DE102021111374A1 - Method for manufacturing a battery cell and battery cell - Google Patents

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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle (1) angegeben, mit den Schritten:- Bereitstellen einer Folie (2), umfassend eine erste Elektrodenschicht (3), eine Separatorschicht (4) und eine zweite Elektrodenschicht (5),- Strukturieren der Folie (2) in eine Vielzahl von Bereichen (6), wobei jeweils zwei der Bereiche (6) direkt benachbart sind,- Erzeugen eines Elektrodenstapels (7) durch Falten der Folie (2) derart, dass direkt benachbarte Bereiche (6) übereinander gefaltet werden.Des Weiteren wird eine Batteriezelle (1) angegeben.A method for producing a battery cell (1) is specified, with the steps: - providing a film (2) comprising a first electrode layer (3), a separator layer (4) and a second electrode layer (5), - structuring the film (2) into a plurality of areas (6), two of the areas (6) being directly adjacent,- producing an electrode stack (7) by folding the film (2) in such a way that directly adjacent areas (6) are folded over one another . Furthermore, a battery cell (1) is specified.

Description

Es wird ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle angegeben. Darüber hinaus wird eine Batteriezelle angegeben.A method for producing a battery cell is specified. A battery cell is also specified.

Eine zu lösende Aufgabe besteht darin, ein Verfahren anzugeben, bei dem eine Batteriezelle erzeugt wird, die besonders gut anschließbar ist. Des Weiteren soll eine derartige Batteriezelle angegeben werden.One problem to be solved is to specify a method in which a battery cell is produced that can be connected particularly well. Furthermore, such a battery cell is to be specified.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren und den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Implementierungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der jeweils abhängigen Patentansprüche.This object is achieved by the method and the subject matter of the independent patent claims. Advantageous refinements, implementations and developments are the subject matter of the respective dependent patent claims.

Zunächst wird das Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle erläutert. Bei der Batteriezelle handelt es sich beispielsweise um einen Akkumulator. Das heißt, die Batteriezelle ist beispielsweise ein einzelnes wieder aufladbares Speicherelement für elektrische Energie.First, the method of manufacturing a battery cell will be explained. The battery cell is, for example, an accumulator. That is, the battery cell is, for example, a single rechargeable storage element for electrical energy.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird eine Folie bereitgestellt, umfassend eine erste Elektrodenschicht, eine Separatorschicht und eine zweite Elektrodenschicht.According to at least one embodiment of the method, a film is provided, comprising a first electrode layer, a separator layer and a second electrode layer.

Die Folie erstreckt sich beispielsweise entlang einer Haupterstreckungsebene. Laterale Richtungen sind parallel zur Haupterstreckungsebene orientiert und eine vertikale Richtung senkrecht zu der Haupterstreckungsebene. Die Folie umfasst weiterhin beispielsweise eine Haupterstreckungsrichtung in einer der lateralen Richtungen.The foil extends, for example, along a main extension plane. Lateral directions are oriented parallel to the main plane of extension and a vertical direction perpendicular to the main plane of extension. The film also includes, for example, a main extension direction in one of the lateral directions.

Die Folie weist eine Länge und eine Breite in lateralen Richtungen auf. Die Länge der Folie verläuft parallel zur Haupterstreckungsrichtung und die Breite der Folie verläuft senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung. Die Länge ist beispielsweise mindestens 5 Mal größer als die Breite, insbesondere mindestens 10 Mal oder mindestens 20 Mal größer.The foil has a length and a width in lateral directions. The length of the film runs parallel to the main direction of extent and the width of the film runs perpendicular to the main direction of extent. The length is, for example, at least 5 times greater than the width, in particular at least 10 times or at least 20 times greater.

Die erste Elektrodenschicht, die Separatorschicht und die zweite Elektrodenschicht sind beispielsweise in vertikaler Richtung übereinandergestapelt, insbesondere in der angegebenen Reihenfolge. Direkt benachbarte Schichten stehen beispielsweise in direktem Kontakt zueinander.The first electrode layer, the separator layer and the second electrode layer are stacked one on top of the other in the vertical direction, for example, in particular in the specified order. Directly adjacent layers are in direct contact with one another, for example.

Beispielsweise weist die Folie eine Breite auf, die mindestens 40 mm und höchstens 300 mm, insbesondere in etwa 80 mm, ist.For example, the foil has a width of at least 40 mm and at most 300 mm, in particular approximately 80 mm.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Folie in eine Vielzahl von Bereichen strukturiert, wobei jeweils zwei der Bereiche direkt benachbart sind.In accordance with at least one embodiment of the method, the film is structured into a multiplicity of areas, with two of the areas being directly adjacent in each case.

Beispielsweise sind die Bereiche entlang der Haupterstreckungsrichtung sukzessive angeordnet.For example, the areas are arranged successively along the main extension direction.

Beispielsweise ist die Folie durch ein zusammenhängendes Band gebildet. Dieses Band umfasst die Vielzahl von Bereichen, die in diesem Fall rechteckig ausgebildet sind. Die Bereiche sind in diesem Fall virtueller Natur. Beispielsweise werden diese Bereiche nachfolgend übereinander gefaltet.For example, the film is formed by a continuous band. This band includes the plurality of areas, which in this case are rectangular. In this case, the areas are of a virtual nature. For example, these areas are subsequently folded over one another.

Sind die Bereiche nicht rechteckig ausgebildet, werden die Bereiche beispielsweise mittels eines Schneideprozesses oder eines Stanzprozesses erzeugt.If the areas are not rectangular, the areas are produced, for example, by means of a cutting process or a stamping process.

Alternativ ist es möglich, dass die Folie durch eine strukturierte Separatorschicht strukturiert wird. In diesem Fall wird die Separatorschicht zunächst strukturiert, dass diese eine Form der Bereiche aufweist. Nachfolgend werden dann beispielsweise die erste Elektrodenschicht und die zweite Elektrodenschicht auf die strukturierte Separatorschicht aufgebracht. Beispielsweise wird die erste Elektrodenschicht auf eine erste Hauptfläche der strukturierten Separatorschicht aufgebracht und die zweite Elektrodenschicht auf eine zweite Hauptfläche der strukturierten Separatorschicht.Alternatively, it is possible for the film to be structured by a structured separator layer. In this case, the separator layer is first structured so that it has a shape of the regions. Subsequently, for example, the first electrode layer and the second electrode layer are then applied to the structured separator layer. For example, the first electrode layer is applied to a first main area of the structured separator layer and the second electrode layer to a second main area of the structured separator layer.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Elektrodenstapel durch Falten der Folie erzeugt, derart, dass direkt benachbarte Bereiche übereinander gefaltet werden. Nach dem Falten sind die Bereiche beispielsweise übereinander gestapelt in einer Stapelrichtung angeordnet.According to at least one embodiment of the method, an electrode stack is produced by folding the film in such a way that directly adjacent areas are folded over one another. After folding, the areas are arranged, for example, stacked one on top of the other in a stacking direction.

Beispielsweise ist eine Bodenfläche jeder der Bereiche vor dem Falten mit der ersten Elektrodenschicht gebildet. In diesem Fall ist eine Deckfläche jeder der Bereiche vor dem Falten beispielsweise mit der zweiten Elektrodenschicht gebildet. Nach dem Falten sind alternierend jeweils zwei Deckflächen direkt benachbarter Bereiche in direktem Kontakt zueinander und jeweils zwei Bodenflächen direkt benachbarter Bereiche in direktem Kontakt zueinander.For example, a bottom surface of each of the regions is formed with the first electrode layer before folding. In this case, a top surface of each of the regions before folding is formed with, for example, the second electrode layer. After folding, two top surfaces of directly adjacent areas are in direct contact with one another and two bottom surfaces of directly adjacent areas are in direct contact with one another in alternation.

Die Bereiche werden beispielsweise so gefaltet, dass zunächst die ersten zwei direkt benachbarten Bereiche übereinander gefaltet werden, sodass die Deckflächen, insbesondere die erste Elektrodenschicht, der zwei Bereiche in direktem Kontakt stehen. Nachfolgend wird der direkt angrenzende Bereich so über die beiden ersten zwei Bereiche gefaltet, dass die Bodenflächen, insbesondere die zweite Elektrodenschicht, der beiden direkt aneinander angrenzenden Bereiche in direktem Kontakt stehen. Beispielsweise ist eine Höhe des Elektrodenstapels in Richtung der Stapelrichtung des Elektrodenstapels abhängig von einer Anzahl der Faltungen.The areas are folded, for example, in such a way that initially the first two directly adjacent areas are folded over one another, so that the cover surfaces, in particular the first electrode layer, of the two areas are in direct contact. The directly adjacent area is then folded over the first two areas in such a way that the bottom surfaces, in particular the second electrode layer, of the two directly adjacent areas are in direct contact. For example, a height of the Elect rod stack in the direction of the stacking direction of the electrode stack depending on a number of folds.

Durch das Falten wird beispielsweise eine Anodenschicht der Batteriezelle und eine Kathodenschicht der Batteriezelle erzeugt.The folding produces, for example, an anode layer of the battery cell and a cathode layer of the battery cell.

Beispielsweise ist die Anodenschicht mit dem Material der ersten Elektrodenschicht gebildet. Die Anodenschicht weist beispielsweise eine Dicke entlang der Stapelrichtung des Elektrodenstapels auf, die doppelt so dick ist, wie die erste Elektrodenschicht. Insbesondere ist die Anodenschicht in einer Region gebildet, wo zwei Deckflächen in direktem Kontakt stehen. In diesem Fall weist die erste Elektrodenschicht beispielsweise ein Anodenaktivmaterial auf, das beispielsweise ein Material aus der Gruppe bestehend aus kohlenstoffhaltigen Materialien, Silizium, Silizium-Suboxid, Siliziumlegierungen, Aluminiumlegierungen, Indium, Indiumlegierungen, Zinn, Zinnlegierungen, Cobaltlegierungen und Mischungen davon umfasst. Insbesondere ist das Anodenaktivmaterial ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus synthetischem Graphit, Naturgraphit, Graphen, Mesokohlenstoff, dotiertem Kohlenstoff, Hardcarbon, Softcarbon, Fulleren, Silizium-Kohlenstoff-Komposit, Silizium, oberflächenbeschichteten Silizium, Silizium-Suboxid, Siliziumlegierungen, Lithium, Aluminiumlegierungen, Indium, Zinnlegierungen, Cobaltlegierungen und Mischungen davon.For example, the anode layer is formed with the material of the first electrode layer. The anode layer has, for example, a thickness along the stacking direction of the electrode stack that is twice as thick as the first electrode layer. In particular, the anode layer is formed in a region where two top surfaces are in direct contact. In this case, the first electrode layer has, for example, an anode active material that includes, for example, a material from the group consisting of carbonaceous materials, silicon, silicon suboxide, silicon alloys, aluminum alloys, indium, indium alloys, tin, tin alloys, cobalt alloys, and mixtures thereof. In particular, the anode active material is selected from the group consisting of synthetic graphite, natural graphite, graphene, mesocarbon, doped carbon, hard carbon, soft carbon, fullerene, silicon-carbon composite, silicon, surface-coated silicon, silicon suboxide, silicon alloys, lithium, aluminum alloys, indium , tin alloys, cobalt alloys and mixtures thereof.

Beispielsweise ist die Kathodenschicht mit dem Material der zweiten Elektrodenschicht gebildet. Die Kathodenschicht weist beispielsweise eine Dicke entlang der Stapelrichtung des Elektrodenstapels auf, die doppelt so dick ist, wie die zweite Elektrodenschicht. Insbesondere ist die Kathodenschicht in einer Region gebildet, wo zwei Bodenflächen in direktem Kontakt stehen. In diesem Fall weist die zweite Elektrodenschicht beispielsweise ein Kathodenaktivmaterial auf, das beispielsweise eine Vielzahl von Partikeln aufweist, die in einen Elektrodenbinder eingebunden sind. Das Kathodenaktivmaterial kann ein Schichtoxid wie beispielsweise ein Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid (NMC), ein Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Oxid (NCA), ein Lithium-Cobalt-Oxid (LCO) oder ein Lithium-Nickel-Cobalt-Oxid (LNCO) aufweisen. Das Schichtoxid kann insbesondere ein überlithiiertes Schichtoxid (OLO, overlithiated layered oxide) sein. Andere geeignete Kathodenaktivmaterialien sind Verbindungen mit Spinellstruktur wie z.B. Lithium-Mangan-Oxid (LMO) oder Lithium-Mangan-Nickel-Oxid (LMNO), oder Verbindungen mit Olivinstruktur wie z.B. Lithium-Eisen-Phosphat (LFP, LiFePO4) oder Lithium-Mangan-Eisen-Phosphat (LMFP).For example, the cathode layer is formed with the material of the second electrode layer. The cathode layer has, for example, a thickness along the stacking direction of the electrode stack that is twice as thick as the second electrode layer. In particular, the cathode layer is formed in a region where two bottom surfaces are in direct contact. In this case, the second electrode layer has, for example, a cathode active material that has, for example, a large number of particles that are bound into an electrode binder. The cathode active material can be a layered oxide such as a lithium nickel manganese cobalt oxide (NMC), a lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA), a lithium cobalt oxide (LCO) or a lithium nickel Have cobalt oxide (LNCO). The layered oxide can in particular be an overlithiated layered oxide (OLO, overlithiated layered oxide). Other suitable cathode active materials are compounds with a spinel structure such as lithium manganese oxide (LMO) or lithium manganese nickel oxide (LMNO), or compounds with an olivine structure such as lithium iron phosphate (LFP, LiFePO 4 ) or lithium manganese - Iron phosphate (LMFP).

Die Kathodenschicht kann z. B. durch Auftragen einer Aufschlämmung einer Mischung aus dem Kathodenaktivmaterial, einem leitfähigen Material und einem Bindemittel auf einen Kathodenstromkollektor hergestellt werden. Beispielsweise wird das Kathodenaktivmaterial, insbesondere die Mischung, auf zumindest eine Hauptflächen des Kathodenstromkollektors aufgebracht. Beispielsweise wird das Kathodenaktivmaterial auf nur eine Hauptfläche des Kathodenstromkollektors aufgebracht. Alternativ wird das Kathodenaktivmaterial auf beide Hauptflächen des Kathodenstromkollektors aufgebracht. Wird das Kathodenaktivmaterial auf beide Hauptflächen des Kathodenstromkollektors aufgebracht, wird ein weiterer Kathodenstromkollektor auf eine Hauptfläche des aufgebrachten Kathodenaktivmaterials aufgebracht. Nachfolgend kann eine derartige Anordnung durch Trocknen und Pressen zur Kathodenschicht geformt werden. Je nach Bedarf kann der Mischung ein Füllstoff zugesetzt werden.The cathode layer can e.g. B. be prepared by coating a slurry of a mixture of the cathode active material, a conductive material and a binder on a cathode current collector. For example, the cathode active material, in particular the mixture, is applied to at least one main surface of the cathode current collector. For example, the cathode active material is applied to only one major surface of the cathode current collector. Alternatively, the cathode active material is applied to both major surfaces of the cathode current collector. When the cathode active material is applied to both main surfaces of the cathode current collector, another cathode current collector is applied to one main surface of the applied cathode active material. Subsequently, such an arrangement can be formed into the cathode layer by drying and pressing. A filler can be added to the mixture as required.

Der Kathodenstromkollektor weist beispielsweise eine Dicke von mindestens 3 µm bis höchstens 500 µm auf. Für den Kathodenstromkollektor kann ein Material verwendet werden, das in der Batteriezelle keine chemischen Veränderungen induziert und eine hohe Leitfähigkeit aufweist. Zum Beispiel können rostfreier Stahl, Aluminium, Nickel, Titan, verkapselter Kohlenstoff, ein oberflächenbehandeltes Material aus Aluminium oder rostfreiem Stahl mit Kohlenstoff, Nickel, Titan, Silber oder ähnliche Materialien verwendet werden. Eine Haftfähigkeit des Kathodenaktivmaterials kann durch die Ausbildung einer Prägung auf einer oder beiden der Hauptflächen des Kathodenstromkollektors erhöht werden. Der Kathodenstromkollektor liegt beispielsweise in Form eines Films, eines Blatts, einer Folie, eines Netzes, eines porösen Materials, eines geschäumten Materials, eines Vliesstoffs oder ähnlichen Materialien vor.The cathode current collector has a thickness of at least 3 μm and at most 500 μm, for example. A material that does not induce chemical changes in the battery cell and has high conductivity can be used for the cathode current collector. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, encapsulated carbon, aluminum or stainless steel surface treated material with carbon, nickel, titanium, silver, or similar materials can be used. Adhesion of the cathode active material can be increased by forming an embossment on one or both of the main surfaces of the cathode current collector. The cathode current collector is, for example, in the form of a film, sheet, foil, mesh, porous material, foamed material, non-woven fabric, or like materials.

Die Anodenschicht kann durch Auftragen des Anodenaktivmaterials auf einen Anodenstromkollektor hergestellt werden. Beispielsweise wird das Anodenaktivmaterial auf zumindest eine Hauptfläche des Anodenstromkollektors aufgebracht. Beispielsweise wird das Anodenaktivmaterial auf nur eine Hauptfläche des Anodenstromkollektors aufgebracht. Alternativ wird das Anodenaktivmaterial auf beide Hauptflächen des Anodenstromkollektors aufgebracht. Wird das Anodenaktivmaterial auf beide Hauptflächen des Anodenstromkollektors aufgebracht, wird ein weiterer Anodenstromkollektor auf eine Hauptfläche des aufgebrachten Anodenaktivmaterials aufgebracht. Nachfolgend kann eine derartige Anordnung durch Trocknen und Pressen zur Anodenschicht geformt werden. Ein leitfähiges Material, ein Bindemittel, ein Füllstoff und/oder andere Materialien können je nach Bedarf selektiv zum Anodenaktivmaterial hinzugefügt werden.The anode layer can be made by applying the anode active material to an anode current collector. For example, the anode active material is applied to at least one main surface of the anode current collector. For example, the anode active material is applied to only one major surface of the anode current collector. Alternatively, the anode active material is applied to both major surfaces of the anode current collector. When the anode active material is applied to both main surfaces of the anode current collector, another anode current collector is applied to one main surface of the applied anode active material. Such an arrangement can then be formed into the anode layer by drying and pressing. A conductive material, a binder, a filler, and/or other materials can be selectively added to the anode active material as needed.

Der Anodenstromkollektor weist beispielsweise eine Dicke von mindestens 3 µm bis höchstens 500 µm auf. Für den Anodenstromkollektor kann ein Material verwendet werden, das in der Batteriezelle keine chemischen Veränderungen induziert und eine elektrische Leitfähigkeit besitzt. Zum Beispiel können Kupfer, Edelstahl, Aluminium, Nickel, Titan, kalzinierter Kohlenstoff, ein oberflächenbehandeltes Material aus Kupfer oder Edelstahl mit Kohlenstoff, Nickel, Titan, Silber, eine Aluminium-Cadmium-Legierung und/oder ähnliche Materialien verwendet werden. Wie beim Kathodenstromkollektor kann auch beim Anodenstromkollektor eine Haftfähigkeit des Anodenaktivmaterials durch die Ausbildung einer Prägung auf einer oder beiden der Hauptflächen des Anodenstromkollektors erhöht werden. Der Anodenstromkollektor liegt beispielsweise in Form eines Films, eines Blatts, einer Folie, eines Netzes, eines porösen Materials, eines geschäumten Materials, eines Vliesstoffs oder ähnlichen Materialien vor.The anode current collector has a thickness of at least 3 μm and at most 500 μm, for example. A material that does not induce chemical changes in the battery cell and has electrical conductivity can be used for the anode current collector. For example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, a surface treated material of copper or stainless steel with carbon, nickel, titanium, silver, an aluminum-cadmium alloy, and/or similar materials can be used. As in the case of the cathode current collector, in the case of the anode current collector too, adhesion of the anode active material can be increased by forming an embossing on one or both of the main surfaces of the anode current collector. The anode current collector is, for example, in the form of a film, sheet, foil, mesh, porous material, foamed material, non-woven fabric, or the like.

Die Separatorschicht ist beispielsweise mit einem elektrisch isolierenden Material gebildet oder ist daraus geformt. Die Separatorschicht weist ein Material auf, das für Lithiumionen durchlässig, aber für Elektronen undurchlässig ist. Als Separatorschicht können Polymere eingesetzt werden, insbesondere ein Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyestern, insbesondere Polyethylenterephthalat, Polyolefinen, insbesondere Polyethylen und/oder Polypropylen, Polyacrylnitrilen, Polyvinylidenfluorid, Polyvinyliden-Hexafluoropropylen, Polyetherimid, Polyimid, Aramid, Polyether, Polyetherketon, synthetische Spinnenseide oder Mischungen davon. Die Separatorschicht kann optional zusätzlich mit keramischem Material und einem Binder beschichtet sein, beispielsweise basierend auf Al2O3.The separator layer is formed, for example, with an electrically insulating material or is formed from it. The separator layer comprises a material that is permeable to lithium ions but impermeable to electrons. Polymers can be used as the separator layer, in particular a polymer selected from the group consisting of polyesters, in particular polyethylene terephthalate, polyolefins, in particular polyethylene and/or polypropylene, polyacrylonitriles, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene hexafluoropropylene, polyetherimide, polyimide, aramid, polyether, polyetherketone, synthetic spider silk or mixtures thereof. The separator layer can optionally additionally be coated with ceramic material and a binder, for example based on Al 2 O 3 .

Für die Separatorschicht kann beispielsweise eine isolierende Dünnschicht mit hoher Ionen-Durchlässigkeit und mechanischer Festigkeit verwendet werden. Ein Porendurchmesser der ersten Separatorschicht beträgt beispielsweise mindestens 0,01 und höchstens 10 µm. Die Separatorschicht weist eine Dicke von mindestens 5 und höchstens 300 µm auf. Für die Separatorschicht kann beispielsweise ein Polymer auf Olefinbasis, wie chemikalienbeständiges und hydrophobes Polypropylen oder ähnliches, ein Blatt oder ein Vlies, das unter Verwendung von Glasfasern, Polyethylen oder Ähnlichem hergestellt wird, verwendet werden. Wenn ein Festelektrolyt, wie z. B. ein Polymer, als Elektrolyt verwendet wird, kann der Festelektrolyt auch als Separatorschicht fungieren. Beispielsweise kann eine Polyethylenfolie, eine Polypropylenfolie oder eine mehrschichtige Folie, die durch Kombination der Folien erhalten wird, oder eine Polymerfolie für einen Polymerelektrolyten oder einen Polymerelektrolyten vom Geltyp, wie Polyvinylidenfluorid, Polyethylenoxid, Polyacrylnitril oder Polyvinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Copolymer, verwendet werden.For the separator layer, for example, an insulating thin film with high ion permeability and mechanical strength can be used. A pore diameter of the first separator layer is, for example, at least 0.01 and at most 10 μm. The separator layer has a thickness of at least 5 and at most 300 μm. For the separator layer, for example, an olefin-based polymer such as chemical-resistant and hydrophobic polypropylene or the like, a sheet or non-woven fabric made using glass fiber, polyethylene or the like can be used. If a solid electrolyte, such as B. a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte can also act as a separator layer. For example, a polyethylene film, a polypropylene film or a multilayer film obtained by combining the films, or a polymer film for a polymer electrolyte or a gel type polymer electrolyte such as polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyacrylonitrile or polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer can be used.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird der Elektrodenstapel in ein Gehäuse eingesetzt. Das Gehäuse umfasst beispielsweise ein Metall.In accordance with at least one embodiment of the method, the electrode stack is inserted into a housing. The housing includes a metal, for example.

Umfasst das Gehäuse ein Metall, kann zumindest eine Seitenfläche des Gehäuses, die dem Elektrodenstapel zugewandt ist, mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet sein. Alternativ wird der Elektrodenstapel beispielsweise derart beschichtet, dass zumindest eine Seitenfläche des Gehäuses des Elektrodenstapels elektrisch isolierend gegenüber dem Gehäuse ausgebildet ist.If the housing comprises a metal, at least one side surface of the housing that faces the electrode stack can be coated with an electrically insulating material. Alternatively, the electrode stack is coated, for example, in such a way that at least one side surface of the housing of the electrode stack is designed to be electrically insulating with respect to the housing.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die Batteriezelle durch das Einsetzen des Elektrodenstapels in das Gehäuse gebildet. In diesem Fall umfasst die Batteriezelle den Elektrodenstapel und das Gehäuse. Beispielsweise weist das Gehäuse dieselbe Form auf wie der Elektrodenstapel. Mit Vorteil kann damit der Platz im Gehäuse besonders gut durch den Elektrodenstapel ausgefüllt und genutzt werden.According to at least one embodiment of the method, the battery cell is formed by inserting the electrode stack into the housing. In this case, the battery cell includes the electrode stack and the housing. For example, the housing has the same shape as the electrode stack. The space in the housing can thus advantageously be filled and used particularly well by the electrode stack.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist an einem ersten Endbereich des Elektrodenstapels die erste Elektrodenschicht frei zugänglich.In accordance with at least one embodiment of the method, the first electrode layer is freely accessible at a first end region of the electrode stack.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist an einem dem ersten Endbereich gegenüberliegenden zweiten Endbereich des Elektrodenstapels die zweite Elektrodenschicht frei zugänglich.In accordance with at least one embodiment of the method, the second electrode layer is freely accessible on a second end region of the electrode stack opposite the first end region.

Beispielsweise muss die Faltung so enden, dass am zweiten Endbereich die zweite Elektrodenschicht frei zugänglich ist. Die zweite Elektrodenschicht wird beispielsweise im zweiten Endbereich elektrisch leitend kontaktiert. In diesem Fall ist am ersten Endbereich die erste Elektrodenschicht frei zugänglich. Die erste Elektrodenschicht wird beispielsweise im ersten Endbereich elektrisch leitend kontaktiert.For example, the fold must end in such a way that the second electrode layer is freely accessible at the second end area. The second electrode layer is electrically conductively contacted in the second end region, for example. In this case, the first electrode layer is freely accessible at the first end area. The first electrode layer is electrically conductively contacted in the first end region, for example.

Vorteilhafterweise können so besonders stabile und gut zugängliche Kontakte der Batteriezelle bereitgestellt werden.Advantageously, particularly stable and easily accessible contacts of the battery cell can be provided in this way.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens sind die Bereiche kongruent zueinander. Insbesondere sind alle Bereiche kongruent zueinander.According to at least one embodiment of the method, the areas are congruent to one another. In particular, all areas are congruent to each other.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist jeder Bereich eine im Wesentlichen kreisförmige Grundfläche auf. „Im Wesentlichen kreisförmig“ schließt nicht aus, dass jeder Bereich zwei sich gegenüberliegende Seiten aufweist, die gerade und parallel zueinander verlaufen. Sich gegenüberliegende Endbereiche der Seiten sind durch jeweils ein Kreissegment miteinander verbunden. Direkt benachbarte Bereiche sind insbesondere an den Seiten direkt miteinander verbunden.According to at least one embodiment of the method, each area has an essentially common circular base. "Substantially circular" does not exclude each region having two opposite sides that are straight and parallel to each other. Opposite end areas of the sides are each connected to one another by a segment of a circle. Directly adjacent areas are directly connected to one another, in particular on the sides.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weist jeder Bereich eine vieleckige Grundfläche auf. Beispielsweise handelt es sich bei der vieleckigen Grundfläche um quadratische Grundfläche, eine hexagonale Grundfläche oder eine oktogonale Grundfläche. Jeder Bereich weist zum Beispiel zwei sich gegenüberliegende Seiten auf, wobei direkt benachbarte Bereiche insbesondere an den Seiten direkt miteinander verbunden sind.In accordance with at least one embodiment of the method, each area has a polygonal base area. For example, the polygonal base is a square base, a hexagonal base or an octagonal base. Each area has, for example, two opposite sides, with directly adjacent areas being directly connected to one another, in particular at the sides.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens bilden sich durch das Falten der Folie erste Falten und zweite Falten. Bei den ersten Falten ist die erste Elektrodenschicht frei zugänglich. Bei den zweiten Falten ist die zweite Elektrodenschicht frei zugänglich.According to at least one embodiment of the method, first folds and second folds form as a result of the folding of the film. At the first folds, the first electrode layer is freely accessible. In the case of the second folds, the second electrode layer is freely accessible.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens sind die ersten Falten und die zweiten Falten an gegenüberliegenden Seitenflächen des Elektrodenstapels angeordnet. Beispielsweise sind die ersten Falten und die zweiten Falten dem Gehäuse gegenüber angeordnet.In accordance with at least one embodiment of the method, the first folds and the second folds are arranged on opposite side surfaces of the electrode stack. For example, the first folds and the second folds are arranged opposite the housing.

Die ersten Falten und die zweiten Falten sind jeweils im Bereich der Seiten der Bereiche gebildet.The first pleats and the second pleats are respectively formed in the area of the sides of the areas.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist eine elastische Schicht auf dem ersten Endbereich und/oder auf dem zweiten Endbereich angeordnet. Im Betrieb der Batteriezelle ist es möglich, dass sich der Elektrodenstapel in Richtung seiner Stapelrichtung ausdehnt. Um diese Ausdehnung kompensieren zu können ist eine elastische Schicht mit Vorteil auf dem ersten Endbereich und/oder auf dem zweiten Endbereich angeordnet.According to at least one embodiment of the method, an elastic layer is arranged on the first end area and/or on the second end area. When the battery cell is in operation, it is possible for the electrode stack to expand in the direction of its stacking direction. In order to be able to compensate for this expansion, an elastic layer is advantageously arranged on the first end area and/or on the second end area.

Des Weiteren wird eine Batteriezelle angegeben, die beispielsweise durch das hier beschriebene Verfahren herstellbar ist. Demzufolge sind die Merkmale in Verbindung mit dem Verfahren und auch in Verbindung mit der Batteriezelle beschrieben und umgekehrt.Furthermore, a battery cell is specified, which can be produced, for example, using the method described here. Accordingly, the features are described in connection with the method and also in connection with the battery cell and vice versa.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Batteriezelle eine Folie, umfassend eine erste Elektrodenschicht, eine Separatorschicht und eine zweite Elektrodenschicht.In accordance with at least one embodiment, the battery cell comprises a film comprising a first electrode layer, a separator layer and a second electrode layer.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform umfasst die Folie eine Vielzahl von Bereichen.In accordance with at least one embodiment, the foil comprises a multiplicity of regions.

Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Batteriezelle sind die Bereiche übereinander zu einem Elektrodenstapel gefaltet sind.According to at least one embodiment of the battery cell, the areas are folded over one another to form an electrode stack.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert.Exemplary embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the schematic drawings.

Es zeigen:

  • 1, 2, 3, 4 und 5 Verfahrensschritte bei dem Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle gemäß einem Ausführungsbeispiel,
  • 6, 7, 8, 9 und 10 Verfahrensschritte bei dem Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle gemäß einem Ausführungsbeispiel,
  • 11 einen Elektrodenstapel einer Batteriezelle gemäß einem Ausführungsbeispiel, und
  • 12 eine Batteriezelle gemäß einem Ausführungsbeispiel.
Show it:
  • 1 , 2 , 3 , 4 and 5 Method steps in the method for manufacturing a battery cell according to an embodiment,
  • 6 , 7 , 8th , 9 and 10 Method steps in the method for manufacturing a battery cell according to an embodiment,
  • 11 an electrode stack of a battery cell according to an embodiment, and
  • 12 a battery cell according to an embodiment.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.Elements of the same construction or function are identified with the same reference symbols across the figures.

Bei dem Verfahrensschritt gemäß der 1 wird zunächst eine Folie 2 bereitgestellt, die wie in 2 gezeigt eine erste Elektrodenschicht 3, eine Separatorschicht 4 und eine zweite Elektrodenschicht 5, umfasst. Die Separatorschicht 4 ist zwischen der ersten Elektrodenschicht 3 und der zweiten Elektrodenschicht 5 angeordnet.In the process step according to the 1 a film 2 is first provided, which, as in 2 shown comprises a first electrode layer 3, a separator layer 4 and a second electrode layer 5. The separator layer 4 is arranged between the first electrode layer 3 and the second electrode layer 5 .

Die Folie 2 ist in eine Vielzahl von Bereichen 6 strukturiert, wobei jeweils zwei der Bereiche 6 direkt benachbart sind. Die Folie 2 weist hierbei eine Haupterstreckungsrichtung auf, entlang der die Bereiche 6 nacheinander angeordnet sind.The film 2 is structured into a large number of areas 6, with two of the areas 6 being directly adjacent in each case. In this case, the film 2 has a main extension direction, along which the regions 6 are arranged one after the other.

Jeder Bereich 6 weist in diesem Ausführungsbeispiel eine im Wesentlichen kreisförmige Grundfläche auf. Die Grundfläche weist zwei Kreissegmente 14 auf, deren gegenüberliegenden Endbereiche jeweils mit einer Seite 13 miteinander verbunden sind. Damit weist die Grundfläche zwei gerade Seiten 13 auf, die parallel zueinander verlaufen. Weiterhin sind direkt benachbarte Bereiche 6 an den Seiten 13 direkt miteinander verbunden.In this exemplary embodiment, each region 6 has an essentially circular base area. The base has two circle segments 14, the opposite end areas of which are each connected to one side 13 with one another. The base thus has two straight sides 13 which run parallel to one another. Furthermore, directly adjacent areas 6 are connected directly to one another on the sides 13 .

Bei dem Verfahrensschritt gemäß den 2 und 3 wird ein Elektrodenstapel 7 durch Falten der Folie 2 erzeugt, indem direkt benachbarte Bereiche 6 übereinander gefaltet werden. Die Bereiche 6 sind hierbei kongruent übereinander gestapelt angeordnet.In the process step according to 2 and 3 an electrode stack 7 is produced by folding the foil 2 in that directly adjacent areas 6 are folded over one another. The areas 6 are arranged congruently stacked one on top of the other.

Die Bereiche 6 werden jeweils an ihren Seiten 13 gefaltet. Durch das Falten bilden sich erste Falten 11 und zweite Falten 12. Bei den ersten Falten 11 ist die erste Elektrodenschicht 3 frei zugänglich. Bei den zweiten Falten 12 ist die zweite Elektrodenschicht 5 frei zugänglich.The areas 6 are each folded on their sides 13 . First folds 11 and second folds 12 form as a result of the folding. In the case of the first folds 11, the first electrode layer 3 is freely accessible. In the case of the second folds 12, the second electrode layer 5 is freely accessible.

Bei dem Verfahrensschritt gemäß den 4 und 5 wird ein Gehäuse 8 bereitgestellt, in das der Elektrodenstapel 7 eingefügt wird. Durch das Einfügen wird die Batteriezelle 1 gebildet.In the process step according to 4 and 5 a housing 8 is provided into which the electrode stack 7 is inserted. The battery cell 1 is formed by the insertion.

Die freiliegende erste Elektrodenschicht 3 im ersten Endbereich 9 kann durch eine erste Kontaktierung 17 kontaktiert werden. Ferner kann die freiliegende zweite Elektrodenschicht 5 im zweiten Endbereich 10 durch eine zweite Kontaktierung 18 kontaktiert werden.The uncovered first electrode layer 3 in the first end region 9 can be contacted by a first contact 17 . Furthermore, the uncovered second electrode layer 5 in the second end region 10 can be contacted by a second contact 18 .

Bei dem Verfahrensschritt gemäß den 6, 7, 8, 9 und 10 wird die Folie 2 im Unterschied zu den Verfahrensschritten in Verbindung mit den 1 bis 5 so strukturiert, dass vieleckige Bereiche 6 erzeugt werden.In the process step according to 6 , 7 , 8th , 9 and 10 the film 2 is different from the process steps in connection with the 1 until 5 structured so that polygonal areas 6 are generated.

In diesem Ausführungsbeispiel weist jeder Bereich 6 eine hexagonale Grundfläche auf. Jeder Bereich 6 weist zwei sich gegenüberliegende Seiten 13 auf, wobei direkt benachbarte Bereiche 6 insbesondere an den Seiten 13 direkt miteinander verbunden sind.In this exemplary embodiment, each area 6 has a hexagonal base area. Each area 6 has two opposite sides 13, with directly adjacent areas 6 being directly connected to one another, in particular at the sides 13.

Der Elektrodenstapel 7 gemäß der 11 ist derart gestapelt, dass alternierend jeweils zwei Deckflächen 16 direkt benachbarter Bereiche 6 in direktem Kontakt stehen und jeweils zwei Bodenflächen 15 direkt benachbarter Bereiche 6 in direktem Kontakt stehen.The electrode stack 7 according to the 11 is stacked in such a way that alternately two top surfaces 16 of directly adjacent regions 6 are in direct contact and two bottom surfaces 15 of directly adjacent regions 6 are in direct contact.

Die Batteriezelle 1 gemäß der 12 umfasst einen Elektrodenstapel 7, der in einem Gehäuse 8 angeordnet ist. Die freiliegende Außenfläche der ersten Elektrodenschicht 3 ist mit einer ersten Kontaktierung 17 kontaktiert und die freiliegende Außenfläche der zweiten Elektrodenschicht 5 ist mit einer zweiten Kontaktierung 18 kontaktiert.The battery cell 1 according to the 12 comprises an electrode stack 7 which is arranged in a housing 8 . The exposed outer surface of the first electrode layer 3 is contacted with a first contact 17 and the exposed outer surface of the second electrode layer 5 is contacted with a second contact 18 .

Bezugszeichenlistereference list

11
Batteriezellebattery cell
22
Foliefoil
33
erste Elektrodenschichtfirst electrode layer
44
Separatorschichtseparator layer
55
zweite Elektrodenschichtsecond electrode layer
66
Bereicharea
77
Elektrodenstapelelectrode stack
88th
GehäuseHousing
99
erster Endbereichfirst end area
1010
zweiter Endbereichsecond end area
1111
erste Faltenfirst wrinkles
1212
zweite Faltensecond folds
1313
Seiteside
1414
Kreissegmentcircle segment
1515
Bodenflächefloor space
1616
Deckflächetop surface
1717
erste Kontaktierungfirst contact
1818
zweite Kontaktierungsecond contact

Claims (10)

Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle (1), mit den Schritten: - Bereitstellen einer Folie (2), umfassend eine erste Elektrodenschicht (3), eine Separatorschicht (4) und eine zweite Elektrodenschicht (5), - Strukturieren der Folie (2) in eine Vielzahl von Bereichen (6), wobei jeweils zwei der Bereiche (6) direkt benachbart sind, - Erzeugen eines Elektrodenstapels (7) durch Falten der Folie (2) derart, dass direkt benachbarte Bereiche (6) übereinander gefaltet werden.Method for producing a battery cell (1), with the steps: - Providing a film (2) comprising a first electrode layer (3), a separator layer (4) and a second electrode layer (5), - structuring of the film (2) into a plurality of areas (6), two of the areas (6) being directly adjacent in each case, - Creating an electrode stack (7) by folding the film (2) in such a way that directly adjacent areas (6) are folded over one another. Verfahren nach Anspruch 1, wobei - an einem ersten Endbereich (9) des Elektrodenstapels (7) die erste Elektrodenschicht (3) frei zugänglich ist, und - an einem dem ersten Endbereich (9) gegenüberliegenden zweiten Endbereich (10) des Elektrodenstapels (7) die zweite Elektrodenschicht (5) frei zugänglich ist.procedure after claim 1 , wherein - the first electrode layer (3) is freely accessible on a first end region (9) of the electrode stack (7), and - the second electrode layer ( 5) is freely accessible. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei - sich durch das Falten der Folie (2) erste Falten (11) und zweite Falten (12) bilden, - bei den ersten Falten (11) die erste Elektrodenschicht (3) frei zugänglich ist, - bei den zweiten Falten (12) die zweite Elektrodenschicht (5) frei zugänglich ist, und - die ersten Falten (11) und die zweiten Falten (12) an gegenüberliegenden Seitenflächen des Elektrodenstapels (7) angeordnet sind.Procedure according to one of Claims 1 or 2 , whereby - first folds (11) and second folds (12) are formed by folding the film (2), - the first electrode layer (3) is freely accessible in the first folds (11), - in the second folds (12 ) the second electrode layer (5) is freely accessible, and - the first folds (11) and the second folds (12) are arranged on opposite side surfaces of the electrode stack (7). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei - der Elektrodenstapel (7) in ein Gehäuse (8) eingesetzt wird, und - die Batteriezelle (1) durch das Einsetzen des Elektrodenstapels (7) in das Gehäuse (8) gebildet wird.Procedure according to one of Claims 1 until 3 , wherein - the electrode stack (7) is inserted into a housing (8), and - the battery cell (1) is formed by inserting the electrode stack (7) into the housing (8). Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Separatorschicht (4) zwischen der ersten Elektrodenschicht (3) und der zweiten Elektrodenschicht (5) angeordnet ist.Procedure according to one of Claims 1 until 4 , wherein the separator layer (4) between the first Electrode layer (3) and the second electrode layer (5) is arranged. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei - die Bereiche (6) kongruent zueinander sind.Procedure according to one of Claims 1 until 5 , where - the areas (6) are congruent to each other. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei - jeder Bereich (6) eine im Wesentlichen kreisförmige Grundfläche aufweist.Procedure according to one of Claims 1 until 6 , wherein - each region (6) has a substantially circular base area. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei - jeder Bereich (6) eine vieleckige Grundfläche aufweist.Procedure according to one of Claims 1 until 6 , wherein - each area (6) has a polygonal base area. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei - eine elastische Schicht auf dem ersten Endbereich (9) und/oder auf dem zweiten Endbereich (10) angeordnet ist.Procedure according to one of Claims 1 until 8th , wherein - an elastic layer is arranged on the first end area (9) and/or on the second end area (10). Batteriezelle (1), mit - einer Folie (2), umfassend eine erste Elektrodenschicht (3), eine Separatorschicht (4) und eine zweite Elektrodenschicht (5), wobei - die Folie (2) eine Vielzahl von Bereichen (6) umfasst, und - die Bereiche (6) übereinander zu einem Elektrodenstapel (7) gefaltet sind.Battery cell (1), with - A film (2) comprising a first electrode layer (3), a separator layer (4) and a second electrode layer (5), wherein - the film (2) comprises a plurality of areas (6), and - the areas (6) are folded over one another to form an electrode stack (7).
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