DE102022000709A1 - Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Einzelzelle und elektrochemische Einzelzelle - Google Patents

Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Einzelzelle und elektrochemische Einzelzelle Download PDF

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Hendrik Dubbe
Malte Henrik Klein
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Einzelzelle (100), wenigstens umfassend Herstellen einer ersten Elektrodenlage (16) aus einem bandförmigen Separator (14), auf welchen in einer Längsrichtung (54) abwechselnd ein erstes Elektrodenblatt (10) und ein zweites Elektrodenblatt (12), insbesondere durch Laminieren, angeordnet werden, wobei die ersten Elektrodenblätter (10) und die zweiten Elektrodenblätter (12) entlang einer Erstreckung (26) des Separators (14) voneinander beabstandet angeordnet werden; Herstellen einer zweiten Elektrodenlage (18) aus einem bandförmigen Separator (14), auf welchen abwechselnd ein zweites Elektrodenblatt (12) und ein erstes Elektrodenblatt (10), insbesondere durch Laminieren, angeordnet werden, wobei die zweiten Elektrodenblätter (12) und die ersten Elektrodenblätter (10) entlang der Erstreckung (26) des Separators (14) voneinander beabstandet angeordnet werden; Fügen der beiden Elektrodenlagen (16, 18) in einer Hochrichtung (56) aufeinander; Wickeln des Elektrodenstrangs (20) auf einen flachen Wickelkern (22) zu einem Flachwickel (28).Die Erfindung betrifft ferner eine elektrochemische Einzelzelle (100) mit einem Flachwickel (28).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Einzelzelle sowie eine elektrochemische Einzelzelle mit einem Flachwickel in einem Zellgehäuse.
  • In Zellgehäusen von prismatischen Hard-Case-Batteriezellen wird meist ein Zellwickel in Form einer sogenannten Jelly-Roll verwendet. Dabei werden Anode, Kathode und Separator auf einem Kern aufgerollt. Dieses Verfahren ist im Vergleich zu stapelnden Verfahren sehr schnell, führt jedoch dazu, dass der verfügbare Bauraum innerhalb des Zellgehäuses nicht optimal ausgenutzt werden kann. Die Verwendung eines Zellstapels nutzt den Bauraum besser aus, bedeutet aber eine niedrigere Fertigungsgeschwindigkeit auf Grund des Stapeln von einzelnen Elektrodenblättern, kombiniert bisweilen mit Z-Falten des Separators.
  • Die DE 10 2007 017 024 B3 offenbart ein Verfahren zum Herstellen einer Batteriezelle in Wickelbauweise, insbesondere einer Zelle einer Lithium-Ionen-Batterie oder Nickel-Metallhydrid-Batterie, mit einem um eine Längsachse der Zelle gewickelten Elektrodenwickel aus einem Elektrodenband, weist also die Besonderheit auf, dass der Elektrodenwickel durch Wickeln des Elektrodenbandes um einen formstabilen, sich in Richtung der Längsachse erstreckenden Wickelkern auf den Wickelkern aufgebracht und anschließend der Elektrodenwickel mit einer von außen in radialer, quer zur Längsachse orientierter Richtung auf den Elektrodenwickel pressenden Formpresse in eine andere Querschnittsform umgeformt wird.
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Einzelzelle anzugeben, bei dem eine möglichst hohe Bauraumausnutzung mit einer günstigen Fertigungsgeschwindigkeit kombiniert wird.
  • Eine weitere Aufgabe ist es, eine elektrochemische Einzelzelle mit einem Flachwickel in einem Zellgehäuse, insbesondere einem prismatischen Zellgehäuse zu schaffen, welche eine möglichst hohe Bauraumausnutzung aufweist.
  • Die vorgenannten Aufgaben werden mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche gelöst.
  • Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
  • Nach einem Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Einzelzelle vorgeschlagen, wenigstens umfassend: Herstellen einer ersten Elektrodenlage aus einem bandförmigen Separator, auf welchen in einer Längsrichtung abwechselnd ein erstes Elektrodenblatt und ein zweites Elektrodenblatt, insbesondere durch Laminieren, angeordnet werden, wobei die ersten Elektrodenblätter und die zweiten Elektrodenblätter entlang einer Erstreckung des Separators voneinander beabstandet angeordnet werden; Herstellen einer zweiten Elektrodenlage aus einem bandförmigen Separator, auf welchen abwechselnd ein zweites Elektrodenblatt und ein erstes Elektrodenblatt, insbesondere durch Laminieren, angeordnet werden, wobei die zweiten Elektrodenblätter und die ersten Elektrodenblätter entlang der Erstreckung des Separators voneinander beabstandet angeordnet werden; Fügen der beiden Elektrodenlagen in einer Hochrichtung aufeinander, insbesondere durch Laminieren, zu einem Elektrodenstrang, sodass jeweils ein erstes Elektrodenblatt einem zweiten Elektrodenblatt durch den Separator getrennt einander gegenüberliegend angeordnet ist; Wickeln des Elektrodenstrangs auf einen flachen Wickelkern zu einem Flachwickel; Montieren des Flachwickels in einem Zellgehäuse, insbesondere in einem festen Zellgehäuse, welches eine prismatische Bauform aufweist, insbesondere welches durch Tiefziehen oder Kaltfließpressen hergestellt ist.
  • Nach dem vorgeschlagenen Verfahren wird beispielsweise mittels Laminieren zunächst ein Elektrodenstrang bestehend Elektrodenlagen aus ersten und zweiten Elektrodenblättern, beispielsweise einer Anode und einer Kathode, und einem kontinuierlichen Separatorband hergestellt. Der Elektrodenstrang umfasst dabei wenigstens zwei Elektrodenlagen, die so angeordnet sind, dass jeweils ein erstes Elektrodenblatt einem zweiten Elektrodenblatt, getrennt durch den Separator gegenüber liegt.
  • Die Fertigung des Elektrodenstrangs kann vorteilhaft sequentiell erfolgen, also erst die Herstellung einer Elektrodenlage, dann die Herstellung der anderen Elektrodenlage, und dann der Laminierprozess, bei dem beiden Elektrodenlagen zusammen laminiert werden. Alternativ ist jedoch auch möglich, dass beiden Elektrodenlagen in einem Durchgang gefertigt werden. Hierzu können die Separatorbänder simultan abgewickelt werden und dann jeweils zwei entgegengesetzte Elektroden eingeschoben werden. Der gesamte Elektrodenstrang wird dann in einem Prozess laminiert. Ein solcher Prozess ist vorteilhaft, da das Laminieren dann simultan erfolgt, also Separator plus Anodenblatt plus Separator plus Kathodenblatt. Dadurch kann bei der Fertigung Zeit gespart werden, jedoch werden höhere Anforderungen an die Toleranzen der einzelnen Elektrodenblätter und Separatorbänder gestellt.
  • Der Elektrodenstrang wird dann auf einen flachen Wickelkern aufgewickelt. Dabei entsteht zwar ebenfalls eine Rundung an den Außenseiten, diese ist jedoch deutlich flacher, da die Dicke des Separators für gewöhnlich klein ist gegenüber der Dicke einer Elektrode. Damit kann der Elektrodenverbund größer ausgeführt werden als im Fall eines klassischen Elektrodenwickels und der Geschwindigkeitsvorteil des Wickelns kann genutzt werden.
  • Ein weiterer Vorteil ist, dass besonders für empfindliche Elektroden die Biegung im Vergleich zu einem konventionellen Rundwickel entfällt. Das bedeutet, dass mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren auch die Gefahr des Abplatzens der Beschichtung der Elektroden vermindert wird.
  • Hierdurch können insbesondere auch Einzelzellen in Festkörpertechnologien schnell gefertigt werden, welche sich üblicherweise schlecht oder gar nicht über Wickeln der Elektroden fertigen lassen.
  • Der auf dem Flachwickel entstehende Separator-Überstand in der längeren Ausdehnung des Flachwickels kann beispielsweise mittels Laser-Beschnitt oder mittels Heißpressen minimiert werden.
  • Vorteilhaft ist so eine Kombination der hohen Fertigungsgeschwindigkeit eines Elektrodenwickels mit der effizienten Bauraumausnutzung eines Zellstapels möglich. Mehrkosten durch den Separator-Überstand bzw. Verschnitt sind dabei nahezu vernachlässigbar.
  • Das Herstellen des Zellbechers kann mit den üblichen Fertigungsverfahren wie Tiefziehen oder Kaltfließpressen erfolgen. Jedoch können für die Herstellung des Zellbechers auch andere Fertigungsverfahren eingesetzt werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens kann das erste Elektrodenblatt so beschnitten werden, dass das erste Elektrodenblatt einen lateralen Überstand gegenüber dem zweiten, ihm in Hochrichtung gegenüber liegenden, Elektrodenblatt aufweist. Insbesondere bei Li-lonen-Zellen wird die Anode in ihrer Fläche bevorzugt größer ausgebildet als die Kathode.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können die ersten und zweiten Elektrodenblätter entlang der Erstreckung des Separators so angeordnet werden, dass ein Abstand zwischen einem ersten Elektrodenblatt und einem zweiten Elektrodenblatt mit zunehmender Länge in Längsrichtung des Separators sukzessive größer ist. Auf diese Weise können die ersten und zweiten Elektrodenblätter auch bei größer werdendem Wickeldurchmesser jeweils übereinander positioniert werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können vor dem Montieren des Flachwickels im Zellgehäuse Bereiche des Separators in einer längeren Ausdehnung des Flachwickels so abgetrennt werden, insbesondere durch einen Laser-Beschnitt, dass offene Enden des Separators einen lateralen Überstand gegenüber den ersten und zweiten Elektrodenblättern aufweisen. Dadurch kann die Bauraumausnutzung in dem Zellgehäuse günstigerweise weiter verbessert werden. Durch den Beschnitt entsteht praktisch ein Elektrodenstapel mit der vorteilhaften Bauraumausnutzung. Das Abtrennen erleichtert zudem das Eindringen des Elektrolyten, wenn die Zelle befüllt wird. Auf diese Weise kann der Elektrolyt die Elektroden und den Separator schneller benetzen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können vor dem Montieren des Flachwickels im Zellgehäuse Bereiche des Separators in einer längeren Ausdehnung des Flachwickels flach verformt werden. Insbesondere können die flach verformten Bereiche durch Heißverpressen des Flachwickels entlang seiner längeren Ausdehnung hergestellt werden. Auch durch Verpressen des Flachwickels in der längeren Ausdehnung des Flachwickels kann die Bauraumausnutzung in dem Zellgehäuse günstigerweise weiter verbessert werden.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens können vor dem Montieren des Flachwickels im Zellgehäuse die ersten Elektrodenblätter der ersten und der zweiten Elektrodenlage elektrisch miteinander kontaktiert werden und die zweiten Elektrodenblätter der ersten und der zweiten Elektrodenlage elektrisch miteinander kontaktiert werden. Auf diese Weise können die Elektroden der elektrochemischen Zelle günstig miteinander verschaltet werden. Beispielsweise können so alle ersten Elektrodenblätter miteinander parallel geschaltet werden, und alle zweiten Elektrodenblätter miteinander parallel geschaltet werden.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine elektrochemische Einzelzelle mit einem Flachwickel in einem Zellgehäuse, insbesondere einem prismatischen Zellgehäuse, vorgeschlagen, hergestellt mit einem solchen Verfahren, wobei ein Elektrodenstrang aus einer ersten und einer zweiten Elektrodenlage auf einen flachen Wickelkern gewickelt ist, mit in einer Hochrichtung abwechselnd aufeinander folgenden ersten Elektrodenblättern und zweiten Elektrodenblättern, die durch einen Separator voneinander beabstandet angeordnet sind. Dabei sind die beiden Elektrodenlagen des Elektrodenstrangs so aufeinander angeordnet, dass jeweils ein erstes Elektrodenblatt einem zweiten Elektrodenblatt durch den Separator getrennt einander gegenüberliegend angeordnet ist.
  • Die vorgeschlagene elektrochemische Einzelzelle umfasst im Zellgehäuse einen Flachwickel aus einem Elektrodenstrang, bei dem erste und zweite Elektrodenblätter, getrennt durch einen Separator jeweils einander gegenüber liegen.
  • Der Elektrodenstrang ist auf einen flachen Wickelkern aufgewickelt. Dabei entsteht zwar ebenfalls eine Rundung an den Außenseiten, diese ist jedoch deutlich flacher, da die Dicke des Separators für gewöhnlich klein ist gegenüber der Dicke einer Elektrode. Damit kann der Elektrodenverbund größer ausgeführt werden als im Fall eines klassischen Elektrodenwickels und der Geschwindigkeitsvorteil des Wickelns kann bei der Fertigung der Einzelzelle genutzt werden.
  • Ein weiterer Vorteil ist, dass besonders für empfindliche Elektroden die Biegung im Vergleich zu einem konventionellen Rundwickel entfällt. Das bedeutet, dass mit dem hier vorgeschlagenen Verfahren auch die Gefahr des Abplatzens der Beschichtung der Elektroden vermindert wird.
  • Hierdurch können insbesondere auch Einzelzellen in Festkörpertechnologien schnell gefertigt werden, welche sich üblicherweise schlecht oder gar nicht über Wickeln der Elektroden fertigen lassen.
  • Der auf dem Flachwickel entstehende Separator-Überstand in der längeren Ausdehnung des Flachwickels kann beispielsweise mittels Laser-Beschnitt oder mittels Heißpressen minimiert sein.
  • Vorteilhaft ist so eine Kombination der hohen Fertigungsgeschwindigkeit eines Elektrodenwickels mit der effizienten Bauraumausnutzung eines Zellstapels möglich. Mehrkosten durch den Separator-Überstand bzw. Verschnitt sind dabei nahezu vernachlässigbar.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der elektrochemischen Einzelzelle kann der Flachwickel in seiner längeren Ausdehnung offene Enden des Separators aufweisen, welche einen lateralen Überstand gegenüber den ersten und zweiten Elektrodenblättern aufweisen. Dadurch kann die Bauraumausnutzung in dem Zellgehäuse günstigerweise weiter verbessert sein. Durch den Beschnitt entsteht praktisch ein Elektrodenstapel mit der vorteilhaften Bauraumausnutzung. Das Abtrennen erleichtert zudem das Eindringen des Elektrolyten, wenn die Zelle befüllt wird. Auf diese Weise kann der Elektrolyt die Elektroden und den Separator schneller benetzen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der elektrochemischen Einzelzelle kann der Flachwickel in seiner längeren Ausdehnung flach verformte Bereiche des Separators aufweisen. Insbesondere können die flach verformten Bereiche durch Heißverpressen des Flachwickels entlang seiner längeren Ausdehnung hergestellt sein. Auch durch Verpressen des Flachwickels in der längeren Ausdehnung des Flachwickels kann die Bauraumausnutzung in dem Zellgehäuse günstigerweise weiter verbessert sein.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der elektrochemischen Einzelzelle können in der ersten und der zweiten Elektrodenlage jeweils die ersten Elektrodenblätter elektrisch miteinander kontaktiert sein und die zweiten Elektrodenblätter elektrisch miteinander kontaktiert sein. Auf diese Weise können die Elektroden der elektrochemischen Zelle günstig miteinander verschaltet sein. Beispielsweise können so alle ersten Elektrodenblätter miteinander parallel geschaltet sein, und alle zweiten Elektrodenblätter miteinander parallel geschaltet sein
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
  • Dabei zeigen:
    • 1 einen Längsschnitt durch einen laminierten Elektrodenstrang nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 2 einen Längsschnitt durch einen Flachwickel aus einem laminierten Elektrodenstrang nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung;
    • 3 einen Längsschnitt durch einen beschnittenen Flachwickel vor der Montage in ein Zellgehäuse nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
    • 4 einen Längsschnitt durch einen verpressten Flachwickel vor der Montage in ein Zellgehäuse nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
  • 1 zeigt einen Längsschnitt durch einen laminierten Elektrodenstrang 20 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Gemäß dem vorgeschlagenen Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Einzelzelle 100, wird eine erste Elektrodenlage 16 aus einem bandförmigen Separator 14 hergestellt, auf welchen in einer Längsrichtung 54 abwechselnd ein erstes Elektrodenblatt 10 und ein zweites Elektrodenblatt 12, insbesondere durch Laminieren, angeordnet werden. Die ersten Elektrodenblätter 10 und die zweiten Elektrodenblätter 12 werden dabei entlang einer Erstreckung 26 des Separators 14 voneinander beabstandet angeordnet. Das erste Elektrodenblatt 10 kann beispielsweise eine Anode sein, dann ist das zweite Elektrodenblatt 12 die dazugehörige Kathode.
  • Es wird weiter eine zweite Elektrodenlage 18 in ähnlicher Weise hergestellt, wobei lediglich die Reihenfolge der ersten und zweiten Elektrodenblätter 10, 12 umgekehrt ist.
  • Sodann werden die beiden Elektrodenlagen 16, 18 in einer Hochrichtung 56 zu einem Elektrodenstrang 20 aufeinander gefügt, insbesondere durch Laminieren, sodass jeweils ein erstes Elektrodenblatt 10 einem zweiten Elektrodenblatt 12 durch den Separator 14 getrennt einander gegenüberliegend angeordnet ist. Dabei überragt das erste Elektrodenblatt 10, beispielsweise die Anode, das gegenüber liegende zweite Elektrodenblatt 12, beispielsweise die Kathode.
  • Der Elektrodenstrang 20 wird auf einen flachen Wickelkern 22 zu einem Flachwickel 28 gewickelt. Die Wickelrichtung 50 ist in 1 durch einen Pfeil angedeutet.
  • Die ersten und zweiten Elektrodenblätter 10, 12 können günstigerweise entlang der Erstreckung 26 des Separators 14 so angeordnet werden, dass ein Abstand 24 zwischen einem ersten Elektrodenblatt 10 und einem zweiten Elektrodenblatt 12 mit zunehmender Länge in Längsrichtung 54 des Separators 14 sukzessive größer ist. Auf diese Weise liegen die ersten und zweiten Elektrodenblätter 10, 12 auf dem Flachwickel auch bei größer werdendem Wickeldurchmesser jeweils übereinander.
  • 2 zeigt einen Längsschnitt durch einen Flachwickel 28 aus einem laminierten Elektrodenstrang 20 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung vor der Montage in Montagerichtung 52 in ein Zellgehäuse 40, welches im Schnitt schematisch angedeutet ist.
  • Der Flachwickel 28 ist insbesondere zur Montage in ein festes Zellgehäuse 40, welches eine prismatische Bauform aufweist, vorgesehen. Das Zellgehäuse 40 kann beispielsweise durch Tiefziehen oder Kaltfließpressen oder auch mit anderen Fertigungsverfahren hergestellt sein.
  • Wie in den Längsschnitten in 1 und 2 erkennbar ist, kann das erste Elektrodenblatt 10 so beschnitten werden, dass das erste Elektrodenblatt 10 einen lateralen Überstand gegenüber dem zweiten, ihm in Hochrichtung 56 gegenüber liegenden, Elektrodenblatt 12 aufweist.
  • Vor dem Montieren des Flachwickels 28 im Zellgehäuse 40 werden die ersten Elektrodenblätter 10 der ersten und der zweiten Elektrodenlage 16, 18 elektrisch miteinander kontaktiert und die zweiten Elektrodenblätter 12 der ersten und der zweiten Elektrodenlage 16, 18 elektrisch miteinander kontaktiert, sodass der Elektrodenstrang bestimmungsgemäß zum Einbau in das Zellgehäuse 40 und zur Kontaktierung von, nicht dargestellten, Anschlusspolen der Einzelzelle 100 verschaltet ist.
  • 3 zeigt einen Längsschnitt durch einen beschnittenen Flachwickel 28 vor der Montage in ein Zellgehäuse 40 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung.
  • Vor dem Montieren des Flachwickels 28 in das Zellgehäuse 40 werden dabei Bereiche 36 des Separators 14 in einer längeren Ausdehnung 30 des Flachwickels 28 (in 2 erkennbar) so abgetrennt, insbesondere durch einen Laserbeschnitt, dass offene Enden 32 des Separators 14 einen lateralen Überstand gegenüber den ersten und zweiten Elektrodenblättern 10, 12 aufweisen. Laser 42 mit dem entsprechenden Laserstrahl 44 für den Beschnitt sind schematisch dargestellt. Dadurch wird die Bauraumausnutzung im Zellgehäuse 40 vorteilhaft erhöht und entspricht praktisch einem herkömmlichen Zellstapel.
  • In 4 ist ein Längsschnitt durch einen verpressten Flachwickel 28 vor der Montage in ein Zellgehäuse 40 nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt.
  • Vor dem Montieren des Flachwickels 28 in das Zellgehäuse 40 werden dabei Bereiche 34 des Separators 14 in einer längeren Ausdehnung 30 des Flachwickels 28 flach verformt. Insbesondere kann das durch Heißverpressen des Flachwickels 28 entlang seiner längeren Ausdehnung 30 erreicht werden. Stempel 46, welche von beiden Seiten in der längeren Ausdehnung 30 des Flachwickels 28 Kräfte 48 auf die Bereiche 34 des Flachwickels 28 ausüben, sind in 4 schematisch dargestellt. Durch das Heißpressen werden im Wesentlichen die Überstände des Separators 14 zusammengepresst und laminiert, sodass der Bauraum für die Überstände des Separators 14 reduziert wird.
  • Die längere Ausdehnung 30 des Flachwickels 28 kann dadurch entscheidend verkürzt werden. Dadurch wird die Bauraumausnutzung im Zellgehäuse 40 vorteilhaft erhöht und entspricht praktisch einem herkömmlichen Zellstapel.
  • Nach dem vorgeschlagenen Verfahren entsteht so vorteilhaft eine elektrochemische Einzelzelle 100 mit einem Flachwickel 28 in einem Zellgehäuse 40, insbesondere einem prismatischen Zellgehäuse 40.
  • Bei der Einzelzelle 100 sind dabei ein Elektrodenstrang 20 aus einer ersten und einer zweiten Elektrodenlage 16, 18 auf einen flachen Wickelkern 22 gewickelt, mit in der Hochrichtung 56 abwechselnd aufeinander folgenden ersten Elektrodenblättern 10 und zweiten Elektrodenblättern 12, die durch einen Separator 14 voneinander beabstandet angeordnet sind. Die beiden Elektrodenlagen 16, 18 des Elektrodenstrangs 20 sind so aufeinander angeordnet, dass jeweils ein erstes Elektrodenblatt 10 einem zweiten Elektrodenblatt 12 durch den Separator 14 getrennt einander gegenüberliegend angeordnet ist.
  • Der Flachwickel 28 kann dabei in seiner längeren Ausdehnung 30 offene Enden 32 des Separators 14 aufweisen, wie in 3 dargestellt, welche einen lateralen Überstand gegenüber den ersten und zweiten Elektrodenblättern 10, 12 aufweisen.
  • Weiter kann der Flachwickel 28 in seiner längeren Ausdehnung 30 flach verformte Bereiche 34 des Separators 14 aufweisen, wie in 4 dargestellt. Insbesondere können die flach verformten Bereiche 34 durch Heißverpressen des Flachwickels 28 entlang seiner längeren Ausdehnung 30 hergestellt sein.
  • Günstigerweise sind dabei in der ersten und der zweiten Elektrodenlage 16, 18 jeweils die ersten Elektrodenblätter 10 miteinander elektrisch kontaktiert und die zweiten Elektrodenblätter 12 miteinander elektrisch kontaktiert. Beispielsweise können so alle ersten Elektrodenblätter miteinander parallel geschaltet sein, und alle zweiten Elektrodenblätter miteinander parallel geschaltet sein
  • Bezugszeichenliste
  • 10
    erstes Elektrodenblatt
    12
    zweites Elektrodenblatt
    14
    Separator
    16
    erste Elektrodenlage
    18
    zweite Elektrodenlage
    20
    Elektrodenstrang
    22
    Wickelkern
    24
    Abstand Elektrodenblätter
    26
    Erstreckung
    28
    Flachwickel
    30
    längere Ausdehnung
    32
    offenes Ende
    34
    flach verformter Bereich
    36
    Bereich
    40
    Zellgehäuse
    42
    Laser
    44
    Laserstrahl
    46
    Stempel
    48
    Kraft
    50
    Wickelrichtung
    52
    Montagerichtung
    54
    Längsrichtung
    56
    Hochrichtung
    100
    Einzelzelle
  • 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 102007017024 B3 [0003]

Claims (10)

  1. Verfahren zum Herstellen einer elektrochemischen Einzelzelle (100), wenigstens umfassend - Herstellen einer ersten Elektrodenlage (16) aus einem bandförmigen Separator (14), auf welchen in einer Längsrichtung (54) abwechselnd ein erstes Elektrodenblatt (10) und ein zweites Elektrodenblatt (12), insbesondere durch Laminieren, angeordnet werden, wobei die ersten Elektrodenblätter (10) und die zweiten Elektrodenblätter (12) entlang einer Erstreckung (26) des Separators (14) voneinander beabstandet angeordnet werden; - Herstellen einer zweiten Elektrodenlage (18) aus einem bandförmigen Separator (14), auf welchen abwechselnd ein zweites Elektrodenblatt (12) und ein erstes Elektrodenblatt (10), insbesondere durch Laminieren, angeordnet werden, wobei die zweiten Elektrodenblätter (12) und die ersten Elektrodenblätter (10) entlang der Erstreckung (26) des Separators (14) voneinander beabstandet angeordnet werden; - Fügen der beiden Elektrodenlagen (16, 18) in einer Hochrichtung (56) aufeinander, insbesondere durch Laminieren, zu einem Elektrodenstrang (20), sodass jeweils ein erstes Elektrodenblatt (10) einem zweiten Elektrodenblatt (12) durch den Separator (14) getrennt einander gegenüberliegend angeordnet ist; - Wickeln des Elektrodenstrangs (20) auf einen flachen Wickelkern (22) zu einem Flachwickel (28); - Montieren des Flachwickels (28) in einem Zellgehäuse (40), insbesondere in einem festen Zellgehäuse (40), welches eine prismatische Bauform aufweist, insbesondere welches durch Tiefziehen oder Kaltfließpressen hergestellt ist.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das erste Elektrodenblatt (10) so beschnitten wird, dass das erste Elektrodenblatt (10) einen lateralen Überstand gegenüber dem zweiten, ihm in Hochrichtung (56) gegenüber liegenden, Elektrodenblatt (12) aufweist.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die ersten und zweiten Elektrodenblätter (10, 12) entlang der Erstreckung (26) des Separators (14) so angeordnet werden, dass ein Abstand (24) zwischen einem ersten Elektrodenblatt (10) und einem zweiten Elektrodenblatt (12) mit zunehmender Länge in Längsrichtung (54) des Separators (14) sukzessive größer ist.
  4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Montieren des Flachwickels (28) im Zellgehäuse (40) Bereiche (36) des Separators (14) in einer längeren Ausdehnung (30) des Flachwickels (28) so abgetrennt werden, insbesondere durch einen Laser-Beschnitt, dass offene Enden (32) des Separators (14) einen lateralen Überstand gegenüber den ersten und zweiten Elektrodenblättern (10, 12) aufweisen.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei vor dem Montieren des Flachwickels (28) im Zellgehäuse (40) Bereiche (34) des Separators (14) in einer längeren Ausdehnung (30) des Flachwickels (28) flach verformt werden, insbesondere die flach verformten Bereiche (34) durch Heißverpressen des Flachwickels (28) entlang seiner längeren Ausdehnung (30) hergestellt werden.
  6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei vor dem Montieren des Flachwickels (28) im Zellgehäuse (40) die ersten Elektrodenblätter (10) der ersten und der zweiten Elektrodenlage (16, 18) elektrisch miteinander kontaktiert werden und die zweiten Elektrodenblätter (12) der ersten und der zweiten Elektrodenlage (16, 18) elektrisch miteinander kontaktiert werden.
  7. Elektrochemische Einzelzelle (100) mit einem Flachwickel (28) in einem Zellgehäuse (40), insbesondere einem prismatischen Zellgehäuse (40), hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei ein Elektrodenstrang (20) aus einer ersten und einer zweiten Elektrodenlage (16, 18) auf einen flachen Wickelkern (22) gewickelt ist, mit in einer Hochrichtung (56) abwechselnd aufeinander folgenden ersten Elektrodenblättern (10) und zweiten Elektrodenblättern (12), die durch einen Separator (14) voneinander beabstandet angeordnet sind, wobei die beiden Elektrodenlagen (16, 18) des Elektrodenstrangs (20) so aufeinander angeordnet sind, dass jeweils ein erstes Elektrodenblatt (10) einem zweiten Elektrodenblatt (12) durch den Separator (14) getrennt einander gegenüberliegend angeordnet ist.
  8. Elektrochemische Einzelzelle nach Anspruch 7, wobei der Flachwickel (28) in seiner längeren Ausdehnung (30) offene Enden (32) des Separators (14) aufweist, welche einen lateralen Überstand gegenüber den ersten und zweiten Elektrodenblättern (10, 12) aufweisen.
  9. Elektrochemische Einzelzelle nach Anspruch 7, wobei der Flachwickel (28) in seiner längeren Ausdehnung (30) flach verformte Bereiche (34) des Separators (14) aufweist, insbesondere wobei die flach verformten Bereiche (34) durch Heißverpressen des Flachwickels (28) entlang seiner längeren Ausdehnung (30) hergestellt sind.
  10. Elektrochemische Einzelzelle nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei in der ersten und der zweiten Elektrodenlage (16, 18) jeweils die ersten Elektrodenblätter (10) elektrisch miteinander kontaktiert sind und die zweiten Elektrodenblätter (12) elektrisch miteinander kontaktiert sind.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105977506B (zh) * 2016-06-21 2018-07-03 广东海中新能源设备股份有限公司 一种方形锂电池及其生产方法
DE102016218496A1 (de) * 2016-09-27 2018-03-29 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Elektrodeneinheit für eine Batteriezelle und Elektrodeneinheit
HUE062872T2 (hu) * 2018-04-20 2023-12-28 Bosch Gmbh Robert Eljárás elektróda elrendezés kialakítására akkumulátor cellához és akkumulátor cella

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102007017024B3 (de) 2007-04-11 2008-09-25 Daimler Ag Batteriezelle und Verfahren zu ihrer Herstellung und Batterie

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