EP1922780A1 - Stacks of separators and electrodes alternately stacked one on top of the other and fixed for li storage batteries - Google Patents

Stacks of separators and electrodes alternately stacked one on top of the other and fixed for li storage batteries

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EP1922780A1
EP1922780A1 EP06793224A EP06793224A EP1922780A1 EP 1922780 A1 EP1922780 A1 EP 1922780A1 EP 06793224 A EP06793224 A EP 06793224A EP 06793224 A EP06793224 A EP 06793224A EP 1922780 A1 EP1922780 A1 EP 1922780A1
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EP
European Patent Office
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stack
electrodes
separators
separator
adhesive
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06793224A
Other languages
German (de)
French (fr)
Inventor
Andreas Schormann
Volker Hennige
Gerhard HÖRPEL
Christian Hying
Peter Pilgram
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Evonik Operations GmbH
Original Assignee
Evonik Degussa GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
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    • Y10T156/10—Methods of surface bonding and/or assembly therefor

Definitions

  • the present invention relates to stacks of alternately stacked and fixed separators and electrodes, a method for their production and the use of these stacks in Li accumulators.
  • Lithium-ion batteries have a very high energy density in terms of volume and weight. Therefore, today almost exclusively Li-accumulators are used for mobile small applications such as notebooks, digital cameras and mobile phones. As the size of the accumulators grows, due to the greater amount of stored energy, the danger potential increases, in the event that due to destruction of the accumulator, the stored energy is released uncontrollably. For the use of Li-accumulators z. As in hybrid vehicles, therefore, suitable safety mechanisms or devices must be present to prevent an uncontrolled release of energy.
  • the safety of the cells must be as large as possible in order to ensure a high level of security even in the case of incorrect operation or accident (especially in case of overcharging or ingress of metal parts).
  • the measures must be passive and should not affect normal operation. The measures must also work in all conceivable operating conditions.
  • Li accumulators are used in many different sizes (with capacities from a few mAh up to a few 10 Ah) and forms (cylindrical, prismatic).
  • a special design is stacked prismatic cells (LSBs), the v.a. quite interesting for larger cells.
  • LSBs stacked prismatic cells
  • positive and negative electrodes and separators which separate the electrodes from each other, alternately stacked.
  • a gas overpressure develops in the cell. Due to the gas pressure between the individual layers gaps can arise and the individual layers can move against each other, which can lead to a short circuit between the electrodes. Due to the short-circuit current, the temperature continues to rise. Polymer separators can then be thermally destroyed and complete cell thermal destruction can occur.
  • separators z. B. welded by means of point or line welding to bags, in which then the positive or negative electrode are plugged.
  • ceramic separators or hybrid ceramic separators can be used, which are thermally quasi destructible.
  • Such separators are z.
  • WO 2004/021469, WO 2004/021474, WO 2004/021476, WO 2004/021477, WO 2004/021499, WO 2004/049471, WO 2004/049472, WO 2005/038946, WO 2005/038959 and WO 2005 / 038960 are z.
  • separators which have a high proportion of ceramic or a small proportion of polymers
  • customary welding spot or line welding
  • the bag construction takes up space and causes additional weight because the weld is outside the stack.
  • No. 6,399,240 describes a method for producing stacks in which the surfaces of the electrodes on the active mass or adjacent to the active mass are provided with an adhesive, the electrodes thus equipped are stacked alternately with separators as an intermediate layer and then the electrodes be glued together with the separators by heat.
  • a disadvantage of this method is that the adhesive must be applied very precisely to the individual electrodes.
  • electrode-separator stacks can be fixed by simple adhesion to one side or edge of the stack, and that such bonding can also be used for ceramic separators or separators having a high ceramic content.
  • the present invention therefore relates to stacks of alternately stacked and fixed separators and electrodes, which are characterized in that the stacks have on at least one side and / or edge of the stack at least one adhesive of an organic adhesive, the electrodes and separators of the Batches glued together.
  • a method for producing a stack of alternately stacked and fixed separators and electrodes which is characterized in that separators and electrodes are alternately stacked on an electrode and on at least one side of the stack thus obtained, a bond is applied, which has at least one side of the electrodes and separators present in the stack a contact.
  • the present invention is the use of a stack according to the invention in a Li-accumulator and a Li-accumulator containing a stack according to the invention.
  • the stacks of the invention have the advantage over unfixed stacks that electrodes and separators are fixed by gluing against each other so that contact between the anode and cathode when inflating the cell or damage can be excluded by mechanical stresses.
  • the electrodes and separators are not fixed against each other, it can happen that the cell inflates due to overcharging during a thermal load on the cell, whereby the individual layers can move very easily against each other. If the separator then no longer covers the entire surface of electrodes of the same name, there will be a short circuit.
  • batteries Pb, NiCd, NiMeH
  • the short circuit often leads to an explosion and usually to the burning of the cell.
  • the stacks according to the invention have the advantage that they occupy significantly less space and have less weight.
  • the stacks according to the invention are also safer than stacks which have electrodes inserted in pockets, since the electrodes described above can be pulled out of the pockets due to the above-described inflating of the cell when overloaded. This can also lead to a short circuit when the pressure is released, since the electrodes do not always slide back into the pockets and thus can come into direct contact with the counterelectrodes.
  • the stacks according to the invention have the further advantage that volume and weight are saved by gluing the edges of the individual layers and, moreover, no surface of the electrodes, in particular no surface of the active material of the electrodes, are wetted by the adhesive and thus no longer necessary for the actual reaction is available. If gaps are left between the bonds, then both the electrolyte can penetrate well into the stack and, in the event of overcharging, the resulting gas can escape well.
  • hot melt adhesive as the adhesive method of the invention has the advantage that the splices cool very quickly and thus are already resilient. For curing then no additional process time is required.
  • the strength of the stack can be further increased in comparison with conventional methods and thus the handling and safety.
  • the infestation with electrolyte and the escape of the possibly resulting in an overcharge gases then takes place via the openings at the corners and / or the other sides.
  • the stacks or the Li accumulators containing the stacks according to the invention can be found in the documents WO 2004/021469, WO 2004/021474, WO 2004/021476, WO 2004 / 021477, WO 2004/021499, WO 2004/049471, WO 2004/049472, WO 2005/038946, WO 2005/038959 and WO 2005/038960 have positive safety properties.
  • the advantages of using these separators can be summarized as follows:
  • the stacks of alternately stacked and fixed separators and electrodes according to the invention are characterized in that the stack has on at least one side and / or edge of the stack at least one adhesive of an organic adhesive, which glues the electrodes and separators of the stack together.
  • the gluing is preferably carried out so that all the electrodes and separators present in the stack are glued together by the gluing.
  • the bond can be made over the entire side of the stack or only over portions of the side of the stack.
  • the bonding can be carried out so that only the edges of the electrodes and separators of all the electrodes and separators are contacted by the bond.
  • the bonding is carried out so that at least one type of electrode and / or the separator are contacted not only on the edge side but also partially on at least one surface, in the case of electrodes preferably on a surface which is not provided with active material, of the bond.
  • the stack at least two or three sides and / or edges has a bond.
  • the number of pages available may vary.
  • a stack according to the invention which has the geometry (base area) of a polygon, has adhesions on at most all but one side, preferably on a maximum of all but two sides. The fact that at least one side of the stack is carried out without gluing, a puffing and escape of resulting gases can be made possible without the stack being damaged. This can be achieved conditionally that there are gaps between the bonds.
  • the stack according to the invention preferably has so many adhesions on at least one side that the distance of the bonds (the distance is measured from the end of a glued bond to the beginning of the adjacent gluing) is preferably from 20 to 1 cm, preferably from 10 to 2 cm, more preferably from 8 to 3 cm and most preferably from 6 to 4 cm.
  • the length of the sum of all the bonds on one side in the stack according to the invention can be from 0.1 to 100% of the length of the side of the stack, the length of the side of the stack being determined only by the parts of the stack in which the active sections the electrodes are arranged one above the other (see Fig. 2).
  • active portions of the electrodes are meant those which are equipped with the active electrode material.
  • a proportion of 1 to 70% is preferred for the sum of all bonds, a proportion of 5 to 50% is particularly preferred, and a proportion of 10 to 20% is very particularly preferred.
  • the width of a single bond is preferably less than 3 cm, preferably less than 1 cm and particularly preferably less than 0.5 cm. Due to the distance between the bonds of at least 1 cm and a width of the individual bond of less than 2 cm, a particularly simple and good filling of the stack can be achieved with electrolyte.
  • the width of a bond is preferably 50 to 100% of the length of the side of the stack, the length of the Side of the stack in turn is determined only by the parts of the stack, in which the active portions of the electrodes are arranged one above the other. Due to the great length of the bond, a higher stability of the bond can be achieved.
  • the stack is a stack that does not have explicit pages due to its geometry, such as As a stack with an oval or round base, so the side (the edge) of the stack subregions, preferably subregions which account for 25 to 50% of the side area (edge area) on which no bond is present. In this way, even with stacks with a base without corners or edges can be ensured that a puffing and escape of resulting gases is made possible.
  • the organic adhesive may, for. B. a hot melt adhesive such. B. Vestoplast ® 608 Degussa, or an epoxy adhesive, in particular a UV-crosslinkable epoxy adhesive such. B. 3121 UV-curing epoxy resin from ThreeBond, or acrylate adhesive, such as. B. Plex ® 9016-O from Röhm or Vitralit TM 4741 from Panacol Elosol be.
  • the organic adhesive is a UV-curing epoxy adhesive and the adhesive is particularly preferably a UV-curing acrylate adhesive, such as ® Plex 9016-0 by Rohm.
  • the stack according to the invention are preferably stacked as electrodes alternately anodes and cathodes, which are each separated by a separator from each other.
  • the separator present between each electrode may be the same or different throughout the stack.
  • the separator is the same throughout the stack.
  • the stack according to the invention preferably has in each case one electrode as the first and last layer, wherein these electrodes may each be cathodes or in each case anodes.
  • the electrodes bounding the stack are anodes.
  • the separators in the stack must at least complete the active areas of their directly adjacent electrodes. It may be advantageous if the separators present in the stack protrude on at least one side of the stack over the active regions of the electrodes directly adjacent to them.
  • the separators project on at least two sides beyond the cathodes and / or the anodes.
  • the separators may have a length greater than 0.1 to 10 mm, preferably 0.5 to 5 mm and preferably 1 to 2 mm, than at least one of the types of electrodes present in the stack.
  • the separators preferably have a width greater than 0.1 to 10 mm, preferably from 1 to 6 mm and preferably from 2 to 4 mm, greater than at least one of the types of electrodes present in the stack. It can be particularly advantageous if the separators have both a greater length and a greater width than at least one of the types of electrodes present in the stack. In this way, the partial contact of the bond to the surface of at least the separators described above as being preferred can be achieved.
  • the separator has the same width and / or length, preferably width as the anode, and the cathode has a somewhat smaller length and / or width, preferably width, than the separator, so that the anode and separators are flush and the cathode something sticks out in this pile. In this way, a dendrite growth can be largely prevented.
  • Electrodes all known electrodes which can be used as cathodes or anodes can be present in the stack according to the invention. Possible electrodes can z. For example, JP 2003-086174, WO 99/62132 or EP 0 744 782, in which the preparation of cathodes is described and to which reference is expressly taken. Since the stacks are to be used in particular in Li accumulators, they preferably have as anodes on those having a trap foil on which the active materials are applied on both sides or on one side, preferably on both sides. The anodes preferably have copper foils or sheets as conductor foils. The active mass may, for.
  • As carbon preferably graphite, but also hard carbon (amorphous carbon), metallic lithium, tin-based alloys, lithium titanate, metal nitrides or phosphides, which are capable of storing lithium, such as. B. C0N 3 , NiN 3 , CuN 3 , C0P 3 or FeP 2 , nitrides Li x MyN 2 , with M z. B.
  • the stack according to the invention preferably has those which have an arrester foil on which the active composition is applied on both sides or on one side, preferably on both sides.
  • the arrester foils of the cathodes are preferably aluminum foils or sheets.
  • the active mass may, for. Lithium cobalt oxide LiCoO 2 , lithium manganese oxide (spinel) LiMn 2 O 4 and manganese oxide MnO 2 , lithium nickel oxide LiNiO 2 , mixed oxides, more particularly LiNii / 3C ⁇ i / 3Mni / 3 ⁇ 2 , LiNio sCoo 15AI005O 2 , lithium titanate Li 4 TIsOi 2 , lithium metal phosphate with olivine Structure, such.
  • B. LiMPO 4 with M z. As Fe, Co or Mn and / or Nasicon structure such.
  • B. Li 3 M 2 (PO 4 ) 3 with M z.
  • B. LiMPO 4 F with M transition metal, vanadium oxides, such as. B. V 2 Os or LiV 3 ⁇ 8 or consist of one or more of these materials.
  • Such and other suitable electrode materials and their preparation and the preparation of corresponding electrodes may, for.
  • the electrodes used are preferably designed so that the arrester foil is not completely coated with active mass ), by means of which the electrodes can be connected to a battery pole, but it is also possible to use electrodes whose arrester foil is designed so that it directly represents an arrester (flag).
  • the electrodes and separators are preferably arranged in the stack such that the active mass of the electrodes does not protrude beyond the edge of the separator at any point.
  • electrodes and separators are arranged in the stack according to the invention such that the active mass of one electrode congruently faces the active mass of the counterelectrode separated by a separator. This avoids unwanted stray fields that can reduce the life of the batteries.
  • the stack according to the invention may comprise all known separators suitable for use in a battery, in particular for use in a Li accumulator.
  • separators consist predominantly of porous organic polymer films or of inorganic nonwovens, such as. B. fleeces of glass or ceramic materials or ceramic papers. These are used by various companies such. Celgard, Toning, Practice, Asahi, Binzer, Mitsubishi, Daramic and others.
  • a typical organic separator consists for. B. polypropylene or a polypropylene / polyethylene / polypropylene composite.
  • Such PP / PE / PP composite separators are z. B. by the company Celgard LLC z. B. under the name Celgard ® 2325 offered.
  • the stacks according to the invention may preferably have hybrid separators which, in addition to a polymer, also have inorganic oxide particles. Such separators are z. B. in DE 199 18 856 described.
  • the stacks according to the invention have separators which do not have a porous support with a porous inorganic, located on and in this support electrically conductive coating of bonded with an inorganic adhesive oxide particles, wherein the carrier has woven or non-woven polymer or glass fibers, preferably polymer fibers, or consists of these.
  • separators are z. B. available from Degussa AG under the name SEPARION ® S240 P25 or SEPARION ® S450 P35. The preparation of such separators can, for.
  • These documents can also be taken from various ways in which these hybrid separators can be equipped with a shutdown layer. If the stacks according to the invention have such separators equipped with cut-off layers or particles, the safety of the stacks or of the batteries having these stacks can be increased even further. Very particular preference, therefore, the stacks according to the invention have separators which are equipped with a shutdown layer or with shutdown particles.
  • the stack according to the invention can, for. Example, be obtained by the inventive method described below for producing a stack of alternately stacked and fixed separators and electrodes.
  • the method according to the invention for producing a stack of alternately stacked and fixed separators and electrodes is characterized in that separators and electrodes are stacked alternately on an electrode and an adhesion is applied to at least one side of the stack thus obtained, at least one Side of the electrodes and separators present in the stack has a contact.
  • the application of the bond on at least one side of the stack can, for. B. be done by an organic adhesive z. B. by dipping or by means of a hot glue gun, particularly preferably by means of spray heads for bead application, surface heads, spray heads, dosing valves, dispenser is applied to at least one side of the stack and the electrodes contained in the stack and separators are then not moved against each other until the adhesive is set or is cured.
  • a hot glue gun particularly preferably by means of spray heads for bead application, surface heads, spray heads, dosing valves, dispenser is applied to at least one side of the stack and the electrodes contained in the stack and separators are then not moved against each other until the adhesive is set or is cured.
  • the width of the bond can be adjusted.
  • the amount of adhesive used can be used to adjust the thickness of the bond.
  • An organic adhesive is preferably used in the method according to the invention for producing the bond, which is applied directly after application or in a period of up to 60 minutes after application, preferably within 0.01 to 60 minutes and particularly preferably within 5 to 10 minutes hardens or can be cured.
  • the organic adhesive may in particular be a thermally, chemically or radiation-activated adhesive.
  • a hot melt adhesive such.
  • B. Vestoplast ® 608 Degussa or an epoxy adhesive, in particular a UV-crosslinkable epoxy adhesive such.
  • the organic adhesive used is preferably a UV-crosslinking epoxy adhesive and particularly preferably an acrylate adhesive (also UV-crosslinked).
  • the UV-crosslinkable adhesives are cured after application to the side of the stack within 0.1 to 60 minutes, preferably within 5 to 10 minutes by means of UV light of a wavelength of 10 to 380 nm, preferably from 315 to 380 nm. UV light of appropriate wavelength can z. B. be produced with a UV lamp of the type UV-F 400 from Panacol-Elosol.
  • the side of the stack on which a bond is to be applied is compressed by applying pressure, preferably a pressure of at least 0.1 N / cm 2 , preferably from 1 to 10 N / cm 2 .
  • This can be z. B. also be done by applying a corresponding pressure on the entire stack.
  • the application of pressure can z. B. via pneumatic or hydraulic stamp suitable form.
  • the pressing process is maintained until the adhesive is cured or at least partially cured. In this way it can be achieved that as little as possible adhesive penetrates into the surface between electrodes and separator and thus prevents the separator surface or surface of the active mass is clogged by adhesive and thus the ion transport is no longer available.
  • the method according to the invention is carried out in such a way that first of all a plurality of stacks are used, using separating layers which are eg. B. from poorly glued with the adhesive used material such.
  • separating layers which are eg. B. from poorly glued with the adhesive used material such.
  • silicone or polyvinylidene fluoride (PVDF) are stacked and then one or more bonds are made. Subsequently, the stacks are separated again at the separating layers. In this way can be carried out in a single operation on several stack of bonds, whereby a higher production rate can be achieved.
  • a separator is stacked between the electrodes, the separator preferably having a greater length and / or width than at least one of the two types of electrodes.
  • a separator is used which has a width greater than 0.1 to 10 mm, preferably from 1 to 6 mm and preferably from 2 to 4 mm, than the width of the anodes and / or cathodes used.
  • a separator is preferably used, which has a greater width than the width of the cathode used.
  • the width of the anode, or the cathode, if the separator has a width greater than the width of the anode may also be smaller than the width of the separator, but is preferably the same size.
  • separators and electrodes those described above can be used in the process according to the invention.
  • the stacking of the electrodes and separators is preferably carried out in such a way that the active mass of the electrodes does not protrude beyond the edge of the separator at any point.
  • electrodes and separators are stacked so that the active mass of one electrode congruent to the active mass of the counter electrode are separated by a separator.
  • the electrodes are stacked so that the arrester foils do not touch electrodes of the same name (see Fig. 2).
  • the stack according to the invention can, for. B. be used in a Li accumulator.
  • Li-accumulators which contain a stack according to the invention can have, as electrolytes, lithium salts with large anions in carbonates as solvent.
  • Suitable lithium salts are, for. LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 or LiPF 6 , with LiPF 6 being particularly preferred.
  • suitable organic carbonates are, for. Example, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate or diethyl carbonate or mixtures thereof.
  • Fig. 1 the edge of a stack of electrodes and separator pockets according to the prior art is shown schematically.
  • the cathodes K are plugged into separator pockets ST.
  • the anode A is present between two separator pockets ST and in each case as cover layer.
  • Fig. 2 the longitudinal side of a stack of electrodes and separators is shown schematically.
  • S stands for the separators
  • A for the anodes, which consist of the active mass aA, applied to the conductor foils eA
  • K for the cathodes, which consist of the active
  • Mass aK applied to the conductor sheets eK exist.
  • L denotes the region in which the active mass of an electrode of the active masses of a
  • This length is defined as the length on which a bond can theoretically be present.
  • Fig. 3 the longitudinal side of a stack of electrodes and separators is shown schematically.
  • S stands for the separators
  • A for the anodes
  • K for the cathodes.
  • the distance between two bonds Kl is marked on the side of the stack.
  • FIG. 4 schematically shows the longitudinal side of a stack of electrodes and separators.
  • S stands for the separators
  • A for the anodes
  • K for the cathodes.
  • the bond Kl in this case has a width corresponding to the maximum theoretical length L.
  • FIG. 5 schematically shows an edge of the cross section of a stack of electrodes and separators according to the invention.
  • the bond Kl bonds the edges of the cathodes K, the separators S and the anodes A.
  • a part of a surface of the separator S is also in contact with the bond.
  • FIG. 6 an edge of the cross section of a stack of electrodes and separators according to the invention is shown schematically, in which the adhesion is carried out without affecting the Side of the stack a sufficiently large pressure was applied. It can be seen that the adhesive of the bond Kl has passed into the spaces between cathodes K, anodes A and separators S, whereby the bonding covers a large part of the surface of the electrodes and the separators.
  • separators SEPARION ® S 240 or S P25 were employed 450 P35, available from Degussa AG and EP 1509960 and DE 10208277 can be prepared according.
  • Electrode A anode with the dimensions 70 mm x 131 mm (of which 7 mm uncoated copper on one of the narrow sides), as shown in FIG. 2, (Enax Inc., Japan) is a separator S240 P25, (Degussa AG, Germany) 72 mm x 126 mm, so that the separator projects beyond the electrodes in the area of the active material-coated copper foil by 1 mm on all sides.
  • the counter electrode K having dimensions of 65 mm x 129 mm (including 9 mm of bare aluminum foil on one of the narrow sides) (cathode, Enax Inc., Japan) is laid, taking care that the separator covers the area of the active material coated aluminum foil completely covered on all sides.
  • the electrodes are arranged so that the bare aluminum foils of the narrow sides of the cathode on one side of the stack and the bare copper foils of the narrow sides of the anodes on the opposite side of the stack protrude therefrom.
  • further layers of electrodes are now separately stacked by separators, so that at the end of a stack consisting of 16 layers of anodes and 15 layers of cathodes and 30 layers of separators is obtained, which is limited by the anodes.
  • the protruding according to FIG. 2 at the two opposite ends Ableitfolien respectively identically named electrodes are welded by ultrasonic welding to the non-coated areas with each other and with a metallic Ableitfähnchen (Ableitfähnchen not shown in Fig. 2).
  • Comparative Example 2 Stacks with Welded Bags Separator pockets according to FIG. 1 are produced by first of all two layers of the separator S 450 P35 (Degussa AG, Germany) measuring 73 mm ⁇ 130 mm (4 mm projection on the longitudinal side for welding and retraction ) are welded to the two long sides with a hot press (JoKe, Germany). The welding is carried out at 280 0 C for 10 s at a contact pressure of 2500 N. Thereafter, a cathode of the dimension 65 mm x 129 mm shown in FIG. 1 is inserted into this pocket. Then, according to FIG. 1, a stack consisting of 16 anodes and 15 separator / cathode pockets is produced. The discharge electrodes of electrodes of the same name projecting at the two opposite ends of the stack are welded to one another by ultrasonic welding to the non-coated regions and to a metallic dissipation flag as in Comparative Example 1.
  • Separator pockets according to FIG. 1 are produced by firstly adhering two layers of separator S 450 P35 (Degussa AG, Germany) of dimension 73 mm ⁇ 130 mm (4 mm projection on top of each side, for example, gluing and inserting) on the two longitudinal sides.
  • a UV-curable acrylic adhesive Plex ® is used 9016-0 from Rohm GmbH, Germany.
  • the adhesive is applied flat over a width of 3 mm from the edge to the surface.
  • the two layers are placed on top of each other and the adhesive cured with light of a wavelength of about 315 to 380 nm for 15 min with a UV lamp UV-F 400 from Panacol-Elosol.
  • a cathode of the dimension 65 mm x 129 mm shown in FIG. 1 is inserted into this bag. Then, according to FIG. 1, a stack consisting of 16 anodes and 15 separator / cathode pockets is produced. The at each of the opposite ends of the stack protruding Ableiterfolien respectively electrodes of the same name are welded by ultrasonic welding to the non-coated areas with each other and with a metallic Ableitfähnchen as in Comparative Example 1.
  • Example 1 Stack with hot glue, glued over lines
  • Electrode A anode with the dimensions 70 mm x 131 mm (including 7 mm Cu edge), as shown in FIG. 2, (Enax Inc., Japan) is a separator S240 P25, (Degussa AG, Germany) with the Dimensions 72 mm x 126 mm, so that the separator projects beyond the electrodes in the area of the active material coated copper foil on all sides by 1 mm.
  • the electrodes are arranged so that the bare aluminum foils of the narrow sides of the cathode on one side of the stack and the bare copper foils of the narrow sides of the anodes on the opposite side of the stack protrude therefrom. Alternately, more layers of electrodes are now stacked separately by separators, so that at the end of a stack consisting of 16 layers of anodes and 15 layers of cathodes and 30 layers of separators is formed, which is limited by the anodes.
  • This stack is slightly compressed by metal plates above and below the stack with 10 N / cm 2 and provided according to FIG. 3 at 3 locations on the outside of the stack, each with a bead of adhesive, which with a hot glue gun GKP 200 CE from Bosch, Gerept, Germany are applied.
  • the adhesive consists of a hot glue Vestoplast ® 608 of Degussa AG, Germany.
  • each eponymous electrodes are welded by ultrasonic welding to the non-coated areas with each other and with a metallic Ableitfähnchen
  • This stack is used to build a laminate sheet battery by carefully placing the stack in an aluminum case.
  • the cell is welded to a vacuum welding system Audionvac (VMS 103, FA, Audion Elektro GmbH, NL).
  • VMS 103 vacuum welding system Audionvac
  • EC: DEC (1: 1) UBE Japan the housing, which is still open at a small point, is filled with electrolyte 1 M LiPF 6 in EC: DEC (1: 1) UBE Japan. Following this, the cell is also closed with the vacuum welder and then connected to the Series 4000 Charger (Maccor, USA).
  • This battery can be easily formed and charged.
  • Comparative Example 1 there are no short circuits, because the layers are well fixed against each other.
  • Comparative Examples 2 and 3 the process time could be significantly shortened, since the bonding of the entire stack can be done batchwise in parallel.
  • the accumulators have a higher energy density, as can be dispensed with the two-sided supernatant of 4 mm at the pockets.
  • Example 2 Stack with UV-crosslinking acrylate adhesive, glued over lines
  • Electrode A anode with the dimensions 70 mm x 131 mm (including 7 mm uncoated copper on a narrow side), as shown in FIG. 2, (Enax Inc., Japan) is a separator S240 P25 with the dimensions 72 mm x 126 mm, (Degussa AG, Germany), so that the separator projects beyond the electrodes by 1 mm on all sides in the region of the active material-coated copper foil.
  • the counterelectrode with the dimensions 65 mm x 129 mm (of which 9 mm bare aluminum foil on a narrow side) (cathode, Enax Inc., Japan) is placed, whereby it is to be ensured that the separator completely covers the area of the active material coated aluminum foil covered on all sides.
  • the electrodes are arranged so that the bare aluminum foils of the narrow sides of the cathodes on one side of the stack and the bare copper foils of the narrow sides of the anodes on the opposite side of the stack protrude therefrom.
  • This stack which is slightly compressed by metal plates above and below the stack with 10 N / cm 2 , is provided according to Fig. 3 in 3 places (about 2 ml) with a glue line, which are applied with a pipette.
  • the glue is made of UV-curing
  • Acrylic adhesive Plex ® 9016-0 from Rohm GmbH, Germany.
  • the glue comes with a UV lamp UV-F 400 from Panacol-Elosol for 15 min with a wavelength of about 315-380 nm hardened.
  • each eponymous electrodes are welded by ultrasonic welding to the non-coated areas with each other and with a metallic Ableitfähnchen.
  • This stack is used to build a laminate sheet battery by carefully placing the stack in an aluminum case.
  • the cell is welded to a vacuum welding system Audionvac (VMS 103, FA, Audion Elektro GmbH, NL).
  • Electrolyte 1 M LiPF 6 in EC: DEC (1: 1) UBE Japan is introduced into the housing, which is still open at a small point. Following this, the cell is also closed with the vacuum welder and then connected to the Series 4000 Charger (Maccor, USA).
  • This battery can also be formed and charged without problems.
  • Comparative Example 1 there are no short circuits in any case, since the layers are fixed well against each other.
  • Comparative Examples 2 and 3 the process time could also be significantly shortened, since the bonding of the entire stack can be carried out batchwise in parallel.
  • the accumulators have a higher energy density, as can be dispensed with the two-sided supernatant of 4 mm in the pockets.
  • EXAMPLE 3 Stack with UV Crosslinking Acrylate Adhesive Bonded Over the Whole Side Area On an Electrode A (Anode) with the Dimensions 70 mm ⁇ 131 mm (Including 7 mm Cu Edge)
  • Electrode A (Anode) with the Dimensions 70 mm ⁇ 131 mm (Including 7 mm Cu Edge)
  • a separator S240 P25 with the dimensions 72 mm x 126 mm, (Degussa AG, Germany), placed so that the separator projects beyond the electrodes in the range of coated with active material copper foil on all sides by 1 mm.
  • the counter electrode 65 mm by 129 mm (of which 9 mm is bare aluminum foil) (cathode, Enax Inc., Japan) is placed thereon, care being taken that the separator completely covers the area of the active material coated aluminum foil on all sides.
  • the electrodes are arranged so that the bare ones Aluminum foils of the narrow sides of the cathodes on one side of the stack and the bare copper foils of the narrow sides of the anodes on the opposite side of the stack protrude therefrom. Alternately, more layers of electrodes are now stacked separately by separators, so that at the end of a stack consisting of 16 layers of anodes and 15 layers of cathodes and 30 layers of separators is formed, which is limited by the anodes.
  • This stack which is slightly compressed by metal plates above and below the stack with 10 N / cm 2 is provided over its entire surface in the region of the width L with an adhesive layer as shown in FIG.
  • the adhesive consists of UV-curing acrylate Plex ® 9016-0 from Rohm GmbH, Germany.
  • the adhesive is applied by dipping the side surface in an adhesive bath. Forming noses of glue are scraped off with a spatula.
  • the adhesive is cured with a UV lamp of type UV-F 400 from Panacol Elosol for 15 min at a wavelength of about 315 to 380 nm.
  • each eponymous electrodes are welded by ultrasonic welding to the non-coated areas with each other and with a metallic Ableitfähnchen
  • This stack is used to build a laminate sheet battery by carefully placing the stack in an aluminum case.
  • the cell comes with a
  • Electrolyte 1 M LiPF 6 in EC: DEC (1: 1) is placed in the housing which is still open at a small point
  • Vacuum welding machine closed and then connected to the charger Series 4000 (Maccor, USA).
  • This battery can also be formed and charged without problems.
  • Comparative Example 1 there are no short circuits in any case, since the layers are fixed well against each other.
  • Comparative Examples 2 and 3 the process time could also be significantly shortened, since the bonding of the entire stack can be carried out batchwise in parallel.
  • the accumulators have a higher energy density, as can be dispensed with the two-sided supernatant of 4 mm in the pockets. The Handling is further improved over the two examples 1 and 2 with partial bonding.

Abstract

The present invention relates to stacks of separators and electrodes alternately stacked one on top of the other and fixed, wherein the stacks have on at least one side and/or edge of the stack at least one adhesive bond comprising an organic adhesive, which adhesively bonds the electrodes and separators of the stack to one another, and relates to a method for their production and to use of these stacks in Li storage batteries.

Description

Stapel aus abwechselnd übereinander gestapelten und fixierten Separatoren und Elektroden für Li-AkkumulatorenStack of alternately stacked and fixed separators and electrodes for Li accumulators
Die vorliegende Erfindung betrifft Stapel aus abwechselnd übereinander gestapelten und fixierten Separatoren und Elektroden, ein Verfahren zu deren Herstellung sowie die Verwendung dieser Stapel in Li-Akkumulatoren.The present invention relates to stacks of alternately stacked and fixed separators and electrodes, a method for their production and the use of these stacks in Li accumulators.
Stand der Technik:State of the art:
Lithium-Ionen-Akkumulatoren weisen bezogen auf Volumen und Gewicht eine sehr hohe Energiedichte auf. Daher werden heute für mobile Kleinanwendungen wie Notebooks, Digitalkameras und Handys fast ausschließlich Li-Akkumulatoren eingesetzt. Mit zunehmender Größe der Akkumulatoren wächst, auf Grund der größeren Menge der gespeicherten Energie, das Gefahrenpotential, für den Fall, dass auf Grund einer Zerstörung des Akkumulators die gespeicherte Energie unkontrolliert freigesetzt wird. Für den Einsatz von Li-Akkumulatoren z. B. in Hybridfahrzeugen müssen deshalb geeignete Sicherheitsmechanismen oder -Vorrichtungen vorhanden sein, die eine unkontrollierte Freisetzung der Energie verhindern.Lithium-ion batteries have a very high energy density in terms of volume and weight. Therefore, today almost exclusively Li-accumulators are used for mobile small applications such as notebooks, digital cameras and mobile phones. As the size of the accumulators grows, due to the greater amount of stored energy, the danger potential increases, in the event that due to destruction of the accumulator, the stored energy is released uncontrollably. For the use of Li-accumulators z. As in hybrid vehicles, therefore, suitable safety mechanisms or devices must be present to prevent an uncontrolled release of energy.
Für den Einsatz großer Akkumulatoren muss deshalb die Sicherheit der Zellen möglichst groß sein, um auch im Falle einer Fehlbedienung oder eines Unfalls (insbesondere bei Überladung oder bei Eindringen von Metallteilen) ein hohes Maß an Sicherheit gewährleisten zu können. Die Maßnahmen müssen passiv wirken und sollen den Normalbetrieb nicht beeinträchtigen. Die Maßnahmen müssen darüber hinaus in allen erdenklichen Betriebszuständen funktionieren.For the use of large batteries, therefore, the safety of the cells must be as large as possible in order to ensure a high level of security even in the case of incorrect operation or accident (especially in case of overcharging or ingress of metal parts). The measures must be passive and should not affect normal operation. The measures must also work in all conceivable operating conditions.
In der Vergangenheit sind zahlreiche Maßnahmen getroffen worden, die die Sicherheit von Li-Akkumulatoren erhöhen. So werden heute z. B. Sicherheitsventile in die Zellen eingebaut, die bei thermisch verursachtem Gasüberdruck öffnen. Über die Verwendung von PTC-Keramiken als Überladeschutz wird über ihren Temperaturkoeffizienten (sprunghaftes Ansteigen des Koeffizienten bis zur Isolation) verhindert, dass eine weitere äußere Aufladung erfolgen kann (external short circuit test). Durch den Einsatz keramischer Separatoren wird eine thermische Zerstörung des Separators und ein daraus resultierender Kurzschluss verhindert. Akkumulatoren, die diesen keramischen Separator enthalten, der von der Firma Degussa unter dem Namen SEPARION® verkauft wird, zeichnen sich durch eine verbesserte Sicherheit vor allem bezüglich der Überladung (overcharge test) sowie bei Eindringen von Metallteilen (nail penetration test) aus. In der Diskussion sind überdies der Einsatz von schwer entflammbaren und Brand erstickenden Elektrolyten sowie überladefeste Elektrodenmaterialien. Darüber hinaus werden die Zellen durch mittels einer vorgeschalteten Elektronik angepasste UI-Ladezyklen schonend geladen.Numerous measures have been taken in the past to increase the safety of Li-accumulators. So today z. B. safety valves built into the cells, which open at thermally induced gas pressure. The use of PTC ceramics as overcharge protection prevents their temperature coefficients (sudden increase of the coefficient up to isolation) from causing further external charging (external short circuit test). The use of ceramic separators prevents thermal destruction of the separator and a resulting short circuit. Accumulators containing this ceramic separator supplied by the company Degussa, sold under the name SEPARION®, is characterized by improved safety, especially with regard to overcharge test and penetration of metal parts (nail penetration test). In addition, the use of flame-retardant and fire-suffocating electrolytes as well as charge-resistant electrode materials are also under discussion. In addition, the cells are gently charged by UI charging cycles adapted by means of upstream electronics.
Allgemeine Informationen über elektrische Separatoren und Batterien können z. B. bei J. O. Besenhard in „Handbook of Battery Materials" (VCH- Verlag, Weinheim 1999) oder bei D. Linden, T.B. Reddy, Handbook of Batteries, Third Edition (McGraw-Hill, New York, 2002) nachgelesen werden.General information about electrical separators and batteries can z. For example, see J. O. Besenhard in "Handbook of Battery Materials" (VCH Verlag, Weinheim 1999) or D. Linden, T. B. Reddy, Handbook of Batteries, Third Edition (McGraw-Hill, New York, 2002).
Li- Akkumulatoren werden in vielen unterschiedlichen Größen (mit Kapazitäten von wenigen mAh bis hin zu einigen 10 Ah) und Formen (zylindrisch, prismatisch) eingesetzt. Eine spezielle Bauform sind gestapelte prismatische Zellen (laminated sheet batteries, LSBs), die v.a. für größere Zellen recht interessant ist. Hierzu werden positive und negative Elektroden und Separatoren, welche die Elektroden voneinander trennen, abwechselnd gestapelt. Im Falle einer Überladung entsteht in der Zelle ein Gasüberdruck. Durch den Gasüberdruck können zwischen den einzelnen Lagen Zwischenräume entstehen und die einzelnen Lagen können sich gegeneinander verschieben, wodurch es zum Kurzschluss zwischen den Elektroden kommen kann. Durch den Kurzschlussstrom steigt die Temperatur weiter an. Polymere Separatoren können dann thermisch zerstört werden und es kann zur vollständigen thermischen Zerstörung der Zelle kommen.Li accumulators are used in many different sizes (with capacities from a few mAh up to a few 10 Ah) and forms (cylindrical, prismatic). A special design is stacked prismatic cells (LSBs), the v.a. quite interesting for larger cells. For this purpose, positive and negative electrodes and separators, which separate the electrodes from each other, alternately stacked. In the case of overcharging, a gas overpressure develops in the cell. Due to the gas pressure between the individual layers gaps can arise and the individual layers can move against each other, which can lead to a short circuit between the electrodes. Due to the short-circuit current, the temperature continues to rise. Polymer separators can then be thermally destroyed and complete cell thermal destruction can occur.
Um das Verschieben der Lagen zu vermeiden, werden heute üblicherweise die Separatoren z. B. mittels Punkt- oder Linienschweißung zu Taschen verschweißt, in die dann die positive oder negative Elektrode gesteckt werden. Zur Vermeidung der thermischen Zerstörung des Separators können heute keramische Separatoren oder keramische Hybridseparatoren eingesetzt werden, die thermisch quasi nicht zerstörbar sind. Solche Separatoren werden z. B. in WO 2004/021469, WO 2004/021474, WO 2004/021476, WO 2004/021477, WO 2004/021499, WO 2004/049471, WO 2004/049472, WO 2005/038946, WO 2005/038959 und WO 2005/038960 beschrieben. Durch die Verwendung von Separatoren, die einen hohen Anteil an Keramik bzw. einen geringen Anteil an Polymeren aufweisen, kann das heute übliche Verschweißen (Punkt- bzw. Linienschweißung) der Separatoren zu Taschen häufig nicht oder nur erschwert (z. B. mit höherer Temperatur, höherem Druck) angewendet werden. Zudem nimmt die Taschenkonstruktion Platz in Anspruch und verursacht zusätzliches Gewicht, da die Schweißnaht außerhalb des Stapels liegt.To avoid the shifting of the layers, today usually the separators z. B. welded by means of point or line welding to bags, in which then the positive or negative electrode are plugged. To avoid the thermal destruction of the separator today ceramic separators or hybrid ceramic separators can be used, which are thermally quasi destructible. Such separators are z. In WO 2004/021469, WO 2004/021474, WO 2004/021476, WO 2004/021477, WO 2004/021499, WO 2004/049471, WO 2004/049472, WO 2005/038946, WO 2005/038959 and WO 2005 / 038960. Due to the use of separators, which have a high proportion of ceramic or a small proportion of polymers, the customary welding (spot or line welding) of the separators to pockets, which is customary today, is frequently not possible or only difficult (eg with a higher temperature , higher pressure). In addition, the bag construction takes up space and causes additional weight because the weld is outside the stack.
In US 6,399,240 wird eine Methode zur Herstellung von Stapeln beschrieben, bei der die Oberflächen der Elektroden auf der aktiven Massen oder angrenzend an die aktive Masse mit einem Kleber ausgerüstet werden, die so ausgerüsteten Elektroden abwechselnd mit Separatoren als Zwischenlage übereinander gestapelt werden und anschließend die Elektroden mit den Separatoren durch Wärmeeinwirkung miteinander verklebt werden. Ein Nachteil dieses Verfahrens besteht darin, dass der Kleber sehr exakt auf die einzelnen Elektroden aufgebracht werden muss.No. 6,399,240 describes a method for producing stacks in which the surfaces of the electrodes on the active mass or adjacent to the active mass are provided with an adhesive, the electrodes thus equipped are stacked alternately with separators as an intermediate layer and then the electrodes be glued together with the separators by heat. A disadvantage of this method is that the adhesive must be applied very precisely to the individual electrodes.
Es war deshalb Aufgabe der vorliegenden Erfindung Stapel aus gestapelten und fixierten Elektroden und Separatoren sowie entsprechende Stapel aufweisende Li-Akkumulatoren bereitzustellen, die die genannten Nachteile nicht aufweisen.It was therefore an object of the present invention to provide stacks of stacked and fixed electrodes and separators as well as corresponding stacks having Li accumulators, which do not have the disadvantages mentioned.
Überraschenderweise wurde gefunden, dass Elektroden-Separator-Stapel durch eine einfache Klebung an einer Seite oder Kante des Stapels fixiert werden können und dass ein solches Verkleben auch für keramische Separatoren bzw. Separatoren mit einem hohen keramischen Anteil anwendbar ist.Surprisingly, it has been found that electrode-separator stacks can be fixed by simple adhesion to one side or edge of the stack, and that such bonding can also be used for ceramic separators or separators having a high ceramic content.
Gegenstand der vorliegenden Erfindung sind deshalb Stapel aus abwechselnd übereinander gestapelten und fixierten Separatoren und Elektroden, welche dadurch gekennzeichnet sind, dass die Stapel an zumindest einer Seite und/oder Kante des Stapels zumindest eine Klebung aus einem organischen Kleber aufweisen, die die Elektroden und Separatoren des Stapels miteinander verklebt.The present invention therefore relates to stacks of alternately stacked and fixed separators and electrodes, which are characterized in that the stacks have on at least one side and / or edge of the stack at least one adhesive of an organic adhesive, the electrodes and separators of the Batches glued together.
Ebenfalls Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Stapels aus abwechselnd übereinander gestapelten und fixierten Separatoren und Elektroden, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass auf eine Elektrode abwechselnd Separatoren und Elektroden gestapelt werden und auf zumindest einer Seite des so erhaltenen Stapels eine Klebung aufgebracht wird, die zumindest mit einer Seite der im Stapel vorhandenen Elektroden und Separatoren einen Kontakt aufweist.Likewise provided by the present invention is a method for producing a stack of alternately stacked and fixed separators and electrodes, which is characterized in that separators and electrodes are alternately stacked on an electrode and on at least one side of the stack thus obtained, a bond is applied, which has at least one side of the electrodes and separators present in the stack a contact.
Außerdem ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung die Verwendung eines erfindungsgemäßen Stapels in einem Li-Akkumulator sowie ein Li-Akkumulator, der einen erfindungsgemäßen Stapel enthält.In addition, the present invention is the use of a stack according to the invention in a Li-accumulator and a Li-accumulator containing a stack according to the invention.
Die erfindungsgemäßen Stapel haben den Vorteil gegenüber nicht fixierten Stapeln, dass Elektroden und Separatoren durch Verkleben so gegeneinander fixiert werden, dass eine Berührung von Anode und Kathode beim Aufblähen der Zelle oder eine Schädigung durch mechanische Spannungen ausgeschlossen werden kann. Bei Stapeln, bei denen die Elektroden und Separatoren nicht gegeneinander fixiert sind, kann es vorkommen, dass sich die Zelle bei einer thermischen Belastung der Zelle durch Überladung aufbläht, wodurch sich die einzelnen Lagen sehr leicht gegeneinander verschieben können. Deckt der Separator dann die gesamte Fläche nicht gleichnamiger Elektroden nicht mehr ab, kommt es zum Kurzschluss. Da im Gegensatz zu anderen Batterietypen (Pb, NiCd, NiMeH) als Lösemittel für den Elektrolyten nicht Wasser, sondern ein brennbares Lösemittel, wie z. B. organische Carbonate verwendet werden, führt der Kurzschluss oft zu einer Explosion und in der Regel zum Verbrennen der Zelle.The stacks of the invention have the advantage over unfixed stacks that electrodes and separators are fixed by gluing against each other so that contact between the anode and cathode when inflating the cell or damage can be excluded by mechanical stresses. For stacks in which the electrodes and separators are not fixed against each other, it can happen that the cell inflates due to overcharging during a thermal load on the cell, whereby the individual layers can move very easily against each other. If the separator then no longer covers the entire surface of electrodes of the same name, there will be a short circuit. As opposed to other types of batteries (Pb, NiCd, NiMeH) as the solvent for the electrolyte not water, but a combustible solvent such. As organic carbonates are used, the short circuit often leads to an explosion and usually to the burning of the cell.
Gegenüber Stapeln, in denen Taschen verwendet werden, haben die erfindungsgemäßen Stapel den Vorteil, dass sie deutlich weniger Platz einnehmen und weniger Gewicht aufweisen. Zudem sind die erfindungsgemäßen Stapel auch sicherer als Stapel, die in Taschen eingeschobene Elektroden aufweisen, da durch das oben beschriebene Aufblähen der Zelle 'bei Überladung die Elektroden aus den Taschen gezogen werden können. Das kann beim Nachlassen des Druckes ebenfalls zum Kurzschluss führen, da die Elektroden nicht immer wieder in die Taschen zurück gleiten und somit in direkten Kontakt mit den Gegenelektroden kommen können. Überdies ist der Herstellprozess von Stapeln mit Taschen aufwändig und langwierig, da die Taschen einzeln geschweißt oder geklebt werden müssen (3 bis 7 s Haltezeit) und viele verschiedene Arbeits schritte im Wechsel vollzogen werden müssen (Ablängen, Stapeln, Schweißen/Kleben, Stapeln etc.), also auf jeden Fall Relativbewegungen der Arbeitsgeräte gegenüber dem Stapel notwendig sind (bewegte Teile die zu Verschleiß führen können). Auch die Handhabung der Stapel mit Taschen ist schwierig, da die Lagen aus Taschen und Gegenelektroden nicht gegeneinander fixiert sind. Auch dieser Nachteil existiert bei den Stapeln der vorliegenden Erfindung nicht.Compared to stacks in which bags are used, the stacks according to the invention have the advantage that they occupy significantly less space and have less weight. In addition, the stacks according to the invention are also safer than stacks which have electrodes inserted in pockets, since the electrodes described above can be pulled out of the pockets due to the above-described inflating of the cell when overloaded. This can also lead to a short circuit when the pressure is released, since the electrodes do not always slide back into the pockets and thus can come into direct contact with the counterelectrodes. Moreover, the manufacturing process of stacks with pockets is cumbersome and tedious, since the bags must be individually welded or glued (3 to 7 s holding time) and many different working steps have to be performed alternately (Cutting to length, stacking, welding / gluing, stacking, etc.), so in any case relative movements of the tools against the stack are necessary (moving parts that can lead to wear). The handling of the stack with pockets is difficult because the layers of pockets and counter electrodes are not fixed against each other. Also, this disadvantage does not exist in the stacks of the present invention.
Die erfindungsgemäßen Stapel weisen als weiteren Vorteil auf, dass durch das Verkleben der Ränder der einzelnen Lagen Volumen und Gewicht eingespart wird und außerdem keine Oberfläche der Elektroden, insbesondere keine Oberfläche des Aktivmaterials der Elektroden durch den Kleber benetzt werden und somit für die eigentliche Reaktion nicht mehr zur Verfügung steht. Werden Lücken zwischen den Klebungen belassen, so kann sowohl das Elektrolyt gut in den Stapel eindringen, als auch bei einer evtl. Überladung das entstehende Gas gut entweichen.The stacks according to the invention have the further advantage that volume and weight are saved by gluing the edges of the individual layers and, moreover, no surface of the electrodes, in particular no surface of the active material of the electrodes, are wetted by the adhesive and thus no longer necessary for the actual reaction is available. If gaps are left between the bonds, then both the electrolyte can penetrate well into the stack and, in the event of overcharging, the resulting gas can escape well.
Bei der erfindungsgemäßen Verwendung von Heißkleber als Kleber hat das erfindungsgemäße Verfahren den Vorteil, dass die Klebestellen sehr schnell auskühlen und damit bereits belastbar sind. Für die Härtung ist dann keine zusätzliche Prozesszeit erforderlich.In the inventive use of hot melt adhesive as the adhesive method of the invention has the advantage that the splices cool very quickly and thus are already resilient. For curing then no additional process time is required.
Wird das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt, dass zwei gegenüberliegende Seiten eines Stapels vollständig verklebt werden, kann die Festigkeit des Stapels gegenüber herkömmlichen Verfahren und damit die Handhabbarkeit und die Sicherheit weiter erhöht werden. Das Befallen mit Elektrolyt und das Entweichen der möglicherweise bei einer Überladung entstehenden Gase erfolgt dann über die Öffnungen an den Ecken und/oder den anderen Seiten.If the method according to the invention is carried out in such a way that two opposite sides of a stack are completely adhesively bonded, the strength of the stack can be further increased in comparison with conventional methods and thus the handling and safety. The infestation with electrolyte and the escape of the possibly resulting in an overcharge gases then takes place via the openings at the corners and / or the other sides.
Dadurch, dass in dem erfindungsgemäßen Stapel keramische Separatoren eingesetzt werden können, können die Stapel bzw. die Li-Akkumulatoren, die die erfindungsgemäßen Stapel enthalten, die in den Schriften WO 2004/021469, WO 2004/021474, WO 2004/021476, WO 2004/021477, WO 2004/021499, WO 2004/049471, WO 2004/049472, WO 2005/038946, WO 2005/038959 und WO 2005/038960 beschrieben positiven Sicherheitseigenschaften aufweisen. Die Vorteile der Verwendung dieser Separatoren lassen sich wie folgt zusammenfassen:Because ceramic separators can be used in the stack according to the invention, the stacks or the Li accumulators containing the stacks according to the invention can be found in the documents WO 2004/021469, WO 2004/021474, WO 2004/021476, WO 2004 / 021477, WO 2004/021499, WO 2004/049471, WO 2004/049472, WO 2005/038946, WO 2005/038959 and WO 2005/038960 have positive safety properties. The advantages of using these separators can be summarized as follows:
♦ Hohe Porosität♦ High porosity
♦ Ideale Porenweite♦ Ideal pore size
♦ Geringe Dicke ♦ Geringes Flächengewicht♦ Small thickness ♦ Low basis weight
♦ Sehr gutes Benetzungsverhalten♦ Very good wetting behavior
♦ Hohe Sicherheit, d. h. kein melt-down aber ein shut-down-Effekt♦ High security, d. H. no meltdown but a shutdown effect
Nachfolgend wird die Erfindung beispielhaft beschrieben, ohne dass die Erfindung, deren Schutzbereich sich aus den Ansprüchen und der Beschreibung ergibt, darauf beschränkt sein soll. Auch die Ansprüche selbst gehören zum Offenbarungsgehalt der vorliegenden Erfindung.In the following, the invention will be described by way of example, without the invention, whose scope of protection is apparent from the claims and the description, should be limited thereto. The claims themselves belong to the disclosure of the present invention.
Sind nachfolgend Bereiche, allgemeine Formeln oder Verbindungsklassen angegeben, so sollen diese nicht nur die entsprechenden Bereiche oder Gruppen von Verbindungen erfassen, die explizit erwähnt sind, sondern auch alle Teilbereiche und Teilgruppen von Verbindungen, die durch Weglassen von einzelnen Werten (Bereichen bzw. Unterbereichen) oderIf below are specified areas, general formulas or compound classes, these should not only cover the corresponding areas or groups of connections that are explicitly mentioned, but also all subareas and subgroups of connections that are created by omitting individual values (areas or subareas). or
Verbindungen erhalten werden können.Compounds can be obtained.
Die erfindungsgemäßen Stapel aus abwechselnd übereinander gestapelten und fixierten Separatoren und Elektroden, zeichnen sich dadurch aus, dass der Stapel an zumindest einer Seite und/oder Kante des Stapels zumindest eine Klebung aus einem organischen Kleber aufweist, die die Elektroden und Separatoren des Stapels miteinander verklebt. Die Klebung ist vorzugsweise so ausgeführt, dass alle im Stapel vorhandenen Elektroden und Separatoren durch die Klebung miteinanderverklebt sind. Die Klebung kann über die gesamte Seite des Stapels oder nur über Teilbereiche der Seite des Stapels ausgeführt sein. Die Klebung kann so ausgeführt sein, dass von allen Elektroden und Separatoren nur die Ränder der Elektroden und Separatoren von der Klebung kontaktiert werden. Vorzugsweise ist die Klebung so ausgeführt, dass zumindest eine Elektrodenart und/oder der Separator nicht nur an der Kantenseite sondern auch teilweise an zumindest einer Oberfläche, bei Elektroden vorzugsweise an einer Oberfläche, die nicht mit Aktivmaterial ausgestattet ist, von der Klebung kontaktiert sind.The stacks of alternately stacked and fixed separators and electrodes according to the invention are characterized in that the stack has on at least one side and / or edge of the stack at least one adhesive of an organic adhesive, which glues the electrodes and separators of the stack together. The gluing is preferably carried out so that all the electrodes and separators present in the stack are glued together by the gluing. The bond can be made over the entire side of the stack or only over portions of the side of the stack. The bonding can be carried out so that only the edges of the electrodes and separators of all the electrodes and separators are contacted by the bond. Preferably, the bonding is carried out so that at least one type of electrode and / or the separator are contacted not only on the edge side but also partially on at least one surface, in the case of electrodes preferably on a surface which is not provided with active material, of the bond.
Es kann vorteilhaft sein, wenn der Stapel an zwei oder drei Seiten und/oder Kanten zumindest eine Klebung aufweist. Je nach der Geometrie des Stapels kann die Anzahl der zur Verfügung stehenden Seiten variieren. Vorzugsweise weist ein erfindungsgemäßer Stapel, der die Geometrie (Grundfläche) eines Vielecks aufweist, Klebungen an maximal allen bis auf einer Seite, vorzugsweise an maximal allen bis auf zwei Seiten auf. Dadurch, dass zumindest eine Seite des Stapels ohne Klebung ausgeführt ist, kann ein Aufblähen und Entweichen von entstehenden Gasen ermöglicht werden, ohne dass der Stapel Schaden nimmt. Dies kann bedingt auch dadurch erreicht werden, dass zwischen den Klebungen Abstände vorhanden sind.It may be advantageous if the stack at least two or three sides and / or edges has a bond. Depending on the geometry of the stack, the number of pages available may vary. Preferably, a stack according to the invention, which has the geometry (base area) of a polygon, has adhesions on at most all but one side, preferably on a maximum of all but two sides. The fact that at least one side of the stack is carried out without gluing, a puffing and escape of resulting gases can be made possible without the stack being damaged. This can be achieved conditionally that there are gaps between the bonds.
Der erfindungsgemäße Stapel weist auf zumindest einer Seite vorzugsweise so viele Klebungen auf, dass der Abstand der Klebungen (der Abstand wird gemessen vom Ende einer betrachteten Klebung bis zum Beginn der benachbarten Klebung) bevorzugt von 20 bis 1 cm, vorzugsweise von 10 bis 2 cm, besonders bevorzugt von 8 bis 3 cm und ganz besonders bevorzugt von 6 bis 4 cm beträgt.The stack according to the invention preferably has so many adhesions on at least one side that the distance of the bonds (the distance is measured from the end of a glued bond to the beginning of the adjacent gluing) is preferably from 20 to 1 cm, preferably from 10 to 2 cm, more preferably from 8 to 3 cm and most preferably from 6 to 4 cm.
Die Länge der Summe aller Klebungen auf einer Seite kann in dem erfindungsgemäßen Stapel von 0,1 bis 100 % der Länge der Seite des Stapels ausmachen, wobei die Länge der Seite des Stapels nur durch die Teile des Stapels bestimmt wird, bei denen die aktiven Abschnitte der Elektroden übereinander angeordnet sind (siehe Fig. 2). Unter aktiven Abschnitten der Elektroden werden solche verstanden, die mit dem aktiven Elektrodenmaterial ausgerüstet sind. Bevorzugt für die Summe aller Klebungen ist ein Anteil von 1 bis 70 %, besonders bevorzugt ist ein Anteil von 5 bis 50 % und ganz besonders bevorzugt ist ein Anteil von 10 bis 20 %.The length of the sum of all the bonds on one side in the stack according to the invention can be from 0.1 to 100% of the length of the side of the stack, the length of the side of the stack being determined only by the parts of the stack in which the active sections the electrodes are arranged one above the other (see Fig. 2). By active portions of the electrodes are meant those which are equipped with the active electrode material. A proportion of 1 to 70% is preferred for the sum of all bonds, a proportion of 5 to 50% is particularly preferred, and a proportion of 10 to 20% is very particularly preferred.
In dem erfindungsgemäßen Stapel beträgt die Breite einer einzelnen Klebung vorzugsweise kleiner 3 cm, bevorzugt kleiner 1 cm und besonders bevorzugt kleiner 0,5 cm. Durch den Abstand zwischen den Klebungen von zumindest 1 cm und einer Breite der einzelnen Klebung von kleiner 2 cm kann eine besonders einfache und gute Füllung des Stapels mit Elektrolyt erreicht werden.In the stack according to the invention, the width of a single bond is preferably less than 3 cm, preferably less than 1 cm and particularly preferably less than 0.5 cm. Due to the distance between the bonds of at least 1 cm and a width of the individual bond of less than 2 cm, a particularly simple and good filling of the stack can be achieved with electrolyte.
In einer anderen Ausführungsart des erfindungsgemäßen Stapels macht die Breite einer Klebung vorzugsweise 50 bis 100 % der Länge der Seite des Stapels aus, wobei die Länge der Seite des Stapels wiederum nur durch die Teile des Stapels bestimmt wird, bei denen die aktiven Abschnitte der Elektroden übereinander angeordnet sind. Durch die große Länge der Klebung kann eine höhere Stabilität der Klebung erreicht werden.In another embodiment of the stack according to the invention, the width of a bond is preferably 50 to 100% of the length of the side of the stack, the length of the Side of the stack in turn is determined only by the parts of the stack, in which the active portions of the electrodes are arranged one above the other. Due to the great length of the bond, a higher stability of the bond can be achieved.
Handelt es sich bei dem Stapel um einen Stapel, der auf Grund seiner Geometrie keine expliziten Seiten aufweist, wie z. B. ein Stapel mit ovaler oder runder Grundfläche, so weist die Seite (der Rand) des Stapels Teilbereiche, vorzugsweise Teilbereiche die 25 bis 50 % des Seitenbereichs (Randbereichs) ausmachen auf, an denen keine Klebung vorhanden ist. Auf diese Weise kann auch bei Stapeln mit einer Grundfläche ohne Ecken bzw. Kanten sichergestellt werden, dass ein Aufblähen und Entweichen von entstehenden Gasen ermöglicht wird.If the stack is a stack that does not have explicit pages due to its geometry, such as As a stack with an oval or round base, so the side (the edge) of the stack subregions, preferably subregions which account for 25 to 50% of the side area (edge area) on which no bond is present. In this way, even with stacks with a base without corners or edges can be ensured that a puffing and escape of resulting gases is made possible.
Unabhängig von der Form des erfindungsgemäßen Stapels kann es vorteilhaft sein, wenn an dem Stapel zumindest zwei Klebungen an zwei sich gegenüberliegenden Seiten vorhanden sind.Regardless of the shape of the stack according to the invention, it may be advantageous if at least two bonds are present on the stack on two opposite sides.
Der organische Kleber kann z. B. ein Heißkleber, wie z. B. Vestoplast® 608 der Degussa, oder ein Epoxidkleber, insbesondere ein UV- vernetzbarer Epoxidkleber, wie z. B. 3121 UV-curing epoxy resin von ThreeBond, oder Acrylatkleber, wie z. B. Plex® 9016-O von Röhm oder Vitralit™ 4741 von Panacol-Elosol sein. Bevorzugt ist der organische Kleber ein UV-vernetzender Epoxidkleber und besonders bevorzugt ist der Kleber ein UV-vernetzender Acrylatkleber, wie zum Beispiel Plex® 9016-0 von Röhm.The organic adhesive may, for. B. a hot melt adhesive such. B. Vestoplast ® 608 Degussa, or an epoxy adhesive, in particular a UV-crosslinkable epoxy adhesive such. B. 3121 UV-curing epoxy resin from ThreeBond, or acrylate adhesive, such as. B. Plex ® 9016-O from Röhm or Vitralit ™ 4741 from Panacol Elosol be. Preferably, the organic adhesive is a UV-curing epoxy adhesive and the adhesive is particularly preferably a UV-curing acrylate adhesive, such as ® Plex 9016-0 by Rohm.
In dem erfindungsgemäßen Stapel sind vorzugsweise als Elektroden abwechselnd Anoden und Kathoden übereinander gestapelt, die jeweils durch einen Separator voneinander getrennt sind. Der zwischen jeder Elektrode vorhandene Separator kann im gesamten Stapel gleich oder unterschiedlich sein. Vorzugsweise ist der Separator im gesamten Stapel gleich.In the stack according to the invention are preferably stacked as electrodes alternately anodes and cathodes, which are each separated by a separator from each other. The separator present between each electrode may be the same or different throughout the stack. Preferably, the separator is the same throughout the stack.
Der erfindungsgemäße Stapel weist als erste und letzte Lage vorzugsweise jeweils eine Elektrode auf, wobei diese Elektroden jeweils Kathoden oder jeweils Anoden sein können. Bevorzugt sind die den Stapel begrenzenden Elektroden Anoden. Die Separatoren müssen im Stapel mindestens mit den aktiven Bereichen der ihnen direkt benachbarten Elektroden abschließen. Es kann vorteilhaft sein, wenn die im Stapel vorhandenen Separatoren auf zumindest einer Seite des Stapels über die aktiven Bereiche der ihnen direkt benachbarten Elektroden hinausragen. Vorzugsweise, insbesondere bei einer viereckigen Grundfläche des Stapels, ragen die Separatoren auf zumindest zwei Seiten über die Kathoden und/oder die Anoden hinaus. Es kann vorteilhaft sein, wenn die Separatoren eine von 0,1 bis 10 mm, vorzugsweise von 0,5 bis 5 mm und bevorzugt von 1 bis 2 mm größere Länge als zumindest eine der im Stapel vorhandenen Elektrodenarten aufweisen. Bevorzugt weisen die Separatoren eine von 0,1 bis 10 mm, vorzugsweise von 1 bis 6 mm und bevorzugt von 2 bis 4 mm größere Breite als zumindest eine der im Stapel vorhandenen Elektrodenarten auf. Es kann besonders vorteilhaft sein, wenn die Separatoren sowohl eine größere Länge als auch eine größere Breite als zumindest eine der im Stapel vorhandenen Elektrodenarten aufweisen. Auf diese Weise kann der oben als bevorzugt beschriebene teilweise Kontakt der Klebung zur Oberfläche zumindest der Separatoren erreicht werden. Besonders bevorzugt weist der Separator die gleiche Breite und/oder Länge, vorzugsweise Breite wie die Anode auf und die Kathode weist eine etwas geringere Länge und/oder Breite, vorzugsweise Breite, als der Separator auf, so dass Anode und Separatoren bündig stehen und die Kathode in diesem Stapel etwas nach innen ragt. Auf diese Weise kann ein Dendritenwachstum weitestgehend verhindert werden.The stack according to the invention preferably has in each case one electrode as the first and last layer, wherein these electrodes may each be cathodes or in each case anodes. Preferably, the electrodes bounding the stack are anodes. The separators in the stack must at least complete the active areas of their directly adjacent electrodes. It may be advantageous if the separators present in the stack protrude on at least one side of the stack over the active regions of the electrodes directly adjacent to them. Preferably, in particular in the case of a quadrangular base area of the stack, the separators project on at least two sides beyond the cathodes and / or the anodes. It may be advantageous if the separators have a length greater than 0.1 to 10 mm, preferably 0.5 to 5 mm and preferably 1 to 2 mm, than at least one of the types of electrodes present in the stack. The separators preferably have a width greater than 0.1 to 10 mm, preferably from 1 to 6 mm and preferably from 2 to 4 mm, greater than at least one of the types of electrodes present in the stack. It can be particularly advantageous if the separators have both a greater length and a greater width than at least one of the types of electrodes present in the stack. In this way, the partial contact of the bond to the surface of at least the separators described above as being preferred can be achieved. Particularly preferably, the separator has the same width and / or length, preferably width as the anode, and the cathode has a somewhat smaller length and / or width, preferably width, than the separator, so that the anode and separators are flush and the cathode something sticks out in this pile. In this way, a dendrite growth can be largely prevented.
Als Elektroden können in dem erfindungsgemäßen Stapel alle bekannten, als Kathoden bzw. Anoden verwendbaren Elektroden vorhanden sein. Mögliche Elektroden können z. B. JP 2003-086174, WO 99/62132 oder EP 0 744 782, in denen die Herstellung von Kathoden beschrieben wird und auf die ausdrücklich verwiesen wird, entnommen werden. Da die Stapel insbesondere in Li-Akkumulatoren eingesetzt werden sollen, weisen sie als Anoden vorzugsweise solche auf, die eine Ableiterfolie aufweisen, auf welcher die aktive Massen beidseitig oder einseitig, vorzugsweise beidseitig aufgebracht sind. Bevorzugt weisen die Anoden als Ableiterfolien Kupferfolien oder -bleche auf. Die aktive Masse kann z. B. Kohlenstoff, vorzugsweise Graphit, aber auch Hard Carbon (Amorpher Kohlenstoff), metallisches Lithium, Legierungen auf Zinnbasis, Lithiumtitanat, Metallnitride oder Phosphide, die in der Lage sind Lithium einzulagern, wie z. B. C0N3, NiN3, CuN3, C0P3 oder FeP2, Nitride LixMyN2, mit M z. B. Mo, Mn, Fe und vorzugsweise x = 0,01 bis 1, bevorzugt 0,2 bis 0,9 und y = 1-x, Nitride Li3_xMxN mit M = Übergangsmetall und vorzugsweise x = 0,1 bis 0,9, bevorzugt 0,2 bis 0,8 und/oder Phosphide LixMyPz mit M z. B. Cu, Mn oder Fe und vorzugsweise x = 0,01 bis 1, vorzugsweise 0,2 bis 0,9, y = 1-x und z = ganze Zahl, die so groß gewählt ist, dass die Verbindung keine elektrische Ladung aufweist, aufweisen oder aus einem oder mehreren dieser Materialien bestehen. Solche und andere geeignete Elektrodenmaterialen sowie deren Herstellung und die Herstellung entsprechender Elektroden können z. B. den Dokumenten US 2002-142217, JP 2003-176129, JP 2003-187807, JP 2003-115296, JP 2002289192, JP 2002270174, JP 2002-270157, JP 2002-260657, US 2003-142466, JP 10/003923, JP 2001-266893, JP 2000-067859, JP 2000-067858, JP 2000-067849, JP 11/003707, JP 10/302765, JP 2003-335524, JP 2003-317706, EP 1 249 881, JP 2002- 246021, EP 1 168 472, WO 01/22520, EP 0 752 728, US 2002-150818, JP 2002-075376, EP 0 744 782, US 6,566,011 oder EP 1 339 642 entnommen werden, auf die ausdrücklich verwiesen wird.As electrodes, all known electrodes which can be used as cathodes or anodes can be present in the stack according to the invention. Possible electrodes can z. For example, JP 2003-086174, WO 99/62132 or EP 0 744 782, in which the preparation of cathodes is described and to which reference is expressly taken. Since the stacks are to be used in particular in Li accumulators, they preferably have as anodes on those having a trap foil on which the active materials are applied on both sides or on one side, preferably on both sides. The anodes preferably have copper foils or sheets as conductor foils. The active mass may, for. As carbon, preferably graphite, but also hard carbon (amorphous carbon), metallic lithium, tin-based alloys, lithium titanate, metal nitrides or phosphides, which are capable of storing lithium, such as. B. C0N 3 , NiN 3 , CuN 3 , C0P 3 or FeP 2 , nitrides Li x MyN 2 , with M z. B. Mo, Mn, Fe and preferably x = 0.01 to 1, preferably 0.2 to 0.9 and y = 1-x, nitrides Li 3 _ x M x N with M = transition metal and preferably x = 0.1 to 0.9, preferably 0.2 to 0.8 and / or phosphides Li x M y P z with M z. B. Cu, Mn or Fe and preferably x = 0.01 to 1, preferably 0.2 to 0.9, y = 1-x and z = integer, which is chosen so large that the compound has no electrical charge , or consist of one or more of these materials. Such and other suitable electrode materials and their preparation and the preparation of corresponding electrodes may, for. Documents US 2002-142217, JP 2003-176129, JP 2003-187807, JP 2003-115296, JP 2002289192, JP 2002270174, JP 2002-270157, JP 2002-260657, US 2003-142466, JP 10/003923, US Pat. JP 2001-266893, JP 2000-067859, JP 2000-067858, JP 2000-067849, JP 11/003707, JP 10/302765, JP 2003-335524, JP 2003-317706, EP 1 249 881, JP 2002-246021, EP 1 168 472, WO 01/22520, EP 0 752 728, US 2002-150818, JP 2002-075376, EP 0 744 782, US 6,566,011 or EP 1 339 642, to which reference is expressly made.
Als Kathoden weist der erfindungsgemäße Stapel vorzugsweise solche auf, die eine Ableiterfolie aufweisen, auf der die aktive Masse beidseitig oder einseitig, vorzugsweise beidseitig aufgebracht ist. Bevorzugt sind die Ableiterfolien der Kathoden Aluminiumfolien oder -bleche. Die aktive Masse kann z. B. Lithiumcobaltoxid LiCoO2, Lithiummanganoxid (Spinell) LiMn2O4 und Manganoxid MnO2, Lithiumnickeloxid LiNiO2, Mischoxide, insbeosndere LiNii/3Cθi/3Mni/3θ2, LiNio sCoo 15AI005O2, Lithiumtitanat Li4TIsOi2, Lithiummetallphospat mit Olivin-Struktur, wie z. B. LiMPO4, mit M z. B. Fe, Co oder Mn und/oder Nasicon-Struktur, wie z. B. Li3M2(PO4)3, mit M z. B. Fe oder V und deren Abkömmlinge, wie z. B. LiMPO4F mit M = Übergangsmetall, Vanadiumoxide, wie z. B. V2Os oder LiV3θ8 aufweisen oder aus einem oder mehreren dieser Materialien bestehen. Solche und andere geeignete Elektrodenmaterialen sowie deren Herstellung und die Herstellung entsprechender Elektroden können z. B. den Dokumenten WO 99/62132, EP 0 744 782, WO 2004/070862, EP 1 049 182, EP 1 325 525, EP 1 325 526, US 2002-182497, US 2002-192551, EP 1 456 895, WO 2003/012899, WO 2004/036671, EP 1 333 935, WO 02/30815, JP 2003-203628, US 2004-002003, EP 1 184 920, EP 1 193 783, EP 1 193 784, EP 1 193 785, EP 1 193 786, EP 1 193 787, EP 1 195 827, EP 1 489 672, EP 1 261 050 EP 1 396 038, WO 97/40541, WO 01/53198, WO 03/099715, EP 1 252 671, EP 1 309 021, WO 01/53198, WO 2003/099715 oder WO 2004/057691 entnommen werden, auf die ausdrücklich verwiesen wird.As cathodes, the stack according to the invention preferably has those which have an arrester foil on which the active composition is applied on both sides or on one side, preferably on both sides. The arrester foils of the cathodes are preferably aluminum foils or sheets. The active mass may, for. Lithium cobalt oxide LiCoO 2 , lithium manganese oxide (spinel) LiMn 2 O 4 and manganese oxide MnO 2 , lithium nickel oxide LiNiO 2 , mixed oxides, more particularly LiNii / 3Cθi / 3Mni / 3θ 2 , LiNio sCoo 15AI005O 2 , lithium titanate Li 4 TIsOi 2 , lithium metal phosphate with olivine Structure, such. B. LiMPO 4 , with M z. As Fe, Co or Mn and / or Nasicon structure such. B. Li 3 M 2 (PO 4 ) 3 , with M z. B. Fe or V and their derivatives, such as. B. LiMPO 4 F with M = transition metal, vanadium oxides, such as. B. V 2 Os or LiV 3 θ 8 or consist of one or more of these materials. Such and other suitable electrode materials and their preparation and the preparation of corresponding electrodes may, for. Documents WO 99/62132, EP 0 744 782, WO 2004/070862, EP 1 049 182, EP 1 325 525, EP 1 325 526, US 2002-182497, US 2002-192551, EP 1 456 895, WO 2003/012899, WO 2004/036671, EP 1 333 935, WO 02/30815, JP 2003-203628, US 2004-002003, EP 1 184 920, EP 1 193 783, EP 1 193 784, EP 1 193 785, EP 1 193 786, EP 1 193 787, EP 1 195 827, EP 1 489 672, EP 1 261 050, EP 1 396 038, WO 97/40541, WO 01/53198, WO 03/099715, EP 1 252 671, EP 1 309 021, WO 01/53198, WO 2003/099715 or WO 2004/057691 are referred to, to the expressly referred to.
Informationen über die Herstellung in Li-Akkumulatoren einsetzbarer Elektroden und deren Herstellung finden sich z. B. in „Lithium Batteries", G. -A. Nazri, G. Pistoia, Kluwer Academic Publishers, 2004. Die eingesetzten Elektroden sind vorzugsweise so ausgeführt, dass die Ableiterfolie nicht vollständig mit aktiver Masse beschichtet ist. Die Elektroden können Ableiter(fähnchen) aufweisen, über welche die Elektroden mit einem Batteriepol verbunden werden können. Es können aber auch Elektroden eingesetzt werden, deren Ableiterfolie so gestaltet sind, dass sie direkt ein Ableiter(fähnchen) darstellt.Information about the production in Li-accumulators usable electrodes and their production can be found, for. Nazari, G. Pistoia, Kluwer Academic Publishers, 2004. The electrodes used are preferably designed so that the arrester foil is not completely coated with active mass ), by means of which the electrodes can be connected to a battery pole, but it is also possible to use electrodes whose arrester foil is designed so that it directly represents an arrester (flag).
Die Elektroden und Separatoren sind im Stapel vorzugsweise so angeordnet, dass die aktive Masse der Elektroden an keiner Stelle über den Rand des Separators hinaussteht. Vorzugsweise sind Elektroden und Separatoren im erfindungsgemäßen Stapel so angeordnet, dass die aktive Masse der einen Elektrode deckungsgleich der aktiven Masse der Gegenelektrode getrennt durch einen Separator gegenüberliegt. Dadurch werden unerwünschte Streufelder vermieden, die die Lebensdauer der Akkumulatoren reduzieren können.The electrodes and separators are preferably arranged in the stack such that the active mass of the electrodes does not protrude beyond the edge of the separator at any point. Preferably, electrodes and separators are arranged in the stack according to the invention such that the active mass of one electrode congruently faces the active mass of the counterelectrode separated by a separator. This avoids unwanted stray fields that can reduce the life of the batteries.
Der erfindungsgemäße Stapel kann alle bekannten, zur Verwendung in einer Batterie, insbesondere zur Verwendung in einem Li-Akkumulator geeigneten, Separatoren aufweisen. Derzeitig eingesetzte Separatoren bestehen überwiegend aus porösen organischen Polymerfilmen bzw. aus anorganischen Vliesstoffen, wie z. B. Vliesen aus Glas- oder Keramik-Materialien oder auch Keramikpapieren. Diese werden von verschiedenen Firmen wie z. B. Celgard, Tonen, Übe, Asahi, Binzer, Mitsubishi, Daramic und anderen angeboten. Ein typischer organischer Separator besteht z. B. aus Polypropylen oder aus einem Polypropylen/Polyethylen/Polypropylen- Verbund. Solche PP/PE/PP- Verbundseparatoren werden z. B. durch die Firma Celgard LLC z. B. unter der Bezeichnung Celgard® 2325 angeboten. Bevorzugt können die erfindungsgemäßen Stapel hybride Separatoren aufweisen, die neben einem Polymer auch anorganische Oxidpartikel aufweisen. Solche Separatoren werden z. B. in DE 199 18 856 beschrieben.The stack according to the invention may comprise all known separators suitable for use in a battery, in particular for use in a Li accumulator. Currently used separators consist predominantly of porous organic polymer films or of inorganic nonwovens, such as. B. fleeces of glass or ceramic materials or ceramic papers. These are used by various companies such. Celgard, Toning, Practice, Asahi, Binzer, Mitsubishi, Daramic and others. A typical organic separator consists for. B. polypropylene or a polypropylene / polyethylene / polypropylene composite. Such PP / PE / PP composite separators are z. B. by the company Celgard LLC z. B. under the name Celgard ® 2325 offered. The stacks according to the invention may preferably have hybrid separators which, in addition to a polymer, also have inorganic oxide particles. Such separators are z. B. in DE 199 18 856 described.
Besonderes bevorzugt weisen die erfindungsgemäßen Stapel Separatoren auf, die einen porösen Träger mit einer auf und in diesem Träger befindlichen porösen anorganischen, nicht elektrisch leitfähigen Beschichtung aus mit einem anorganischen Kleber verklebten Oxidpartikel aufweisen, wobei der Träger gewebte oder ungewebte Polymer- oder Glasfasern, vorzugsweise Polymerfasern, aufweist oder aus diesen besteht. Solche Separatoren sind z. B. bei der Degussa AG unter der Bezeichnung SEPARION® S240 P25 oder SEPARION® S450 P35 erhältlich. Die Herstellung solcher Separatoren kann z. B. den Dokumenten WO 2004/021469, WO 2004/021474, WO 2004/021476, WO 2004/021477, WO 2004/021499, WO 2004/049471, WO 2004/049472, WO 2005/038946, WO 2005/038959 und WO 2005/038960 entnommen werden. Diesen Dokumenten können auch verschiedene Möglichkeiten entnommen werden, wie diese hybriden Separatoren mit einer Abschaltschicht ausgerüstet werden können. Weisen die erfindungsgemäßen Stapel solche, mit Abschaltschichten oder - Partikeln ausgerüsteten Separatoren auf, kann die Sicherheit der Stapel bzw. der diese Stapel aufweisenden Batterien nochmals gesteigert werden. Ganz besonderes bevorzugt weisen die erfindungsgemäßen Stapel deshalb Separatoren auf, die mit einer Abschaltschicht oder mit Abschaltpartikeln ausgerüstet sind.More preferably, the stacks according to the invention have separators which do not have a porous support with a porous inorganic, located on and in this support electrically conductive coating of bonded with an inorganic adhesive oxide particles, wherein the carrier has woven or non-woven polymer or glass fibers, preferably polymer fibers, or consists of these. Such separators are z. B. available from Degussa AG under the name SEPARION ® S240 P25 or SEPARION ® S450 P35. The preparation of such separators can, for. WO 2004/021469, WO 2004/021474, WO 2004/021476, WO 2004/021477, WO 2004/021499, WO 2004/049471, WO 2004/049472, WO 2005/038946, WO 2005/038959 and WO 2005/038960 be removed. These documents can also be taken from various ways in which these hybrid separators can be equipped with a shutdown layer. If the stacks according to the invention have such separators equipped with cut-off layers or particles, the safety of the stacks or of the batteries having these stacks can be increased even further. Very particular preference, therefore, the stacks according to the invention have separators which are equipped with a shutdown layer or with shutdown particles.
Die erfindungsgemäßen Stapel können z. B. durch das nachfolgend beschriebene erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Stapels aus abwechselnd übereinander gestapelten und fixierten Separatoren und Elektroden erhalten werden.The stack according to the invention can, for. Example, be obtained by the inventive method described below for producing a stack of alternately stacked and fixed separators and electrodes.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung eines Stapels aus abwechselnd übereinander gestapelten und fixierten Separatoren und Elektroden, zeichnet sich dadurch aus, dass auf eine Elektrode abwechselnd Separatoren und Elektroden gestapelt werden und auf zumindest einer Seite des so erhaltenen Stapels eine Klebung aufgebracht wird, die zumindest mit einer Seite der im Stapel vorhandenen Elektroden und Separatoren einen Kontakt aufweist.The method according to the invention for producing a stack of alternately stacked and fixed separators and electrodes is characterized in that separators and electrodes are stacked alternately on an electrode and an adhesion is applied to at least one side of the stack thus obtained, at least one Side of the electrodes and separators present in the stack has a contact.
Das Aufbringen der Klebung auf zumindest eine Seite des Stapels kann z. B. dadurch erfolgen, dass ein organischer Kleber z. B. mittels Tauchen oder mittels einer Heißklebepistole, besonders bevorzugt mittels Spritzköpfen für Raupenauftrag, Flächenköpfe, Sprühköpfe, Dosierventilen, Dispenser auf zumindest eine Seite des Stapels aufgebracht wird und die im Stapel enthaltenen Elektroden und Separatoren anschließend nicht gegeneinander bewegt werden bis der Kleber abgebunden bzw. gehärtet ist. Über die Art der verwendeten Köpfe und/oder die Wahl der Aufbringmethode kann die Breite der Klebung eingestellt werden. Über die verwendete Menge des Klebers kann die Dicke der Klebung eingestellt werden.The application of the bond on at least one side of the stack can, for. B. be done by an organic adhesive z. B. by dipping or by means of a hot glue gun, particularly preferably by means of spray heads for bead application, surface heads, spray heads, dosing valves, dispenser is applied to at least one side of the stack and the electrodes contained in the stack and separators are then not moved against each other until the adhesive is set or is cured. About the type of heads used and / or the choice of application method, the width of the bond can be adjusted. about The amount of adhesive used can be used to adjust the thickness of the bond.
Vorzugsweise wird in dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung der Klebung ein organischer Kleber eingesetzt, der direkt nach dem Auftragen oder in einem Zeitraum bis zu 60 Minuten nach dem Auftragen, bevorzugt innerhalb von 0,01 bis 60 Minuten und besonders bevorzugt innerhalb von 5 bis 10 Minuten härtet oder gehärtet werden kann. Der organische Kleber kann insbesondere ein thermisch-, chemisch- oder strahlungsaktivierter Kleber sein. Vorzugsweise wird als organischer Kleber z. B. ein Heißkleber, wie z. B. Vestoplast® 608 der Degussa, oder ein Epoxidkleber, insbesondere ein UV-vernetzbarer Epoxidkleber, wie z. B. 3121 UV-curing epoxa resin von ThreeBond, oder Acrylatkleber, wie z. B. Plex® 9016-O von Röhm oder Vitralit™ 4741 von Panacol-Elosol eingesetzt. Bevorzugt wird als organischer Kleber ein UV-vernetzender Epoxidkleber und besonders bevorzugt ein Acrylatkleber (auch UV-vernetzt) eingesetzt. Die UV-vernetzbaren Kleber werden nach dem Aufbringen auf die Seite des Stapels innerhalb von 0,1 bis 60 Minuten, vorzugsweise innerhalb von 5 bis 10 Minuten mittels UV-Licht einer Wellenlänge von 10 bis 380 nm, bevorzugt von 315 bis 380 nm gehärtet. UV-Licht entsprechender Wellenlänge kann z. B. mit einer UV-Lampe vom Typ UV-F 400 der Firma Panacol-Elosol erzeugt werden.An organic adhesive is preferably used in the method according to the invention for producing the bond, which is applied directly after application or in a period of up to 60 minutes after application, preferably within 0.01 to 60 minutes and particularly preferably within 5 to 10 minutes hardens or can be cured. The organic adhesive may in particular be a thermally, chemically or radiation-activated adhesive. Preferably, as an organic adhesive z. B. a hot melt adhesive such. B. Vestoplast ® 608 Degussa, or an epoxy adhesive, in particular a UV-crosslinkable epoxy adhesive such. B. 3121 UV-curing epoxa resin from ThreeBond, or acrylate adhesive, such as. B. Plex ® 9016-O from Röhm or Vitralit ™ 4741 used by Panacol Elosol. The organic adhesive used is preferably a UV-crosslinking epoxy adhesive and particularly preferably an acrylate adhesive (also UV-crosslinked). The UV-crosslinkable adhesives are cured after application to the side of the stack within 0.1 to 60 minutes, preferably within 5 to 10 minutes by means of UV light of a wavelength of 10 to 380 nm, preferably from 315 to 380 nm. UV light of appropriate wavelength can z. B. be produced with a UV lamp of the type UV-F 400 from Panacol-Elosol.
Es kann vorteilhaft sein, wenn die Seite des Stapels, auf der eine Klebung aufgebracht werden soll, durch Ausübung von Druck vorzugsweise eines Drucks von mindestens 0,1 N/cm2, vorzugsweise von 1 bis 10 N/cm2 zusammengepresst wird. Dies kann z. B. auch dadurch erfolgen, dass auf den gesamten Stapel ein entsprechender Druck ausgeübt wird. Das Ausüben von Druck kann z. B. über pneumatisch oder hydraulische Stempel geeigneter Form erfolgen. Bevorzugt wird der Pressvorgang solange aufrechterhalten, bis der Kleber gehärtet oder zumindest angehärtet ist. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass möglichst wenig Kleber in die Fläche zwischen Elektroden und Separator eindringt und somit verhindert wird, dass Separatorfläche oder Fläche der aktiven Masse von Kleber verstopft wird und damit dem Ionentransport nicht mehr zur Verfügung steht.It may be advantageous if the side of the stack on which a bond is to be applied is compressed by applying pressure, preferably a pressure of at least 0.1 N / cm 2 , preferably from 1 to 10 N / cm 2 . This can be z. B. also be done by applying a corresponding pressure on the entire stack. The application of pressure can z. B. via pneumatic or hydraulic stamp suitable form. Preferably, the pressing process is maintained until the adhesive is cured or at least partially cured. In this way it can be achieved that as little as possible adhesive penetrates into the surface between electrodes and separator and thus prevents the separator surface or surface of the active mass is clogged by adhesive and thus the ion transport is no longer available.
Es kann vorteilhaft sein, wenn das erfindungsgemäße Verfahren so durchgeführt wird, dass zunächst mehrere Stapel unter Verwendung von Trennlagen, die z. B. aus schlecht mit dem eingesetzten Kleber verklebbarem Material, wie z. B. Silikon oder Polyvinylidenfluorid (PVDF) bestehen können, übereinandergestapelt werden und anschließend eine oder mehrere Klebungen vorgenommen werden. Anschließend werden die Stapel an den Trennlagen wieder getrennt. Auf diese Weise lassen sich in einem Arbeitsgang an mehreren Stapel Klebungen durchführen, wodurch eine höhere Produktionsrate erzielt werden kann.It may be advantageous if the method according to the invention is carried out in such a way that first of all a plurality of stacks are used, using separating layers which are eg. B. from poorly glued with the adhesive used material such. As silicone or polyvinylidene fluoride (PVDF) are stacked and then one or more bonds are made. Subsequently, the stacks are separated again at the separating layers. In this way can be carried out in a single operation on several stack of bonds, whereby a higher production rate can be achieved.
In dem erfindungsgemäßen Verfahren werden beim Stapeln als Elektrodenarten vorzugsweise abwechselnd Anoden und Kathoden übereinandergestapelt. Zwischen den Elektroden wird ein Separator gestapelt, wobei der Separator bevorzugt eine größere Länge und/oder Breite als zumindest eine der beiden Elektrodenarten aufweist. Vorzugsweise wird ein Separator eingesetzt, der eine von 0,1 bis 10 mm, vorzugsweise von 1 bis 6 mm und bevorzugt von 2 bis 4 mm größere Breite als die Breite der eingesetzten Anoden und/oder Kathoden aufweist. Als Separator wird vorzugsweise ein Separator eingesetzt, der eine größere Breite als die Breite der eingesetzten Kathode aufweist. Die Breite der Anode, bzw. der Kathode, falls der Separator eine größere Breite als die Breite der Anode aufweist, kann ebenfalls kleiner als die Breite des Separators sein, ist bevorzugt aber gleich groß.In the method according to the invention, stacking as electrode types preferably alternatingly stacked anodes and cathodes. A separator is stacked between the electrodes, the separator preferably having a greater length and / or width than at least one of the two types of electrodes. Preferably, a separator is used which has a width greater than 0.1 to 10 mm, preferably from 1 to 6 mm and preferably from 2 to 4 mm, than the width of the anodes and / or cathodes used. As a separator, a separator is preferably used, which has a greater width than the width of the cathode used. The width of the anode, or the cathode, if the separator has a width greater than the width of the anode, may also be smaller than the width of the separator, but is preferably the same size.
Als Separatoren und Elektroden können in dem erfindungsgemäßen Verfahren die oben beschriebenen eingesetzt werden. Das Stapeln der Elektroden und Separatoren erfolgt vorzugsweise in der Weise, dass die aktive Masse der Elektroden an keiner Stelle über den Rand des Separators hinaussteht. Vorzugsweise werden Elektroden und Separatoren so gestapelt, dass die aktiven Masse der einen Elektrode deckungsgleich der aktiven Masse der Gegenelektrode getrennt durch einen Separator gegenüberliegen. Die Elektroden werden so gestapelt, dass sich die Ableiterfolien nicht gleichnamiger Elektroden nicht berühren (s. Fig. 2).As separators and electrodes, those described above can be used in the process according to the invention. The stacking of the electrodes and separators is preferably carried out in such a way that the active mass of the electrodes does not protrude beyond the edge of the separator at any point. Preferably, electrodes and separators are stacked so that the active mass of one electrode congruent to the active mass of the counter electrode are separated by a separator. The electrodes are stacked so that the arrester foils do not touch electrodes of the same name (see Fig. 2).
Die erfindungsgemäßen Stapel können z. B. in einem Li- Akkumulator verwendet werden. Li-Akkumulatoren, die einen erfindungsgemäßen Stapel enthalten, können als Elektrolyten Lithiumsalze mit großen Anionen in Carbonaten als Lösemittel aufweisen. Geeignete Lithiumsalze sind z. B. LiClO4, LiBF4, LiAsF6 oder LiPF6, wobei LiPF6 besonders bevorzugt ist. Als Lösemittel geeignete organische Carbonate sind z. B. Ethylencarbonat, Propylencarbonat, Dimethylcarbonat, Ethylmethylcarbonat oder Diethylcarbonat oder Mischungen davon. An Hand der Figuren Fig. 1 bis Fig. 6 wird der Gegenstand der Erfindung nachfolgend näher erläutert, ohne dass die Erfindung auf die dort beispielhaft abgebildeten Ausführungsarten beschränkt sein soll.The stack according to the invention can, for. B. be used in a Li accumulator. Li-accumulators which contain a stack according to the invention can have, as electrolytes, lithium salts with large anions in carbonates as solvent. Suitable lithium salts are, for. LiClO 4 , LiBF 4 , LiAsF 6 or LiPF 6 , with LiPF 6 being particularly preferred. As solvents suitable organic carbonates are, for. Example, ethylene carbonate, propylene carbonate, dimethyl carbonate, ethyl methyl carbonate or diethyl carbonate or mixtures thereof. The subject matter of the invention will be explained in more detail below with reference to the FIGS. 1 to 6 without the invention being restricted to the embodiments exemplarily illustrated there.
In Fig. 1 ist schematisch der Rand eines Stapels aus Elektroden und Separatortaschen gemäß dem Stand der Technik dargestellt. Die Kathoden K sind in Separatortaschen ST eingesteckt. Die Anode A ist zwischen zwei Separatortaschen ST vorhanden und jeweils als Decklage.In Fig. 1, the edge of a stack of electrodes and separator pockets according to the prior art is shown schematically. The cathodes K are plugged into separator pockets ST. The anode A is present between two separator pockets ST and in each case as cover layer.
In Fig. 2 ist schematisch die Längsseite eines Stapels aus Elektroden und Separatoren dargestellt. Darin steht S für die Separatoren, A für die Anoden, die aus der aktiven Masse aA, aufgebracht auf den Ableiterfolien eA bestehen, und K für die Kathoden, die aus der aktivenIn Fig. 2, the longitudinal side of a stack of electrodes and separators is shown schematically. Therein S stands for the separators, A for the anodes, which consist of the active mass aA, applied to the conductor foils eA, and K for the cathodes, which consist of the active
Masse aK, aufgebracht auf den Ableiterfolien eK bestehen. Mit L ist der Bereich gekennzeichnet, bei dem die aktive Masse einer Elektrode der aktiven Massen einerMass aK, applied to the conductor sheets eK exist. L denotes the region in which the active mass of an electrode of the active masses of a
Gegenelektrode gegenüberliegt. Diese Länge wird als Länge definiert, auf welcher theoretisch eine Klebung vorhanden sein kann.Opposite electrode opposite. This length is defined as the length on which a bond can theoretically be present.
In Fig. 3 ist schematisch die Längsseite eines Stapels aus Elektroden und Separatoren dargestellt. Darin steht S für die Separatoren, A für die Anoden und K für die Kathoden. Mit a ist der Abstand zwischen zwei Klebungen Kl auf der Seite des Stapels gekennzeichnet.In Fig. 3, the longitudinal side of a stack of electrodes and separators is shown schematically. Therein S stands for the separators, A for the anodes and K for the cathodes. With a, the distance between two bonds Kl is marked on the side of the stack.
In Fig. 4 ist schematisch die Längsseite eines Stapels aus Elektroden und Separatoren dargestellt. Darin steht S für die Separatoren, A für die Anoden und K für die Kathoden. Die Klebung Kl hat in diesem Fall eine Breite, die der maximalen theoretischen Länge L entspricht.FIG. 4 schematically shows the longitudinal side of a stack of electrodes and separators. Therein S stands for the separators, A for the anodes and K for the cathodes. The bond Kl in this case has a width corresponding to the maximum theoretical length L.
In Fig. 5 ist schematisch ein Rand des Querschnitts eines Stapels aus Elektroden und Separatoren gemäß der Erfindung dargestellt. Die Klebung Kl verklebt die Kanten der Kathoden K, der Separatoren S und der Anoden A. Zusätzlich ist auch ein Teil einer Oberfläche des Separators S mit der Klebung in Kontakt.FIG. 5 schematically shows an edge of the cross section of a stack of electrodes and separators according to the invention. The bond Kl bonds the edges of the cathodes K, the separators S and the anodes A. In addition, a part of a surface of the separator S is also in contact with the bond.
In Fig. 6 ist schematisch ein Rand des Querschnitts eines Stapels aus Elektroden und Separatoren gemäß der Erfindung dargestellt, bei der die Klebung erfolgt ist, ohne dass auf die Seite des Stapels ein genügend großer Druck ausgeübt wurde. Es ist zu erkennen, dass der Kleber der Klebung Kl in die Zwischenräume zwischen Kathoden K, Anoden A und Separatoren S gelaufen ist, wodurch die Klebung einen großen Teil der Oberfläche der Elektroden und der Separatoren bedeckt.In Fig. 6, an edge of the cross section of a stack of electrodes and separators according to the invention is shown schematically, in which the adhesion is carried out without affecting the Side of the stack a sufficiently large pressure was applied. It can be seen that the adhesive of the bond Kl has passed into the spaces between cathodes K, anodes A and separators S, whereby the bonding covers a large part of the surface of the electrodes and the separators.
Die vorliegende Erfindung wird durch die nachfolgenden Beispiele beschrieben, ohne darauf beschränkt zu sein.The present invention is described by, but not limited to, the following examples.
Beispiele: Zur Herstellung der Stapel gemäß den nachfolgenden Beispielen und Vergleichsbeispielen wurden die Separatoren SEPARION® S 240 P25 oder S 450 P35 eingesetzt, die bei der Degussa AG erhältlich sind und gemäß EP 1509960 bzw. DE 10208277 hergestellt werden können.Examples: For the preparation of the stack according to the following examples and comparative examples, the separators SEPARION ® S 240 or S P25 were employed 450 P35, available from Degussa AG and EP 1509960 and DE 10208277 can be prepared according.
Vergleichsbeispiel 1: Stapel ohne VerklebungComparative Example 1 Stack without Bonding
Auf eine Elektrode A (Anode) mit den Abmessungen 70 mm x 131 mm (davon 7mm unbeschichtetes Kupfer an einer der Schmalseiten), gemäß Fig. 2, (Enax Inc., Japan) wird ein Separator S240 P25, (Degussa AG, Deutschland) mit den Abmessungen 72 mm x 126 mm, gelegt, so dass der Separator die Elektroden im Bereich der mit Aktivmaterial beschichteten Kupferfolie allseitig um 1 mm überragt. Darauf wird die Gegenelektrode K mit den Abmessungen 65 mm x 129 mm (davon 9 mm blanke Aluminiumfolie an einer der Schmalseiten) (Kathode; Enax Inc., Japan) gelegt, wobei darauf geachtet wird, dass der Separator den Bereich der mit Aktivmaterial beschichteten Aluminiumfolie vollständig allseitig bedeckt. Die Elektroden werden dabei so angeordnet, dass die blanken Aluminiumfolien der Schmalseiten der Kathoden auf einer Seite des Stapels und die blanken Kupferfolien der Schmalseiten der Anoden auf der gegenüberliegenden Seite des Stapels aus diesem herausragen. Abwechselnd werden nun weitere Lagen Elektroden jeweils getrennt durch Separatoren gestapelt, so dass am Ende ein Stapel bestehend aus 16 Lagen Anoden und 15 Lagen Kathoden sowie 30 Lagen Separatoren erhalten wird, der durch die Anoden begrenzt wird. Die gemäß Fig. 2 an den beiden sich gegenüberliegenden Enden herausragenden Ableitfolien jeweils gleichnamiger Elektroden werden per Ultraschallschweißen an den nicht beschichteten Bereichen miteinander und mit einem metallischen Ableitfähnchen verschweißt (Ableitfähnchen in Fig. 2 nicht dargestellt).On an electrode A (anode) with the dimensions 70 mm x 131 mm (of which 7 mm uncoated copper on one of the narrow sides), as shown in FIG. 2, (Enax Inc., Japan) is a separator S240 P25, (Degussa AG, Germany) 72 mm x 126 mm, so that the separator projects beyond the electrodes in the area of the active material-coated copper foil by 1 mm on all sides. Then, the counter electrode K having dimensions of 65 mm x 129 mm (including 9 mm of bare aluminum foil on one of the narrow sides) (cathode, Enax Inc., Japan) is laid, taking care that the separator covers the area of the active material coated aluminum foil completely covered on all sides. The electrodes are arranged so that the bare aluminum foils of the narrow sides of the cathode on one side of the stack and the bare copper foils of the narrow sides of the anodes on the opposite side of the stack protrude therefrom. Alternately, further layers of electrodes are now separately stacked by separators, so that at the end of a stack consisting of 16 layers of anodes and 15 layers of cathodes and 30 layers of separators is obtained, which is limited by the anodes. The protruding according to FIG. 2 at the two opposite ends Ableitfolien respectively identically named electrodes are welded by ultrasonic welding to the non-coated areas with each other and with a metallic Ableitfähnchen (Ableitfähnchen not shown in Fig. 2).
Das Handling der Stapel gestaltet sich aufgrund der sehr schlecht miteinander verbundenen Lagen schwierig. Die einzelnen Lagen verschieben sich sehr leicht gegeneinander. Dieser Stapel wird zum Bau einer laminate sheet battery verwendet, indem der Stapel vorsichtig in ein Aluminiumgehäuse eingelegt wird. Die Zelle wird mit einer Vakuumschweißanlage Audionvac (VMS 103, FA. Audion Elektro GmbH, NL) verschweißt. In das noch an einer kleinen Stelle offene Gehäuse wird Elektrolyt 1 M LiPF6 in Ethylencarbonat(EC):Diethylcarbonat(DEC) (1 : 1) UBE Japan eingefüllt. Im Anschluss daran wird die Zelle ebenfalls mit der Vakuumschweißanlage geschlossen und dann an ein Ladegerät Maccor Series 4000 (Maccor, USA) angeschlossen. Die Batterie läßt sich nicht erstmalig laden (formieren), da es aufgrund der internen Verschiebungen zu Kurzschlüssen in dem Akkumulator kommt.The handling of the stack is difficult due to the very poorly connected layers. The individual layers move very easily against each other. This stack is used to build a laminate sheet battery by carefully placing the stack in an aluminum case. The cell is welded to a vacuum welding system Audionvac (VMS 103, FA, Audion Elektro GmbH, NL). Electrolyte 1 M LiPF 6 in ethylene carbonate (EC): diethyl carbonate (DEC) (1: 1) UBE Japan is introduced into the housing, which is still open at a small point. Following this, the cell is also closed with the vacuum welding equipment and then connected to a Maccor Series 4000 (Maccor, USA) charger. The battery can not be charged for the first time because of internal shifts in the accumulator.
Vergleichsbeispiel 2: Stapel mit geschweißten Taschen Separatortaschen gemäß Fig. 1 werden hergestellt indem zunächst 2 Lagen des Separators S 450 P35 (Degussa AG, Deutschland) der Abmessung 73 mm x 130 mm (an der Längsseite je 4 mm Überstand wegen des Schweißens und des Einfahrens) an den beiden Längsseiten mit einer Heißpresse (JoKe, Germany) verschweißt werden. Die Schweißung erfolgt bei 280 0C für 10 s bei einer Anpresskraft von 2500 N. Danach wird in diese Tasche eine Kathode der Abmessung 65 mm x 129 mm gemäß der Fig. 1 eingeschoben. Dann wird gemäß Fig. 1 ein Stapel bestehend aus 16 Anoden und 15 Separator/Kathoden-Taschen hergestellt. Die an den beiden entgegengesetzten Enden des Stapels herausragenden Ableitfolien jeweils gleichnamiger Elektroden werden per Ultraschallschweißen an den nicht beschichteten Bereichen miteinander und mit einem metallischen Ableitfähnchen wie in Vergleichsbeispiel 1 verschweißt.Comparative Example 2 Stacks with Welded Bags Separator pockets according to FIG. 1 are produced by first of all two layers of the separator S 450 P35 (Degussa AG, Germany) measuring 73 mm × 130 mm (4 mm projection on the longitudinal side for welding and retraction ) are welded to the two long sides with a hot press (JoKe, Germany). The welding is carried out at 280 0 C for 10 s at a contact pressure of 2500 N. Thereafter, a cathode of the dimension 65 mm x 129 mm shown in FIG. 1 is inserted into this pocket. Then, according to FIG. 1, a stack consisting of 16 anodes and 15 separator / cathode pockets is produced. The discharge electrodes of electrodes of the same name projecting at the two opposite ends of the stack are welded to one another by ultrasonic welding to the non-coated regions and to a metallic dissipation flag as in Comparative Example 1.
Das Handling der Stapel gestaltet sich aufgrund der schlecht miteinander verbundenen Komponenten schwierig. Die einzelnen Taschen bzw. Anoden verschieben sich sehr leicht gegeneinander. Dieser Stapel wird zum Bau einer laminate sheet battery verwendet, indem der Stapel vorsichtig in ein Aluminiumgehäuse eingelegt wird. Die Zelle wird mit einer Vakuumschweißanlage Audionvac (VMS 103, FA. Audion Elektro GmbH, NL) verschweißt. In das noch an einer kleinen Stelle offene Gehäuse wird Elektrolyt 1 M LiPF6 in EC:DEC (1 : 1) UBE Japan eingefüllt. Im Anschluss daran wird die Zelle ebenfalls mit der Vakuumschweißanlage geschlossen und dann an das Ladegerät Maccor Series 4000 (Maccor, USA) angeschlossen. Diese Batterie lässt sich ohne Probleme laden und zyklen. Nachteilig sind aber sowohl der (zeit) aufwändige Herstellprozess der Taschen als auch die überstehenden Bereiche der Taschen, die zu einer unnötigen Vergrößerung der Batterie um 6 mm auf der Längsseite und damit zu einer Verringerung der Energiedichte führen.The handling of the stack is difficult due to the poorly interconnected components. The individual pockets or anodes move very easily against each other. This stack is used to build a laminate sheet battery by carefully placing the stack in an aluminum case. The cell is welded to a vacuum welding system Audionvac (VMS 103, FA, Audion Elektro GmbH, NL). Electrolyte 1 M LiPF 6 in EC: DEC (1: 1) is placed in the housing which is still open at a small point UBE Japan filled. Following this, the cell is also closed with the vacuum welding equipment and then connected to the Maccor Series 4000 (Maccor, USA) charger. This battery can be charged without problems and cycles. However, both the (time) consuming manufacturing process of the pockets and the protruding areas of the pockets, which lead to an unnecessary increase of the battery by 6 mm on the longitudinal side and thus to a reduction in the energy density, are disadvantageous.
Vergleichsbeispiel 3: Stapel mit geklebten TaschenComparative Example 3: Stack with glued pockets
Separatortaschen gemäß Fig. 1 werden hergestellt indem zunächst 2 Lagen Separator S 450 P35 (Degussa AG, Deutschland) der Abmessung 73 mm x 130 mm (an der Längsseite je 4 mm Überstand wg. Kleben und Einführen) an den beiden Längsseiten verklebt werden. Als Kleber wird ein UV-härtender Akrylatkleber Plex® 9016-0 von Röhm GmbH, Deutschland verwendet. Der Kleber wird flächig auf einer Breite von 3 mm vom Rand aus auf die Fläche angebracht. Die beiden Lagen werden aufeinander gelegt und der Kleber mit Licht einer Wellenlänge von ca. 315 bis 380 nm für 15 min mit einer UV-Lampe vom Typ UV-F 400 der Firma Panacol-Elosol gehärtet. Danach wird in diese Tasche eine Kathode der Abmessung 65 mm x 129 mm gemäß der Fig. 1 eingeschoben. Dann wird gemäß Fig. 1 ein Stapel bestehend aus 16 Annoden und 15 Separator/Kathoden-Taschen hergestellt. Die an den beiden sich gegenüberliegenden Enden des Stapels herausragenden Ableiterfolien jeweils gleichnamiger Elektroden werden per Ultraschallschweißen an den nicht beschichteten Bereichen miteinander und mit einem metallischen Ableitfähnchen wie in Vergleichsbeispiel 1 verschweißt.Separator pockets according to FIG. 1 are produced by firstly adhering two layers of separator S 450 P35 (Degussa AG, Germany) of dimension 73 mm × 130 mm (4 mm projection on top of each side, for example, gluing and inserting) on the two longitudinal sides. As an adhesive, a UV-curable acrylic adhesive Plex ® is used 9016-0 from Rohm GmbH, Germany. The adhesive is applied flat over a width of 3 mm from the edge to the surface. The two layers are placed on top of each other and the adhesive cured with light of a wavelength of about 315 to 380 nm for 15 min with a UV lamp UV-F 400 from Panacol-Elosol. Thereafter, a cathode of the dimension 65 mm x 129 mm shown in FIG. 1 is inserted into this bag. Then, according to FIG. 1, a stack consisting of 16 anodes and 15 separator / cathode pockets is produced. The at each of the opposite ends of the stack protruding Ableiterfolien respectively electrodes of the same name are welded by ultrasonic welding to the non-coated areas with each other and with a metallic Ableitfähnchen as in Comparative Example 1.
Das Handling der Stapel gestaltet sich aufgrund der schlecht miteinander verbundenen Komponenten schwierig. Die einzelnen Taschen bzw. Anoden verschieben sich sehr leicht gegeneinander. Dieser Stapel wird zum Bau einer laminate sheet battery verwendet, indem der Stapel vorsichtig in ein Aluminiumgehäuse eingelegt wird. Die Zelle wird mit einer Vakuumschweißanlage Audionvac (VMS 103, FA. Audion Elektro GmbH, NL) verschweißt. In das noch an einer kleinen Stelle offene Gehäuse wird Elektrolyt 1 M LiPF6 in EC:DEC (1 : 1) UBE Japan eingefüllt. Im Anschluss daran wird die Zelle ebenfalls mit der Vakuumschweißanlage geschlossen und dann an das Ladegerät Maccor Series 4000 (Maccor, USA) angeschlossen. Diese Batterie lässt sich ohne Probleme laden und zyklen. Nachteilig sind aber sowohl der (zeit) aufwändige Herstellprozess der Taschen als auch die überstehenden Bereiche der Taschen, die zu einer unnötigen Vergrößerung der Batterie um 6 mm auf der Längsseite und damit zu einer Verringerung der Energiedichte führen.The handling of the stack is difficult due to the poorly interconnected components. The individual pockets or anodes move very easily against each other. This stack is used to build a laminate sheet battery by carefully placing the stack in an aluminum case. The cell is welded to a vacuum welding system Audionvac (VMS 103, FA, Audion Elektro GmbH, NL). Electrolyte 1 M LiPF 6 in EC: DEC (1: 1) UBE Japan is introduced into the housing, which is still open at a small point. Following this, the cell is also closed with the vacuum welding equipment and then connected to the Maccor Series 4000 (Maccor, USA) charger. This battery can be charged without problems and cycles. However, the disadvantages are both the (time-consuming) manufacturing process of the pockets and the protruding ones Areas of the pockets that lead to an unnecessary increase of the battery by 6 mm on the long side and thus to a reduction of the energy density.
Beispiele (erfindungsgemäß): Beispiel 1: Stapel mit Heißkleber, verklebt über LinienExamples (according to the invention): Example 1: Stack with hot glue, glued over lines
Auf eine Elektrode A (Anode) mit den Abmessungen 70 mm x 131 mm (davon 7 mm Cu-Rand), gemäß Fig. 2, (Enax Inc., Japan) wird ein Separator S240 P25, (Degussa AG, Deutschland) mit den Abmessungen 72 mm x 126 mm, gelegt, so dass der Separator die Elektroden im Bereich der mit Aktivmaterial beschichteten Kupferfolie allseitig um 1 mm überragt. Darauf wird die Gegenelektrode mit den Abmessungen 65 mm x 129 mm (davon 9 mm blanke Aluminiumfolie) (Kathode; Enax Inc., Japan) gelegt, wobei darauf zu achten ist, dass der Separator den Bereich der mit Aktivmaterial beschichteten Aluminiumfolie vollständig allseitig bedeckt. Die Elektroden werden dabei so angeordnet, dass die blanken Aluminiumfolien der Schmalseiten der Kathoden auf einer Seite des Stapels und die blanken Kupferfolien der Schmalseiten der Anoden auf der gegenüberliegenden Seite des Stapels aus diesem herausragen. Abwechselnd werden nun weitere Lagen Elektroden jeweils getrennt durch Separatoren gestapelt, so dass am Ende ein Stapel bestehend aus 16 Lagen Anoden und 15 Lagen Kathoden sowie 30 Lagen Separatoren entsteht, der durch die Anoden begrenzt wird.On an electrode A (anode) with the dimensions 70 mm x 131 mm (including 7 mm Cu edge), as shown in FIG. 2, (Enax Inc., Japan) is a separator S240 P25, (Degussa AG, Germany) with the Dimensions 72 mm x 126 mm, so that the separator projects beyond the electrodes in the area of the active material coated copper foil on all sides by 1 mm. The counter electrode 65 mm by 129 mm (of which 9 mm is bare aluminum foil) (cathode, Enax Inc., Japan) is placed thereon, care being taken that the separator completely covers the area of the active material coated aluminum foil on all sides. The electrodes are arranged so that the bare aluminum foils of the narrow sides of the cathode on one side of the stack and the bare copper foils of the narrow sides of the anodes on the opposite side of the stack protrude therefrom. Alternately, more layers of electrodes are now stacked separately by separators, so that at the end of a stack consisting of 16 layers of anodes and 15 layers of cathodes and 30 layers of separators is formed, which is limited by the anodes.
Dieser Stapel wird durch Metallplatten oberhalb und unterhalb des Stapels mit 10 N/cm2 leicht zusammengepresst und gemäß Fig. 3 an 3 Stellen auf der Außenseite des Stapels mit je einer Kleberaupe versehen, die mit einer Heißklebepistole GKP 200 CE der Firma Bosch, Gerungen, Deutschland aufgetragen werden. Der Kleber besteht aus dem Heißkleber Vestoplast® 608 der Degussa AG, Deutschland.This stack is slightly compressed by metal plates above and below the stack with 10 N / cm 2 and provided according to FIG. 3 at 3 locations on the outside of the stack, each with a bead of adhesive, which with a hot glue gun GKP 200 CE from Bosch, Gerungen, Germany are applied. The adhesive consists of a hot glue Vestoplast ® 608 of Degussa AG, Germany.
Die gemäß Fig. 2 an den beiden sich gegenüberliegenden Enden des Stapels herausragenden Ableitfolien jeweils gleichnamiger Elektroden werden per Ultraschallschweißen an den nicht beschichteten Bereichen miteinander und mit einem metallischen Ableitfähnchen verschweißtThe protruding from each of the two opposite ends of the stack as shown in FIG. 2 Ableitfolien each eponymous electrodes are welded by ultrasonic welding to the non-coated areas with each other and with a metallic Ableitfähnchen
Dieser Stapel wird zum Bau einer laminate sheet battery verwendet, indem der Stapel vorsichtig in ein Aluminiumgehäuse eingelegt wird. Die Zelle wird mit einer Vakuumschweißanlage Audionvac (VMS 103, FA. Audion Elektro GmbH, NL) verschweißt. In das noch an einer kleinen Stelle offene Gehäuse wird Elektrolyt 1 M LiPF6 in EC : DEC (1 : 1) UBE Japan eingefüllt. Im Anschluss daran wird die Zelle ebenfalls mit der Vakuumschweißanlage geschlossen und dann an das Ladegerät Series 4000 (Maccor, USA) angeschlossen.This stack is used to build a laminate sheet battery by carefully placing the stack in an aluminum case. The cell is welded to a vacuum welding system Audionvac (VMS 103, FA, Audion Elektro GmbH, NL). In The housing, which is still open at a small point, is filled with electrolyte 1 M LiPF 6 in EC: DEC (1: 1) UBE Japan. Following this, the cell is also closed with the vacuum welder and then connected to the Series 4000 Charger (Maccor, USA).
Diese Batterie lässt sich ohne Probleme formieren und laden. Im Gegensatz zum Vergleichsbeispiel 1 kommt es in keinem Fall zu Kurzschlüssen, da die Lagen gut gegeneinander fixiert sind. Im Gegensatz zu den Vergleichsbeispielen 2 und 3 konnte die Prozesszeit deutlich verkürzt werden, da das Verkleben des gesamten Stapels batchweise parallel erfolgen kann. Außerdem weisen die Akkumulatoren eine höhere Energiedichte auf, da auf den beidseitigen Überstand von je 4 mm bei den Taschen verzichtet werden kann.This battery can be easily formed and charged. In contrast to Comparative Example 1, there are no short circuits, because the layers are well fixed against each other. In contrast to Comparative Examples 2 and 3, the process time could be significantly shortened, since the bonding of the entire stack can be done batchwise in parallel. In addition, the accumulators have a higher energy density, as can be dispensed with the two-sided supernatant of 4 mm at the pockets.
Beispiel 2: Stapel mit UV vernetzendem Acrylatkleber, verklebt über LinienExample 2: Stack with UV-crosslinking acrylate adhesive, glued over lines
Auf eine Elektrode A (Anode) mit den Abmessungen 70 mm x 131 mm (davon 7 mm unbeschichtetes Kupfer an einer Schmalseite), gemäß Fig. 2, (Enax Inc., Japan) wird ein Separator S240 P25 mit den Abmessungen 72 mm x 126 mm, (Degussa AG, Deutschland), gelegt, so dass der Separator die Elektroden im Bereich der mit Aktivmaterial beschichteten Kupferfolie allseitig um 1 mm überragt. Darauf wird die Gegenelektrode mit den Abmessungen 65 mm x 129 mm (davon 9 mm blanke Aluminiumfolie an einer Schmalseite) (Kathode; Enax Inc., Japan) gelegt, wobei darauf zu achten ist, dass der Separator den Bereich der mit Aktivmaterial beschichteten Aluminiumfolie vollständig allseitig bedeckt. Die Elektroden werden so angeordnet, dass die blanken Aluminiumfolien der Schmalseiten der Kathoden auf einer Seite des Stapels und die blanken Kupferfolien der Schmalseiten der Anoden auf der gegenüberliegenden Seite des Stapels aus diesem herausragen. Abwechselnd werden nun weitere Lagen Elektroden jeweils getrennt durch Separatoren gestapelt, so dass am Ende ein Stapel bestehend aus 16 Lagen Anoden und 15 Lagen Kathoden sowie 30 Lagen Separatoren entsteht, der durch die Anoden begrenzt wird.On an electrode A (anode) with the dimensions 70 mm x 131 mm (including 7 mm uncoated copper on a narrow side), as shown in FIG. 2, (Enax Inc., Japan) is a separator S240 P25 with the dimensions 72 mm x 126 mm, (Degussa AG, Germany), so that the separator projects beyond the electrodes by 1 mm on all sides in the region of the active material-coated copper foil. Then the counterelectrode with the dimensions 65 mm x 129 mm (of which 9 mm bare aluminum foil on a narrow side) (cathode, Enax Inc., Japan) is placed, whereby it is to be ensured that the separator completely covers the area of the active material coated aluminum foil covered on all sides. The electrodes are arranged so that the bare aluminum foils of the narrow sides of the cathodes on one side of the stack and the bare copper foils of the narrow sides of the anodes on the opposite side of the stack protrude therefrom. Alternately, more layers of electrodes are now stacked separately by separators, so that at the end of a stack consisting of 16 layers of anodes and 15 layers of cathodes and 30 layers of separators is formed, which is limited by the anodes.
Dieser Stapel, der durch Metallplatten oberhalb und unterhalb des Stapels mit 10 N/cm2 leicht zusammengepresst wird, wird gemäß Fig. 3 an 3 Stellen (ca. 2 ml) mit einer Klebelinie versehen, die mit einer Pipette aufgetragen werden. Der Kleber besteht aus UV-härtendemThis stack, which is slightly compressed by metal plates above and below the stack with 10 N / cm 2 , is provided according to Fig. 3 in 3 places (about 2 ml) with a glue line, which are applied with a pipette. The glue is made of UV-curing
Akrylatkleber Plex® 9016-0 von Röhm GmbH, Deutschland. Der Kleber wird mit einer UV-Lampe vom Typ UV-F 400 der Firma Panacol-Elosol für 15 min mit einer Wellenlänge von ca. 315 bis 380 nm gehärtet.Acrylic adhesive Plex ® 9016-0 from Rohm GmbH, Germany. The glue comes with a UV lamp UV-F 400 from Panacol-Elosol for 15 min with a wavelength of about 315-380 nm hardened.
Die gemäß Fig. 2 an den beiden sich gegenüberliegenden Enden des Stapels herausragenden Ableitfolien jeweils gleichnamiger Elektroden werden per Ultraschallschweißen an den nicht beschichteten Bereichen miteinander und mit einem metallischen Ableitfähnchen verschweißt.The protruding from each of the two opposite ends of the stack as shown in FIG. 2 Ableitfolien each eponymous electrodes are welded by ultrasonic welding to the non-coated areas with each other and with a metallic Ableitfähnchen.
Dieser Stapel wird zum Bau einer laminate sheet battery verwendet, indem der Stapel vorsichtig in ein Aluminiumgehäuse eingelegt wird. Die Zelle wird mit einer Vakuumschweißanlage Audionvac (VMS 103, FA. Audion Elektro GmbH, NL) verschweißt. In das noch an einer kleinen Stelle offene Gehäuse wird Elektrolyt 1 M LiPF6 in EC : DEC (1 : 1) UBE Japan eingefüllt. Im Anschluss daran wird die Zelle ebenfalls mit der Vakuumschweißanlage geschlossen und dann an das Ladegerät Series 4000 (Maccor, USA) angeschlossen.This stack is used to build a laminate sheet battery by carefully placing the stack in an aluminum case. The cell is welded to a vacuum welding system Audionvac (VMS 103, FA, Audion Elektro GmbH, NL). Electrolyte 1 M LiPF 6 in EC: DEC (1: 1) UBE Japan is introduced into the housing, which is still open at a small point. Following this, the cell is also closed with the vacuum welder and then connected to the Series 4000 Charger (Maccor, USA).
Diese Batterie lässt sich ebenfalls ohne Probleme formieren und laden. Im Gegensatz zum Vergleichsbeispiel 1 kommt es auch hier in keinem Falle zu Kurzschlüssen, da die Lagen gut gegeneinander fixiert sind. Im Gegensatz zu den Vergleichsbeispielen 2 und 3 konnte ebenfalls die Prozesszeit deutlich verkürzt werden, da das Verkleben des gesamten Stapels batchweise parallel erfolgen kann. Außerdem weisen die Akkumulatoren eine höhere Energiedichte auf, da auf den beidseitigen Überstand von 4 mm bei den Taschen verzichtet werden kann.This battery can also be formed and charged without problems. In contrast to Comparative Example 1, there are no short circuits in any case, since the layers are fixed well against each other. In contrast to Comparative Examples 2 and 3, the process time could also be significantly shortened, since the bonding of the entire stack can be carried out batchwise in parallel. In addition, the accumulators have a higher energy density, as can be dispensed with the two-sided supernatant of 4 mm in the pockets.
Beispiel 3: Stapel mit UV vernetzendem Acrylatkleber, verklebt über die gesamte Seitenfläche Auf eine Elektrode A (Anode) mit den Abmessungen 70 mm x 131 mm (davon 7 mm Cu-Rand), gemäß Fig. 2, (Enax Inc., Japan) wird ein Separator S240 P25 mit den Abmessungen 72 mm x 126 mm, (Degussa AG, Deutschland), gelegt, so dass der Separator die Elektroden im Bereich der mit Aktivmaterial beschichteten Kupferfolie allseitig um 1 mm überragt. Darauf wird die Gegenelektrode mit den Abmessungen 65 mm x 129 mm (davon 9 mm blanke Aluminiumfolie) (Kathode; Enax Inc., Japan) gelegt, wobei darauf zu achten ist, dass der Separator den Bereich der mit Aktivmaterial beschichteten Aluminiumfolie vollständig allseitig bedeckt. Die Elektroden werden so angeordnet, dass die blanken Aluminiumfolien der Schmalseiten der Kathoden auf einer Seite des Stapels und die blanken Kupferfolien der Schmalseiten der Anoden auf der gegenüberliegenden Seite des Stapels aus diesem herausragen. Abwechselnd werden nun weitere Lagen Elektroden jeweils getrennt durch Separatoren gestapelt, so dass am Ende ein Stapel bestehend aus 16 Lagen Anoden und 15 Lagen Kathoden sowie 30 Lagen Separatoren entsteht, der durch die Anoden begrenzt wird.EXAMPLE 3 Stack with UV Crosslinking Acrylate Adhesive Bonded Over the Whole Side Area On an Electrode A (Anode) with the Dimensions 70 mm × 131 mm (Including 7 mm Cu Edge) According to FIG. 2, (Enax Inc., Japan) a separator S240 P25 with the dimensions 72 mm x 126 mm, (Degussa AG, Germany), placed so that the separator projects beyond the electrodes in the range of coated with active material copper foil on all sides by 1 mm. The counter electrode 65 mm by 129 mm (of which 9 mm is bare aluminum foil) (cathode, Enax Inc., Japan) is placed thereon, care being taken that the separator completely covers the area of the active material coated aluminum foil on all sides. The electrodes are arranged so that the bare ones Aluminum foils of the narrow sides of the cathodes on one side of the stack and the bare copper foils of the narrow sides of the anodes on the opposite side of the stack protrude therefrom. Alternately, more layers of electrodes are now stacked separately by separators, so that at the end of a stack consisting of 16 layers of anodes and 15 layers of cathodes and 30 layers of separators is formed, which is limited by the anodes.
Dieser Stapel, der durch Metallplatten oberhalb und unterhalb des Stapels mit 10 N/cm2 leicht zusammengepresst wird, wird gemäß Fig. 4 vollflächig im Bereich der Breite L mit einer Klebeschicht versehen. Der Kleber besteht aus UV-härtendem Akrylatkleber Plex® 9016-0 von Röhm GmbH, Deutschland. Der Kleber wird durch Eintauchen der Seitenfläche in ein Klebebad aufgetragen. Sich bildende Nasen aus Klebstoff werden mit einem Spatel abgestrichen. Der Kleber wird mit einer UV-Lampe vom Typ UV-F 400 der Firma Panacol- Elosol für 15 min bei einer Wellenlänge von ca. 315 bis 380 nm gehärtet.This stack, which is slightly compressed by metal plates above and below the stack with 10 N / cm 2 is provided over its entire surface in the region of the width L with an adhesive layer as shown in FIG. The adhesive consists of UV-curing acrylate Plex ® 9016-0 from Rohm GmbH, Germany. The adhesive is applied by dipping the side surface in an adhesive bath. Forming noses of glue are scraped off with a spatula. The adhesive is cured with a UV lamp of type UV-F 400 from Panacol Elosol for 15 min at a wavelength of about 315 to 380 nm.
Die gemäß Fig. 2 an den beiden sich gegenüberliegenden Enden des Stapels herausragenden Ableitfolien jeweils gleichnamiger Elektroden werden per Ultraschallschweißen an den nicht beschichteten Bereichen miteinander und mit einem metallischen Ableitfähnchen verschweißtThe protruding from each of the two opposite ends of the stack as shown in FIG. 2 Ableitfolien each eponymous electrodes are welded by ultrasonic welding to the non-coated areas with each other and with a metallic Ableitfähnchen
Dieser Stapel wird zum Bau einer laminate sheet battery verwendet, indem der Stapel vorsichtig in ein Aluminiumgehäuse eingelegt wird. Die Zelle wird mit einerThis stack is used to build a laminate sheet battery by carefully placing the stack in an aluminum case. The cell comes with a
Vakuumschweißanlage Audionvac (VMS 103, FA. Audion Elektro GmbH, NL) verschweißt. In das noch an einer kleinen Stelle offene Gehäuse wird Elektrolyt 1 M LiPF6 in EC : DEC (1 : 1)Vacuum welding system Audionvac (VMS 103, FA, Audion Elektro GmbH, NL) welded. Electrolyte 1 M LiPF 6 in EC: DEC (1: 1) is placed in the housing which is still open at a small point
UBE Japan eingefüllt. Im Anschluss daran wird die Zelle ebenfalls mit derUBE Japan filled. Subsequently, the cell is also with the
Vakuumschweißanlage geschlossen und dann an das Ladegerät Series 4000 (Maccor, USA) angeschlossen.Vacuum welding machine closed and then connected to the charger Series 4000 (Maccor, USA).
Diese Batterie lässt sich ebenfalls ohne Probleme formieren und laden. Im Gegensatz zum Vergleichsbeispiel 1 kommt es auch hier in keinem Falle zu Kurzschlüssen, da die Lagen gut gegeneinander fixiert sind. Im Gegensatz zu den Vergleichsbeispielen 2 und 3 konnte ebenfalls die Prozesszeit deutlich verkürzt werden, da das Verkleben des gesamten Stacks batchweise parallel erfolgen kann. Außerdem weisen die Akkumulatoren eine höhere Energiedichte auf, da auf den beidseitigen Überstand von 4 mm bei den Taschen verzichtet werden kann. Das Handling wird gegenüber den beiden Beispielen 1 und 2 mit partieller Verklebung noch weiter verbessert. This battery can also be formed and charged without problems. In contrast to Comparative Example 1, there are no short circuits in any case, since the layers are fixed well against each other. In contrast to Comparative Examples 2 and 3, the process time could also be significantly shortened, since the bonding of the entire stack can be carried out batchwise in parallel. In addition, the accumulators have a higher energy density, as can be dispensed with the two-sided supernatant of 4 mm in the pockets. The Handling is further improved over the two examples 1 and 2 with partial bonding.

Claims

Patentansprüche: claims:
1. Stapel aus abwechselnd übereinander gestapelten und fixierten Separatoren und1. stack of alternately stacked and fixed separators and
Elektroden, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel an zumindest einer Seite und/oder Kante des Stapels zumindest eine Klebung aus einem organischen Kleber aufweist, die die Elektroden und Separatoren des Stapels miteinander verklebt.Electrodes, characterized in that the stack has on at least one side and / or edge of the stack at least one adhesive of an organic adhesive, which adheres the electrodes and separators of the stack together.
2. Stapel gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel an zwei oder drei Seiten und/oder Kanten zumindest eine Klebung aufweist.2. stack according to claim 1, characterized in that the stack has at least one gluing on two or three sides and / or edges.
3. Stapel gemäß Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel auf zumindest einer Seite so viele Klebungen aufweist, dass der Abstand der Klebungen von 20 bis 0,1 cm beträgt.3. stack according to claim 1 or 2, characterized in that the stack on at least one side so many bonds that the distance of the bonds is from 20 to 0.1 cm.
4. Stapel gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge der Summe aller Klebungen von 0,1 bis 100 % der Länge der Seite des Stapels ausmacht, wobei die Länge der Seite des Stapels nur durch die Teile des Stapels bestimmt wird, bei denen die aktiven Abschnitte der Elektroden übereinander angeordnet sind.4. A stack according to any one of claims 1 to 3, characterized in that the length of the sum of all bonds from 0.1 to 100% of the length of the side of the stack, wherein the length of the side of the stack determined only by the parts of the stack is where the active portions of the electrodes are stacked.
5. Stapel nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite einer einzelnen Klebung kleiner 2 cm beträgt.5. stack according to at least one of claims 1 to 4, characterized in that the width of a single bond is less than 2 cm.
6. Stapel nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Breite einer Klebung 0,1 bis 100 % der Länge der Seite des Stapels ausmacht.6. stack according to at least one of claims 1 to 4, characterized the width of a bond is 0.1 to 100% of the length of the side of the stack.
7. Stapel nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest zwei Klebungen an zwei sich gegenüberliegenden Seiten vorhanden sind.7. stack according to at least one of claims 1 to 6, characterized in that at least two bonds are present on two opposite sides.
8. Stapel nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der organische Kleber ein Epoxidkleber, ein Heißkleber oder ein Acrylatkleber ist.8. stack according to at least one of claims 1 to 7, characterized in that the organic adhesive is an epoxy adhesive, a hot melt adhesive or an acrylate adhesive.
9. Stapel nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass in dem Stapel abwechselnd Anoden und Kathoden übereinander gestapelt sind, die jeweils durch einen Separator voneinander getrennt sind.9. stack according to at least one of claims 1 to 8, characterized in that in the stack alternately anodes and cathodes are stacked on top of each other, each separated by a separator.
10. Stapel nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Stapel als erste und letzte Lage jeweils eine Elektrode aufweist, wobei diese Elektroden jeweils Kathoden oder jeweils Anoden sind.10. stack according to at least one of claims 1 to 9, characterized in that the stack as the first and last layer each having an electrode, these electrodes are each cathode or each anodes.
11. Stapel nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Separatoren mit den aktiven Bereichen der ihnen direkt benachbarten Elektroden abschließen und/oder über die aktiven Bereiche der ihnen direkt benachbarten Elektroden hinausragen.11. A stack according to at least one of claims 1 to 10, characterized in that the separators terminate with the active regions of the electrodes directly adjacent to them and / or project beyond the active regions of the electrodes directly adjacent to them.
12. Stapel nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator ein keramischer Separator oder ein Separator ist, der keramische Bestandteile aufweist. 12. A stack according to at least one of claims 1 to 11, characterized in that the separator is a ceramic separator or a separator having ceramic components.
13. Verfahren zur Herstellung eines Stapels aus abwechselnd übereinander gestapelten und fixierten Separatoren und Elektroden, dadurch gekennzeichnet, dass auf eine Elektrode abwechselnd Separatoren und Elektroden gestapelt werden und auf zumindest einer Seite des so erhaltenen Stapels eine Klebung aufgebracht wird, die zumindest mit einer Seite der im Stapel vorhandenen Elektroden und Separatoren einen Kontakt aufweist.13. A method for producing a stack of alternately stacked and fixed separators and electrodes, characterized in that on an electrode alternately separators and electrodes are stacked and on at least one side of the stack thus obtained a bond is applied, at least one side of the Having in the stack electrodes and separators having a contact.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass zum Aufbringen der Klebung auf zumindest eine Seite des Stapels ein organischer Kleber mittels Spritzköpfen für Raupenauftrag, Flächenköpfe, Sprühköpfe, Dosierventilen, Dispenser auf zumindest eine Seite des Stapels aufgebracht wird und die im Stapel enthaltenen Elektroden und Separatoren anschließend nicht gegeneinander bewegt werden bis der Kleber gehärtet ist.14. The method according to claim 13, characterized in that for applying the bond to at least one side of the stack, an organic adhesive is applied by means of spray heads for bead application, surface heads, spray heads, metering valves, dispensers on at least one side of the stack and the electrodes contained in the stack and separators are then not moved against each other until the adhesive is cured.
15. Verfahren nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass zur Herstellung der Klebung ein organischer Kleber eingesetzt wird, der innerhalb von 0,1 bis 60 Minuten härtet oder gehärtet werden kann.15. The method according to claim 13 or 14, characterized in that for the production of the adhesive, an organic adhesive is used, which can be cured or cured within 0.1 to 60 minutes.
16. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest die Seite des Stapels, auf der eine Klebung aufgebracht werden soll, durch Ausübung von Druck zusammengepresst wird.16. The method according to at least one of claims 13 to 15, characterized in that at least the side of the stack on which a bond is to be applied, is compressed by applying pressure.
17. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass beim Stapeln als Elektrodenarten abwechselnd Anoden und Kathoden übereinandergestapelt werden und zwischen den Elektroden jeweils ein Separator gestapelt wird, wobei der Separator eine größere Breite als zumindest eine der beiden Elektrodenarten aufweist. 17. The method according to at least one of claims 13 to 16, characterized in that alternately stacked as the electrode types anodes and cathodes and between the electrodes in each case a separator is stacked, wherein the separator has a greater width than at least one of the two types of electrodes.
18. Verfahren nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass ein Separator eingesetzt wird, der eine von 0,1 bis 10 mm größere Breite als die Breite der eingesetzten Anoden und/oder Kathoden aufweist.18. The method according to claim 17, characterized in that a separator is used which has a width of 0.1 to 10 mm greater than the width of the anodes and / or cathodes used.
19. Verfahren nach Anspruch 17 oder 18, dadurch gekennzeichnet, dass ein Separator eingesetzt wird, der eine größere Breite als die Breite der eingesetzten Kathoden aufweist.19. The method according to claim 17 or 18, characterized in that a separator is used which has a greater width than the width of the cathodes used.
20. Verfahren nach zumindest einem der Ansprüche 13 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass damit ein Stapel gemäß zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12 hergestellt wird.20. The method according to at least one of claims 13 to 19, characterized in that it is used to produce a stack according to at least one of claims 1 to 12.
21. Verwendung eines Stapels nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12 in einem Li- Akkumulator.21. Use of a stack according to at least one of claims 1 to 12 in a Li accumulator.
22. Li- Akkumulator, einen Stapel nach zumindest einem der Ansprüche 1 bis 12 enthaltend. 22. Li accumulator containing a stack according to at least one of claims 1 to 12.
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