemente der Zelle gestapelt und andere, insbesondere der Separator des Akkumulators, gefaltet werden. Diese Techniken finden beispielsweise bei der Herstellung sogenannter Pouch-Zellen Verwendung. Insbesondere die Falttechniken, bei denen eine einzige bandförmige Zelle mit zwei streifenförmigen Elektroden zu einem mehrlagigen Gebilde zusammengefaltet wird, eignen sich grundsätzlich jedoch lediglich für bestimmte, meist zumindest im Wesentlichen quaderförmige, Formfaktoren der so erzeugten Akkumulatoren.
  • Bei einer Vielzahl Anwendung ist es jedoch wünschenswert, einen Lithium-Ionen-Akkumulator zur Verfügung zu stellen, der hinsichtlich seines Formfaktors einer sogenannten „Knopfzelle“ ähnelt bzw. ein mit einer solchen Knopfzelle identischen Formfaktor aufweist.
  • Aus dem Stand der Technik, beispielsweise der DE 20 2017 006 038 U1 , sind daher Lithium-Ionen Akkumulatoren bekannt, bei denen Elektrodenbänder um einen Kern gewickelt sind. Derartige Lithium-Ionen-Akkumulatoren können in der Gestalt von Knopfzellen hergestellt werden. Um jedoch die Elektroden kontaktieren zu können, wird oberhalb und unterhalb der gewickelten Bänder ein bestimmter Teil des Bauraums der Zelle benötigt. Dieser Bauraum reduziert bei konstanter Höhe des Akkumulators die „nutzbare“ Breite der Elektrodenbänder. Je geringer die Höhe des Akkumulators, desto schlechter ist daher die Kapazität, die bei gleichem Volumen des Akkumulators realisiert werden kann. Daher sind insbesondere flache Bauformen von Knopfzellen auf diese Weise nicht sinnvoll realisierbar.
  • Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Lithium-Ionen-Akkumulator sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Ionen-Akkumulators aufzuzeigen, bei dem die vorstehend beschriebenen Nachteile nicht oder zumindest in geringerem Umfang als nach dem Stand der Technik auftreten.
  • Die Aufgabe wird gelöst durch einen Lithium-Ionen-Akkumulator sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Ionen-Akkumulators mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche. Die Merkmale der abhängigen Ansprüche betreffen vorteilhafte Ausführungsformen.
  • Erfindungsgemäß weisen die Trägerschichten der Elektroden jeweils sich abwechselnden verjüngte und verbreiterte Abschnitte auf. Dabei sind die Elektroden gefaltet, so dass die verbreiterten Bereiche der Elektroden Teil eines Stapels mit einer Mehrzahl Schichten Elektrodenmasse sind. Die verjüngten Bereiche der Trägerschichten der Anode bilden elektrische Verbindungen zwischen verbreiterten Bereichen der Anode, die verjüngten Bereiche der Trägerschichten der Kathode bilden elektrische Verbindungen zwischen verbreiterten Bereichen der Kathode.
  • Aufgrund der Faltung liegen die verbreiterten Bereiche der Elektroden in dem Stapel übereinander. Durch die Kontur der verbreiterten Bereiche kann so die Form des Stapels vorgegeben werden. Auf diese Weise lässt sich durch Falten ein Stapel, der Schichten von Elektrodenmasse enthält, mit einer vergleichsweise beliebigen Formgebung erzielen. Weitere Schichten des Stapels werden insbesondere durch einen Separator und/oder die Trägerschichten gebildet. Die verjüngten Bereiche der Trägerschichten der Anode und/oder der Kathode sind im Zusammenhang mit der Faltung insbesondere um, zumindest in etwa, 180°, umgebogen. Die Verjüngung der Bereiche, in denen die Trägerschichten im Rahmen der Faltung umgebogen ist, ermöglicht es, dass diese umgebogenen Bereiche die Kontur des Stapels nur unwesentlich beeinflussen. Auf diese Weise können gefaltete Zellen hergestellt werden, deren Kontur im Wesentlichen von der Kontur der verbreiterten Bereiche der Trägerschichten der Elektroden abhängt.
  • In diesem Zusammenhang ist es vorteilhaft, wenn die verbreiterten Bereiche eine, zumindest im Wesentlichen, kreisrunde Form aufweisen. Infolgedessen nimmt der Stapel, der durch das Falten erzeugt wird, eine, zumindest im Wesentlichen, kreiszylinderförmig Gestalt an. Auf diese Weise lässt sich der Stapel in einer Form gestalten, die, zumindest im Wesentlichen, dem Formfaktor einer Knopfzelle entspricht, bzw. in einem Gehäuse eines Akkumulators mit dem Formfaktor einer Knopfzelle aufgenommen sein kann. Dabei ergibt sich eine gute Ausnutzung des Innenraums des Gehäuses des Akkumulators.
  • Vorzugsweise sind die verbreiterten Abschnitte der Trägerschichten mit Elektrodenmasse beschichtet und die verjüngten Abschnitte der Trägerschichten frei von Elektrodenmasse.
  • Dadurch enthält der Stapel eine Mehrzahl übereinander geschichteter Zellen, deren Anoden durch die verjüngten Bereiche der Trägerschicht der Anoden miteinander verbunden sind und deren Kathoden durch die verjüngten Bereiche der Trägerschicht der Kathoden miteinander verbunden sind.
  • Es entstehen mit anderen Worten in dem Stapel eine Mehrzahl durch gemeinsame Trägerschichten ihrer Elektroden parallel verschalteter Zellen.
  • Die Trägerschichten der Elektroden können einseitig mit Elektrodenmasse beschichtet sein. Eine einseitige Beschichtung der Elektroden ermöglicht einen vergleichsweise einfachen Faltvorgang. Dabei kann die Faltung derart erfolgen, dass benachbarte verbreiterten Bereiche einer jeweiligen Trägerschicht paarweise aneinander anliegen.
  • Es ist ferner, insbesondere für die Kontaktierung der Zelle, vorteilhaft, dass bei der einseitigen Beschichtung die Faltung derart erfolgen kann, dass an einem Ende des Stapels die unbeschichtete Seite der Trägerschicht der Anode und/oder an dem gegenüberliegenden Ende die unbeschichtete Seite der Trägerschicht der Kathode nach außen weist.
  • Vorteilhafterweise können verjüngte Bereiche in der Haupterstreckungsrichtung einer streifenförmigen Trägerschicht eine unterschiedliche Länge aufweisen. Insbesondere kann es sich längere und kürzere verjüngte Bereiche abwechseln. Dadurch kann berücksichtigt werden, dass manche verjüngten Bereiche lediglich unmittelbar aneinander anliegende verbreiterte Bereiche der jeweiligen Trägerschichten miteinander verbinden müssen, während andere verjüngte Bereiche Trägerschichten miteinander verbinden müssen, die durch eine Mehrzahl Schichten des Stapels voneinander getrennt sind. Dies kann insbesondere dann vorteilhaft sein, wenn sich die verjüngten Bereiche Anode und die verjüngten Bereiche der Kathode an den gleichen Winkelpositionen um die Hochachse des Stapels angeordnet sind. Dann können die längeren verjüngten Bereiche der Trägerschichten die kürzeren Bereiche der Trägerschichten beim Verbinden der entsprechenden verbreiterten Bereiche einfacher überspannen. Auch können verbreiterte Bereiche von Bereiche von Anode und Kathode unterschiedlich groß sein. In diesem Fall ist es ebenfalls leichter möglich, die größeren verbreiterten Bereiche im Stapel leichter durch die längeren verjüngten Bereiche zu überspannen.
  • Dadurch kann zum Beispiel gewährleistet sein, dass stets der Kathodenmasse eine Anodenmasse gegenüber steht.
  • Alternativ können die Trägerschichten der Elektroden beidseitig mit Elektrodenmasse beschichtet sein. Dies insbesondere dann vorteilhaft, wenn die Elektroden, insbesondere die Elektrodenmassen, bei der Herstellung der Elektroden verdichtet werden. Die Verdichtung kann dabei insbesondere durch Kalandrieren erfolgen.
  • Insbesondere im Falle beidseitig mit Elektrodenmasse beschichtet der Trägerschichten können die verjüngten Bereiche der Anode und die verjüngten Bereiche der Kathode an unterschiedlichen Winkelpositionen um die Hochachse des Stapels angeordnet sein. Dies ermöglicht es, dass die verjüngten Bereiche der Elektroden jeweils eine Mehrzahl Schichten überspannen können, ohne dass sich die verjüngten Bereiche der Anode und der Kathode beim Herstellen der Faltung gegenseitig behindern. Insbesondere können die verjüngten Bereiche der Anode und der Kathode, zumindest in etwa, um 90° zueinander versetzt um die Hochachse des Stapels angeordnet sein. Dies ermöglicht es, die Faltung quasi „über Kreuz“ herzustellen.
  • Für die Kontaktierung der Zelle ist es vorteilhaft, wenn ein verbreiterter Bereiche der der Trägerschicht der Anode und/oder der Kathode auf einer Seite frei von Elektrodenmasse ist. Dies erlaubt es, bei der Faltung die Anode und die Kathode so anzuordnen, dass an einem Ende des Stapels die unbeschichtete Seite der Trägerschicht der Anode und/oder an dem gegenüberliegenden Ende die unbeschichtete Seite der Trägerschicht der Kathode nach außen weist.
  • Der Akkumulator kann einen Separator aufweisen, der streifenförmig mit sich abwechselnden verbreiterten Bereichen und verjüngten Bereichen gestaltet und gefaltet ist, sodass die verbreiterten Bereiche des Separator Schichten des Stapels bilden. Auf diese Weise lässt sich der Separator in einfacher Weise in die Faltung einbringen. Alternativ kann der Separator auch vor dem Falten auf auf die Elektrodenmasse aufgebracht werden, vorzugweise auf die Anodemasse.
  • Um zu vermeiden, dass dies zum Beispiel zwischen der unbeschichteten Trägerschicht der Kathode und der Anode zu einem Kurzschluss kommt, ist es vorteilhaft, wenn der Separator zwischen den Schichten aus Elektrodenmasse aus dem Stapel heraussteht. Alternativ und/oder Ergänzend ist es vorteilhaft, wenn die Separatoren auf den beiden Seiten der Anode und/oder der Kathode derart verbunden sind, dass sie eine Tasche um die Anode und/oder die Kathode bilden. Dies kann, zum Beispiel im Falle eines Separators aus Polypropylen und/oder Polyethylen, durch thermisches Verschweißen geschehen.
  • Die Elektrodenmasse kann eine Grundmasse und einen Polymer als Binder sowie einen Leitfähigkeitszusatz als wesentliche Bestandteile aufweisen. Die Elektrodenmasse, insbesondere die Grundmasse, weist ein Aktivmaterial als Bestandteil auf. Bei dem Aktivmaterial kann es sich im Fall der Anode insbesondere um Grafit und/oder im Fall der Kathode um Lithium-Nickel-Mangan-Cobaltoxid, Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminiumoxid oder Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) handeln. Auch andere Aktivmaterialien, insbesondere Lithiumverbindungen, sind denkbar. Als Aktivmaterial werden die chemisch aktiven Substanzen in einer Elektrode bezeichnet, die für die Energiespeicherung verantwortlich sind, in dem sie unter Abgabe und/oder Aufnahme elektrischer Ladungsträger chemischen Umwandlungen unterliegen, wenn der Akkumulator geladen und/oder entladen wird.
  • Der Massenanteil des Aktivmaterials an der Grundmasse beträgt bevorzugt wenigstens 88 % und/oder höchstens 97 %.
  • Die Elektrodenmasse, insbesondere die Grundmasse, kann weiterhin ein Additiv zur Verbesserung der elektrischen Leitfähigkeit enthalten. Bei diesem Additiv kann es sich beispielsweise um Kohlenstoff-Nanoröhrchen, Carbon Nanotubes, Graphen, Ruß, expandierten Grafit und/oder Grafit handein. Der Massenanteil des Additivs an der Grundmasse kann wenigstens 1%, und/oder höchstens 5 % betragen.
  • Die Elektrodenmasse, insbesondere die Grundmasse, kann einen Binder enthalten. Bei dem Binder kann es sich um ein Polymer, insbesondere ein Fluorpolymer, handeln. Der Massenanteil des Binders an der Grundmasse kann wenigstens 1%, insbesondere wenigstens 3%, und/oder höchstens 7%, insbesondere höchstens 5%, betragen.
  • Das Verfahren zur Herstellung des Akkumulators kann in vorteilhafter Weise vorsehen, dass bei der Herstellung der Anode und/oder der Kathode zunächst ein Streifen aus mit Elektrodenmasse beschichteter Trägerschicht mit konstanter Breite der Trägerschicht und/oder der Schicht aus Elektrodenmasse hergestellt wird, wobei in einem späteren Verfahrensschritt durch das Entfernen von Bereichen der Trägerschicht und/oder Bereichen der Eektrodenmasse, die verbreiterten und verjüngten Bereiche erzeugt werden. Diese Verfahrensführung ermöglicht eine einfache Herstellung der Kontur der beschichteten Trägerschicht mit verbreiterten und verjüngten Bereichen.
  • Das Verfahren kann in vorteilhafter Weise vorsehen, dass bei der Herstellung der Anode und/oder der Kathode zunächst ein mit Streifen aus durchgehend mit Elektrodenmasse beschichteter Trägerschicht hergestellt wird, wobei in einem späteren Verfahrensschritt durch das Entfernen von Bereichen der Eektrodenmasse die von Elektrodenmasse freien Bereiche erzeugt werden. Auf diese Weise lassen sich die von Elektrodenmasse freien Bereiche in einfacher Weise realisieren.
  • Das Verfahren kann in vorteilhafter Weise vorsehen, dass das Entfernen von Bereichen der Trägerschicht und/oder das Entfernen von Bereichen der Elektrodenmasse mittels eines Lasers erfolgt.
  • Um Kurzschlüsse zu vermeiden, können die verjüngten Bereiche der Trägerschichten eine elektrische Isolation aufweisen. Die elektrische Isolation kann insbesondere nach dem Entfernen von Elektrodenmasse von den verjüngten Bereichen der Trägerschicht und/oder vor dem Falten der Trägerschicht der jeweiligen Elektrode erfolgen.
  • Alternativ und/oder ergänzend ist es möglich, dass die durch den Separator gebildeten Schichten des Stapels derart miteinander verbunden sind, dass sie Taschen bilden, die die Anoden und/oder die Kathoden der durch die einzelnen Schichten im Stapel gebildeten Zellen umschließen. Dabei ist es denkbar, dass die Schichten des Separators miteinander verschweißt werden, alternativ und/oder ergänzend sind auch Verklebungen, insbesondere thermisch aktivierte Verklebungen, zwischen den Schichten möglich.
  • Eine Befüllung des Akkumulators mit einem Elektrolyten erfolgt insbesondere derart, dass der durch das Falten gebildete Stapel, insbesondere nach dem Verbinden der durch den Separator gebildeten Schichten, mit dem Elektrolyten getränkt wird. Dies kann insbesondere bei und/oder nach dem Einbringen des Stapels in ein Gehäuseteil, welches mit dem Elektrolytennach und/oder vor dem Einbringen des Stapels, befüllt wird, erfolgen.
  • Bei dem Elektrolyten, mit dem die Zellen befüllt werden, kann es sich um einen Flüssigelektrolyten handeln. Dieser kann ein organisches Lösungsmittel aufweisen. Bei dem organischen Lösungsmittel kann es sich insbesondere um ein Carbonat, beispielsweise Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Dimethylcarbonat, Diethylcarbonat und/oder Ethylmethylcarbonat handeln.
  • Darüber hinaus kann das Lösungsmittel ein Leitsalz enthalten. Bei diesem kann es sich beispielsweise um LiPF6 handeln. Darüber hinaus kann das Elektrolyt wenigstens ein Additiv, wie beispielsweise Vinylencarbonat, aufweisen. Das Additiv kann insbesondere dazu dienen, eine Schutzschicht der Anode, das sogenannte SEI (Solid Electrolyte Interface) zu stabilisieren.
  • Das Gehäuse des Akkumulators kann eine, zumindest im Wesentlichen, kreiszylindrische Form, insbesondere die Form einer Knopfzelle, aufweisen. Bevorzugt ist die Höhe des Gehäuses kleiner als sein Durchmesser. Eine solches Gehäuse Zelle weistbevorzugt einen becherförmigen Körper — den Becher — und einen Deckel auf. Der Deckel ist gegenüber dem Becher insbesondere durch eine ringförmige Dichtung abgedichtet. Diese Dichtung ist elektrisch isolierend, so dass Becher und Deckel als positiver bzw. negativer Pol des Akkumulators genutzt werden können. Die elektrische Verbindung zwischen dem Stapel, insbesondere zwischen den im Elektrodenstapel nach außen zeigenden Trägerschichten, und dem Zellgehäuse, insbesondere dem Becher bzw. Deckel, kann zum Beispiel durch ein federndes und/oder elastisches Kontaktelement hergestellt sein.
  • Weitere praktische Ausführungsformen und Vorteile der Erfindung sind nachfolgend im Zusammenhang mit den Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
    • 1 Eine schematische Darstellung eines durch das Stapeln einer Mehrzahl Zellen gebildeten Akkumulators nach dem Stand der Technik,
    • 2 eine schematische Darstellung eines durch das Falten einer Zelle gebildeten Akkumulators nach dem Stand der Technik,
    • 3 eine schematische Darstellung eines durch Form aus Falten und Stapeln gebildeten Akkumulators nach dem Stand der Technik,
    • 4 eine schematische Darstellung von mit Elektrodenmasse beschichteten Trägerschichten eines erfindungsgemäßen Akkumulators,
    • 5 eine schematische Darstellung eines durch Falten der Trägerschichten gebildeten Stapels einzelner Zellen eines beispielhaften erfindungsgemäßen Akkumulators,
    • 6 eine schematische Darstellung eines durch Falten der Trägerschichten gebildeten Stapels einzelner Zellen eines weiteren beispielhaften erfindungsgemäßen Akkumulators.
  • Die in den 1 bis 6 dargestellten schematischen Darstellungen sind insbesondere im Hinblick auf die Dicken der einzelnen Schichten nicht maßstabsgerecht.
  • In 1 ist dargestellt, wie nach dem Stand der Technik durch das Stapeln von Anoden und Kathoden eine Mehrzahl Zellen in einem Akkumulator realisiert werden kann. Einzelne Trägerschichten 10 der Anode sind mit Anodenmasse 12 beschichtet. Einzelne Trägerschichten 16 der Kathode sind mit Kathodenmasse 18 beschichtet. Zwischen den Schichten aus Angeboten Masse 12 und Kathodenmasse 18 sind als weitere Schichten Separatoren 14 angeordnet.
  • In 2 ist dargestellt, wie nach dem Stand der Technik ein Akkumulator durch das Falten einer Zelle gebildet werden kann. Eine Trägerschichten 10 wird mit Anodenmasse 12 beschichtet, eine Trägerschichten 16 mit Kathodenmasse 18. Zwischen den Schichten aus Anodenmasse 12 und Kathodenmasse 18 wird ein Separator 14 angeordnet. Anschließend wird die so gebildete Zelle gefaltet.
  • In 3 ist eine Mischform aus Stapeln und Falten dargestellt, bei der die Elektroden durch separate Träger 10 und 16, die mit Elektrodenmassen 12 und 18 beschichtet sind, gebildet sind. Der gemeinsame Separator 14 der einzelnen Zellen dieses Akkumulators hingegen ist gefaltet.
  • In 4 sind Trägerschichten 10 und 16 beispielhafter erfindungsgemäßer Akkumulatoren dargestellt, die mit Elektrodenmassen 12 und 18 beschichtet sind. Dabei weisen die Trägerschichten 10 und 16 verbreiterte Bereiche 20 und verjüngte Bereiche 22 auf. In vorteilhafter Weise sind die verbreiterten Bereiche kreisrund und die verjüngten Bereiche sind in vorteilhafter Weise frei von Elektrodenmasse 12 bzw. 18.
  • In 5 ist beispielhaft eine weitere Möglichkeit dargestellt, durch Falten von Trägerschichten 10 und 16, wie sie beispielhaft in 4 dargestellt sind, einen Akkumulator herzustellen. Die für die Herstellung eines derartigen Akkumulators verwendeten Trägerschichten 10 und 16 sind vorzugsweise einseitig mit Elektrodenmassen 12 bzw. 18 beschichtet. Bevorzugt sind - wie dargestellt - die verjüngten Bereiche 22 der Trägerschichten 10 der Anode und die verjüngten Bereiche 22 der Trägerschichten 16 der Kathode an den gleichen Winkelpositionen um die Hochachse des Stapels angeordnet.
  • In 6 ist beispielhaft ein Möglichkeit dargestellt, durch Falten von Trägerschichten 10 und 16, wie sie beispielhaft in 4 dargestellt sind, einen Akkumulator herzustellen. Die für die Herstellung eines derartigen Akkumulators verwendeten Trägerschichten 10 und 16 sind vorzugsweise beidseitig mit Elektrodenmassen 12 bzw. 18 beschichtet. Bevorzugt sind - wie dargestellt - die verjüngten Bereiche 22 der Trägerschichten 10 der Anode und die verjüngten Bereiche 22 der Trägerschichten 16 der Kathode an unterschiedlichen Winkelpositionen um die Hochachse des Stapels angeordnet.
  • Die in der vorliegenden Beschreibung, in den Zeichnungen sowie in den Ansprüchen offenbarten Merkmale der Erfindung können sowohl einzeln als auch in beliebigen Kombinationen für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausführungsformen wesentlich sein. Die Erfindung ist nicht auf die beschriebenen Ausführungsformen beschränkt. Sie kann im Rahmen der Ansprüche und unter Berücksichtigung der Kenntnisse des zuständigen Fachmanns variiert werden.
  • Bezugszeichenliste
    • 10
    Trägerschicht (Anode)
    12
    Anodenmasse
    14
    Separator
    16
    Trägerschicht (Kathode)
    18
    Kathodenmasse
    20
    verbreiterte Bereiche
    22
    verjüngte Bereiche
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 202017006038 U1 [0008]

Claims (15)

  1. Lithium-Ionen-Akkumulator, wobei der Akkumulator in einem Gehäuse angeordnete Elektroden aufweist, wobei es sich bei einer Elektrode um eine Anode und bei einer Elektrode um eine Kathode handelt, wobei die Elektroden jeweils eine streifenförmige, mit einer Elektrodenmasse beschichtete leitfähige Trägerschicht (10, 16) aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschichten (10, 16) sich abwechselnde verjüngte und verbreiterte Bereiche (20, 22) aufweisen, wobei die Elektroden gefaltet sind, so dass die verbreiterten Bereiche (20) der Elektroden Teil eines Stapels mit einer Mehrzahl Schichten Elektrodenmasse und Kathodenmasse (18) sind und die verjüngten Bereiche (22) der Trägerschicht der Anode (10) elektrische Verbindungen zwischen verbreiterten Bereichen (20) der Anode bilden und die verjüngten Bereiche (22) der der Trägerschicht der Kathode (16) elektrische Verbindungen zwischen verbreiterten Bereichen (20) der Kathode bilden.
  2. Akkumulator nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die verbreiterten Bereiche (20) eine, zumindest im Wesentlichen, kreisrunde Form aufweisen.
  3. Akkumulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die verbreiterten Bereiche (20) der Trägerschichten (10, 16) mit Elektrodenmasse beschichtet sind und die verjüngten Bereiche (22) der Trägerschichten (10, 16) frei von Elektrodenmasse sind.
  4. Akkumulator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschichten (10, 16) der Elektroden einseitig mit Elektrodenmasse beschichtet sind.
  5. Akkumulator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verjüngten Bereiche (22) in der Haupterstreckungsrichtung einer streifenförmigen Trägerschicht (10, 16) eine unterschiedliche Länge aufweisen, insbesondere wobei sich längere und kürzere Bereiche abwechseln.
  6. Akkumulator nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägerschichten (10, 16) der Elektroden beidseitig mit Elektrodenmasse beschichtet sind.
  7. Akkumulator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verjüngten Bereiche (22) der Trägerschicht der Anode (10) und die verjüngten Bereiche (22) der Trägerschichten der Kathode (16) an unterschiedlichen Winkelpositionen um die Hochachse des Stapels, insbesondere um 90° zueinander versetzt, angeordnet sind.
  8. Akkumulator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Akkumulator einen Separator (14) aufweist, der streifenförmig mit sich abwechselnden verbreiterten Bereichen (20) und verjüngten Bereichen (22) gestaltet und gefaltet ist, so dass die verbreiterten Bereiche (20) des Separators (14) Schichten des Stapels bilden.
  9. Akkumulator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verjüngten Bereiche (22) der Trägerschichten (10, 16) eine elektrische Isolation aufweisen.
  10. Akkumulator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die durch den Separator (14) gebildeten Schichten des Stapels derart miteinander verbunden sind, dass sie Taschen bilden, die die Anoden und/oder die Katode der durch die einzelnen Schichten im Stapel gebildeten Zellen umschließen.
  11. Akkumulator nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Gehäuse des Akkumulators eine, zumindest im Wesentlichen, kreiszylindrische Form, insbesondere die Form einer Knopfzelle, aufweist.
  12. Verfahren zur Herstellung eine Lithium-Ionen-Akkumulators, insbesondere eines Lithium-Ionen-Akkumulators nach einem der vorigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung der Anode und/oder der Kathode zunächst ein Streifen aus mit Elektrodenmasse beschichteter Trägerschicht (10, 16) hergestellt wird, wobei in einem späteren Verfahrensschritt Bereiche der Trägerschicht (10, 16) und/oder der Elektrodenmasse entfernt werden.
  13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung der Anode und/oder der Kathode zunächst ein Streifen aus mit Elektrodenmasse beschichteter Trägerschicht (10, 16) mit konstanter Breite der Trägerschicht (10, 16) und/oder der Schicht aus Elektrodenmasse hergestellt wird, wobei in einem späteren Verfahrensschritt durch das Entfernen von Bereichen der Trägerschicht (10, 16) und/oder Bereichen der Elektrodenmasse, die verbreiterten und verjüngten Bereiche (20, 22) erzeugt werden.
  14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Herstellung der Anode und/oder der Kathode zunächst ein mit Streifen aus durchgehend mit Elektrodenmasse beschichteter Trägerschicht (10, 16) hergestellt wird, wobei in einem späteren Verfahrensschritt durch das Entfernen von Bereichen der Elektrodenmasse die von Elektrodenmasse freien Bereiche erzeugt werden.
  15. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass das Entfernen von Bereichen der Trägerschicht (10, 16) und/oder das Entfernen von Bereichen der Elektrodenmasse mittels eines Lasers erfolgt.
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Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53149630A (en) 1977-06-01 1978-12-27 Hitachi Ltd Multilayer built lithium battery
US6310960B1 (en) 1998-02-23 2001-10-30 Research International, Inc. Rechargeable hearing aid system
JP2005310578A (ja) 2004-04-22 2005-11-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd コイン形二次電池
EP1339115B1 (de) 2000-10-05 2010-12-15 Panasonic Corporation Flachbatterie und herstellungsverfahren dafür
JP2015118788A (ja) 2013-12-18 2015-06-25 トヨタ自動車株式会社 折り畳み式電池
DE202017006038U1 (de) 2017-11-22 2019-02-25 Varta Microbattery Gmbh Knopfzelle mit Wickel-Verbundkörper

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS53149630A (en) 1977-06-01 1978-12-27 Hitachi Ltd Multilayer built lithium battery
US6310960B1 (en) 1998-02-23 2001-10-30 Research International, Inc. Rechargeable hearing aid system
EP1339115B1 (de) 2000-10-05 2010-12-15 Panasonic Corporation Flachbatterie und herstellungsverfahren dafür
JP2005310578A (ja) 2004-04-22 2005-11-04 Matsushita Electric Ind Co Ltd コイン形二次電池
JP2015118788A (ja) 2013-12-18 2015-06-25 トヨタ自動車株式会社 折り畳み式電池
DE202017006038U1 (de) 2017-11-22 2019-02-25 Varta Microbattery Gmbh Knopfzelle mit Wickel-Verbundkörper

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