WO2019052813A1 - Method for producing an electrode stack for a battery cell, and battery cell - Google Patents

Method for producing an electrode stack for a battery cell, and battery cell Download PDF

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WO2019052813A1
WO2019052813A1 PCT/EP2018/073290 EP2018073290W WO2019052813A1 WO 2019052813 A1 WO2019052813 A1 WO 2019052813A1 EP 2018073290 W EP2018073290 W EP 2018073290W WO 2019052813 A1 WO2019052813 A1 WO 2019052813A1
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WO
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segments
separator element
separator
electrode
battery cell
Prior art date
Application number
PCT/EP2018/073290
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German (de)
French (fr)
Inventor
Thomas Peter
Mirko Maier
Bernhard Gossen
Martin Reusch
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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Publication date
Application filed by Robert Bosch Gmbh filed Critical Robert Bosch Gmbh
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    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04Construction or manufacture in general
    • H01M10/0404Machines for assembling batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electrode stack for a battery cell from plate-shaped electrode segments and stacking of the segments.
  • the invention also relates to a battery cell, the one
  • Electrical energy can be stored by means of batteries. Batteries convert chemical reaction energy into electrical energy. Here are batteries.
  • Primary batteries and secondary batteries distinguished. Primary batteries are only functional once, while secondary batteries, also referred to as accumulators, are rechargeable. In particular, so-called lithium-ion battery cells are used in an accumulator. These are characterized among other things by high energy densities, thermal stability and extremely low self-discharge. Lithium-ion battery cells have a positive electrode, also known as
  • Cathode is called, and a negative electrode, which is also referred to as anode on.
  • the cathode and the anode each include one
  • the electrodes of the battery cell are formed like a film and with the interposition of a
  • Electrode stack stacked The electrodes can also become one
  • the two electrodes of the electrode unit are electrically connected to poles of the battery cell, which are also referred to as terminals.
  • the electrodes and separator are surrounded by a generally liquid electrolyte.
  • the battery cell further comprises a cell housing, which is made of aluminum, for example.
  • the cell housing is usually prismatic, in particular cuboid, designed and pressure-resistant. But other forms of housing, such as circular cylindrical, or flexible pouch cells are known.
  • An essential goal in the development of new battery cells is to increase the electrochemical useful volume in the cell. The most suitable design of an electrode unit for maximizing the useful volume of the
  • Electrode stack exposed as this can be made both ideal prismatic and in any other geometry.
  • Electrode stack having an anode and a cathode.
  • the anode and the cathode in this case comprise a plurality of plate-shaped segments which are stacked one above the other with the interposition of plate-shaped separators to the electrode stack.
  • the separators Connect from separators and electrodes known.
  • the separators have a layer of polypropylene and a ceramic layer.
  • Transport unit transports two separators and one in between
  • Separatorfolienbahn filed and a second Separatorfolienbahn is deposited on the electrode sheet.
  • the Separatorfolienbahnen and the electrode sheet are sucked by means of a vacuum belt and transported on. Disclosure of the invention
  • Battery cell proposed. The method comprises at least the steps listed below.
  • a band-shaped separator element is provided.
  • Separator element is present flat and band-shaped. In this context, this means that an expansion of the separator element in a longitudinal direction is much greater, in particular at least ten times greater, than an extension of the separator element in a transverse direction, which is oriented at right angles to the longitudinal direction.
  • Electrodes are flat and plate-shaped. In this context, this means that an extension of the
  • Electrode segments in the longitudinal direction approximately the same size, in particular at least half as large and at most twice as large, is like a
  • the electrode segments can be, for example, anode segments which comprise an anodic current conductor to which an anodic active material is applied. Similarly, it may be at the
  • the band-shaped separator element is moved by a transport device in a transport direction, while the electrode segments are deposited in a storage area of a conveyor unit on the separator.
  • the longitudinal direction runs parallel to the transport direction.
  • the electrode segments are pressed in a subsequent to the storage area transport area of at least one guide band of the transport device on the separator.
  • the transport area extends from the storage area in the transport direction.
  • the guide band is, for example, formed circumferentially and deflected several times.
  • Transport area runs the guide belt in the transport direction.
  • Transport device generates a vacuum, by means of which the
  • Electrode segments are sucked through in the transport region through the separator. Thus, the electrode segments are additionally held on the separator.
  • a vacuum is generated in the transport device, by means of which the
  • Transport device is sucked through.
  • the separator is held on the conveyor belt.
  • a vacuum is generated in the transport device, by means of which the
  • Transport device is sucked through.
  • the conveyor belt of the transport device is additionally pressed by a pressure roller against the conveyor unit.
  • the storage area in which the electrode segments are pressed onto the separator element is located between the pressure roller and the conveyor unit.
  • Electrode segments pressed in a central portion of the separator.
  • the central section lies in the transverse direction at least approximately centrally on the electrode segments and the separator.
  • the electrode segments are pressed in two edge portions on the separator.
  • the edge sections lie in the transverse direction on both sides outside on the electrode segments and the separator.
  • another band-shaped separator is on the
  • the electrode segments are so between the two
  • Electrode segments plate-shaped stack segments generated. If that
  • Composite element having anode segments now cathode segments are applied. If the composite element has cathode segments, anode segments are now applied.
  • Each stack segment thus comprises an anode segment, a cathode segment and two separator segments.
  • the stack segments then become the
  • Electrode stack stacked It is also proposed a battery cell, the at least one
  • Electrode stack which is produced by the process according to the invention.
  • a battery cell according to the invention advantageously finds use in one
  • Electric vehicle in a hybrid vehicle (HEV), in a plug-in hybrid vehicle (PHEV) or in a consumer electronics product.
  • Consumer electronics products are in particular mobile phones, tablet PCs or notebooks.
  • the inventive method allows a reduction in the required process time in stacking the electrodes and the separator to the
  • Electrode stack Advantageously, the electrode segments can be deposited with high precision on the Separatorelement and transported on.
  • a displacement of the electrode segments relative to the separator element on the transport device is advantageously reduced or avoided.
  • one guide band or several guide bands can be used.
  • FIG. 1 shows a schematic illustration of a battery cell
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a plant for the production of electrode stacks for battery cells
  • Figure 3 is a schematic representation of a transport device and a
  • FIG. 4 shows a schematic perspective view of the conveying unit and the transporting device from FIG. 2 according to a first embodiment
  • FIG. 5 shows a schematic perspective view of the conveying unit and the transporting device from FIG. 2 according to a second embodiment
  • Figure 6 is a plan view of a band-shaped composite element
  • FIG. 7 shows a schematic representation of an electrode stack formed from a plurality of stack segments.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a battery cell 2
  • Battery cell 2 comprises a housing 3, which is prismatic, in the present cuboid, is formed.
  • the housing 3 is in this case carried out electrically non-conductive.
  • the housing 3 may also be made of aluminum, for example, or formed in the form of a flexible pouch film.
  • the battery cell 2 comprises a negative terminal 11 and a positive terminal 12. Via the terminals 11, 12, one of the battery cell 2 may be available Asked voltage to be tapped. Furthermore, the battery cell 2 can also be charged via the terminals 11, 12.
  • an electrode unit is arranged, which is embodied here as an electrode stack 10.
  • Electrode stack 10 has two electrodes, namely an anode 21 and a cathode 22, on.
  • the anode 21 and the cathode 22 are each designed like a film and separated by a separator 18 from each other.
  • the separator 18 is ionically conductive, that is permeable to lithium ions.
  • the anode 21 comprises an anodic active material 41 and an anodic current conductor 31.
  • the anodic current conductor 31 is made electrically conductive and made of a metal, for example of copper.
  • the anodic current collector 31 is electrically connected to the negative terminal 11 of the battery cell 2.
  • the cathode 22 comprises a cathodic active material 42 and a
  • the cathodic current collector 32 is made electrically conductive and made of a metal, for example
  • the cathodic current collector 32 is electrically positive
  • Terminal 12 of the battery cell 2 connected.
  • FIG. 2 shows a schematic representation of a system 60 for producing electrode stacks 10 for battery cells 2.
  • a belt-shaped separator element 16 is fed to a transport device 110 from a first separator roller 71.
  • the transport device 110 may be a circulating belt or even a linear mover system or the like. On the
  • the supply of the band-shaped anode element 45 is effected via a plurality of deflection rollers not shown here to a circulating in a conveying direction 68 conveyor unit 100.
  • the conveyor unit 100 is provided with a cleaning unit 90, which comprises a suction device for particle removal includes.
  • the conveyor unit 100 is associated with a laser 96 or other, in particular knife-like cutter.
  • the laser 96 or the cutting device makes a cut through the band-shaped anode element 45, as a result of which plate-shaped anode segments 55 are produced, as is also shown in particular in FIG.
  • the anode segments 55 are connected to the
  • Feeding unit 100 fixed by means of a vacuum before the anode segments 55 are deposited on the separator 16 on the transport device 110. This results in a band-shaped composite element 50, wherein the anode segments 55 are arranged regularly spaced from each other.
  • Anode segments 55 are largely enclosed between the two separator elements 16.
  • the linear mover system 76 comprises, for example, individual slides which can be subjected to negative pressure
  • linear mover system 76 is assigned to individual discrete stacking devices 78 arranged on its underside.
  • a laser cut 80 of the arrangement of composite element 50 and further separator element 16 transferred to the linear mover system 76 is preferably carried out by means of a laser 96.
  • a cut can also be made with another cutting tool.
  • Three-layered stacks are formed which comprise two separator segments 53 and an intermediate anode segment 55. These three-layered stacks are fixed laterally by means of gripping devices and / or vacuum on individual mutually separate vacuum-actuatable carriages of the linear mover system 76. From Figure 2 it is apparent that the linear mover system 76 is associated with a driven wheel 92.
  • cathode roll 62 This is acted upon by a ribbon-shaped cathode element 46 by a cathode roll 62, which is preferably cut on the wheel 92 by a laser 96 into cathode segments 56. You can also make a cut with another cutting tool.
  • the separated from the band-shaped cathode member 46 cathode segments 56 are fixed within a vacuum region 86 on the driven wheel 92 and the transported from the individual carriages of the linear mover system 76 dreilagig formed stack of two
  • the stack segments 58 are plate-shaped and comprise two separator segments 53, an anode segment 55 and a cathode segment 56.
  • Vacuum region 86 also has a blow-off 88.
  • the laser section of the cathode element 46 is preferably carried out by means of the laser 96.
  • the laser 96 which is preferably a CO 2 laser or a short-pulse laser, a knife-like cutting device can be used to the plate-shaped
  • the driven wheel 92 is provided with a cleaning unit 90.
  • Figure 3 shows a schematic representation of a transport device 110 and a conveyor unit 100 of the system 60 of Figure 2.
  • Anode element 45 is applied to the conveyor unit 100 by the anode roller 61.
  • the conveyor unit 100 runs in the conveying direction 68.
  • the band-shaped anode element 45 cut into plate-shaped anode segments 55.
  • the anode segments 55 are cut, in particular, in the transverse direction y, which runs at right angles to the conveying direction 68 and, in the present case, is oriented perpendicular to the plane of the drawing.
  • contour cuts are performed to produce tabs 35 of the anode 21 on the anode segments 55.
  • the band-shaped separator element 16 is applied to the transport device 110 by the first separator roller 71.
  • that will be described below are applied to the transport device 110 by the first separator roller 71.
  • Transport belt 112 of the transport device 110 applied.
  • the separator 16 is transported in the transport direction 64.
  • Transport device 110 is thereby generated a vacuum, by means of which the separator 16 is sucked in the feed region 107 through the conveyor belt 112 therethrough.
  • the separator 16 is placed on the
  • Conveyor belt 112 held.
  • the delivery unit 100 can for this purpose have a blow-off region 88. This creates that
  • Anode segments 55 are also separated from each other in the composite element 50 by a corresponding gaps 51.
  • Transport device 110 is by a pressure roller 116 against the
  • the storage area 106 is located between the pressure roller 116 and the conveyor unit 100. In the vicinity of the pressure roller 116 may also be a vacuum, in particular an increased vacuum abut.
  • a transport region 108 which adjoins the deposition region 106, the anode segments 55 are pressed onto the separator element 16 by at least one guide band 114.
  • the transport region 108 extends from the storage region 106 in the transport direction 64.
  • the at least one guide band 114 is embodied circumferentially and repeatedly diverted.
  • the guide belt 114 extends in the transport direction 64.
  • a vacuum is generated by means of which the anode segments 55 in the transport region 108 are sucked through the separator element 16.
  • the anode segments 55 are additionally held on the Separatorelement 16 and can be easily detached from the guide tape 114.
  • FIG. 4 shows a schematic perspective view of the conveyor unit 100 and the transport device 110 from FIG. 2 according to a first embodiment
  • the conveyor unit 100 is in the form of a cylindrical roller and rotates in the conveying direction 68.
  • the anode element 45 is not shown here.
  • the separator element 16 is transported by the transport device 110 in the transport direction 64.
  • the conveyor belt 112 is also not shown here.
  • the transport device 110 has two guide belts 114, which are arranged offset from one another in the transverse direction y. A part of the conveyor unit 100 is surrounded by the guide belts 114 in the transverse direction y. The anode segments 55 are in two edge portions 124 of the
  • Edge portions 124 lie in the transverse direction y on both sides outside on the separator 16.
  • the contact lugs 35 of the anode segments 55 protrude laterally beyond the separator 16 in the transverse direction y.
  • FIG. 5 shows a schematic perspective view of the conveyor unit 100 and the transport device 110 from FIG. 2 according to a second embodiment
  • the delivery unit 100 is in the form of a stepped cylindrical roller, which in the present case has a central cylinder section 132 and two outer cylinder sections 136 located laterally therefrom.
  • the outer cylinder sections 136 have the same diameter, which is greater than the diameter of the central cylinder section 132.
  • the outer cylinder portions 136 and the central cylinder portion 132 of the conveyor unit 100 are rotatably connected to each other.
  • the conveyor unit 100 rotates in the conveying direction 68.
  • the anode element 45 is not shown here.
  • the separator element 16 is moved by the transport device 110 into the
  • the conveyor belt 112 is also not shown here.
  • the transport device 110 has a guide band 114 which is arranged approximately centrally on the separator element 16 in the transverse direction y. A part of the guide belt 114 is surrounded in the transverse direction y by the outer cylinder sections 136 of the conveyor unit 100.
  • Guide tape 114 is in the transverse direction y below the central
  • Cylinder portion 132 arranged.
  • the anode segments 55 are pressed onto the separator element 16 in a central section 122.
  • the central portion 122 lies in the transverse direction y at least approximately centrally on the
  • the contact lugs 35 of the anode segments 55 protrude laterally beyond the separator 16 in the transverse direction y.
  • FIG. 6 shows a plan view of a band-shaped composite element 50.
  • the plate-shaped anode segments 55 lie in a longitudinal direction x, which runs at right angles to the transverse direction y, spaced apart on the band-shaped separator element 16.
  • the anode segments 55 are in the longitudinal direction x through the gaps 51 separated.
  • the anode segments 55 lie approximately completely on the
  • the anode segments 55 have contact lugs 35 of the anode 21, which extend in the transverse direction y.
  • the contact lugs 35 of the anode 21 protrude laterally beyond the separator 16 in the transverse direction y.
  • Figure 7 shows a schematic representation of one of several
  • Each stack segment 58 has, as already mentioned, an anode segment 55, a cathode segment 56 and two separator segments 53.
  • one of the separator segments 53 is arranged between the anode segment 55 and the cathode segment 56, in this case, the anode segment 55 between the two
  • Separator segments 53 is arranged.
  • the anode segments 55 together form the anode 21 of the electrode stack 10.
  • the cathode segments 56 together form the cathode 22 of the
  • Electrode stack 10 The Separatorsegmente 53 together form the
  • Contact lugs 35 of the anode 21 are welded together and electrically connected to the negative terminal 11 of the battery cell 2.
  • the contact lugs 36 of the cathode 22, not shown here, are also welded together and electrically connected to the positive terminal 12 of the battery cell 2.

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Abstract

The invention relates to a method for producing an electrode stack for a battery cell, comprising the following steps: providing a strip-like separator element (16); providing a plurality of planar electrode segments (55); creating a strip-like composite element (50) by placing the electrode segments (55) on the separator element (16); wherein the separator element (16) is moved in a transport direction (64) by a transport device (110) as the electrode segments (55) are placed on the separator element (16) in a placement region (106) by a conveying unit (100); and wherein the electrode segments (55) are pressed onto the separator element (16) in a transport region (106) adjoining the placement region (106) by at least one guiding belt (114) of the transport device (110). The invention also relates to a battery cell comprising at least one electrode stack produced according to the method of the invention.

Description

Beschreibung  description
Titel title
Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle undMethod for producing an electrode stack for a battery cell and
Batteriezelle battery cell
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle aus plattenförmigen Elektrodensegmenten und Stapeln der Segmente. Die Erfindung betrifft auch eine Batteriezelle, die einen The invention relates to a method for producing an electrode stack for a battery cell from plate-shaped electrode segments and stacking of the segments. The invention also relates to a battery cell, the one
Elektrodenstapel aufweist, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Having electrode stack, which is produced by the method according to the invention.
Stand der Technik State of the art
Elektrische Energie ist mittels Batterien speicherbar. Batterien wandeln chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie um. Hierbei werden Electrical energy can be stored by means of batteries. Batteries convert chemical reaction energy into electrical energy. Here are
Primärbatterien und Sekundärbatterien unterschieden. Primärbatterien sind nur einmal funktionsfähig, während Sekundärbatterien, die auch als Akkumulator bezeichnet werden, wieder aufladbar sind. In einem Akkumulator finden insbesondere sogenannte Lithium-Ionen-Batteriezellen Verwendung. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten, thermische Stabilität und eine äußerst geringe Selbstentladung aus. Lithium-Ionen-Batteriezellen weisen eine positive Elektrode, die auch alsPrimary batteries and secondary batteries distinguished. Primary batteries are only functional once, while secondary batteries, also referred to as accumulators, are rechargeable. In particular, so-called lithium-ion battery cells are used in an accumulator. These are characterized among other things by high energy densities, thermal stability and extremely low self-discharge. Lithium-ion battery cells have a positive electrode, also known as
Kathode bezeichnet wird, und eine negative Elektrode, die auch als Anode bezeichnet wird, auf. Die Kathode sowie die Anode umfassen je einen Cathode is called, and a negative electrode, which is also referred to as anode on. The cathode and the anode each include one
Stromableiter, auf den ein Aktivmaterial aufgebracht ist. Die Elektroden der Batteriezelle sind folienartig ausgebildet und unter Zwischenlage eines Current conductor, on which an active material is applied. The electrodes of the battery cell are formed like a film and with the interposition of a
Separators, welcher die Anode von der Kathode trennt, beispielsweise zu einemSeparators, which separates the anode from the cathode, for example, to a
Elektrodenstapel gestapelt. Die Elektroden können auch zu einem Electrode stack stacked. The electrodes can also become one
Elektrodenwickel gewunden sein oder auf eine andere Art eine Elektrodeneinheit bilden. Die beiden Elektroden der Elektrodeneinheit sind elektrisch mit Polen der Batteriezelle verbunden, welche auch als Terminals bezeichnet werden. Die Elektroden und der Separator sind von einem in der Regel flüssigen Elektrolyt umgeben. Die Batteriezelle weist ferner ein Zellengehäuse auf, welches beispielsweise aus Aluminium gefertigt ist. Das Zellengehäuse ist in der Regel prismatisch, insbesondere quaderförmig, ausgestaltet und druckfest ausgebildet. Aber auch andere Gehäuseformen, beispielsweise kreiszylindrisch, oder auch flexible Pouchzellen, sind bekannt. Wesentliche Bestrebung bei der Entwicklung von neuen Batteriezellen ist, das elektrochemische Nutzvolumen in der Zelle zu erhöhen. Als geeignetste Bauform einer Elektrodeneinheit zur Maximierung des Nutzvolumens hat sich der Wound electrode winding or form an electrode unit in another way. The two electrodes of the electrode unit are electrically connected to poles of the battery cell, which are also referred to as terminals. The electrodes and separator are surrounded by a generally liquid electrolyte. The battery cell further comprises a cell housing, which is made of aluminum, for example. The cell housing is usually prismatic, in particular cuboid, designed and pressure-resistant. But other forms of housing, such as circular cylindrical, or flexible pouch cells are known. An essential goal in the development of new battery cells is to increase the electrochemical useful volume in the cell. The most suitable design of an electrode unit for maximizing the useful volume of the
Elektrodenstapel herausgestellt, da dieser sowohl ideal prismatisch als auch in einer beliebigen anderen Geometrie hergestellt werden kann. Electrode stack exposed, as this can be made both ideal prismatic and in any other geometry.
Aus der DE 10 2015 202 894 AI ist eine Batteriezelle bekannt, die einen From DE 10 2015 202 894 AI a battery cell is known, the one
Elektrodenstapel mit einer Anode und einer Kathode aufweist. Die Anode und die Kathode umfassen dabei mehrere plattenförmig ausgebildete Segmente, die unter Zwischenlag von plattenförmigen Separatoren zu dem Elektrodenstapel übereinander geschichtet sind. Electrode stack having an anode and a cathode. The anode and the cathode in this case comprise a plurality of plate-shaped segments which are stacked one above the other with the interposition of plate-shaped separators to the electrode stack.
Aus der JP 2015-072833 A sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum From JP 2015-072833 A, a method and an apparatus for the
Verbinden vom Separatoren und Elektroden bekannt. Die Separatoren weisen dabei eine Schicht aus Polypropylen und eine Keramikschicht auf. Zur Connect from separators and electrodes known. The separators have a layer of polypropylene and a ceramic layer. to
Verbindung von zwei Separatoren werden diese durchtrennt und die Schichten aus Polypropylen werden miteinander verschmolzen. Connection of two separators are cut through these and the layers of polypropylene are fused together.
Aus der JP 2012-227126 A sowie der EP 2 696 420 AI sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von umhüllten Elektroden bekannt. Eine From JP 2012-227126 A and EP 2 696 420 Al a device and a method for producing coated electrodes are known. A
Transporteinheit transportiert zwei Separatoren und eine dazwischen Transport unit transports two separators and one in between
angeordnete Elektrode zu Verbindungseinheiten, welche die Separatoren miteinander verbinden. arranged electrode to connecting units which connect the separators together.
Die US 8,844,795 B2 offenbart eine Verfahren und eine Vorrichtung zum US 8,844,795 B2 discloses a method and an apparatus for the
Einhüllen von Elektroden. Dabei werden Separatorsegmente mittels zweier Walzen beidseitig auf eine zwischen den Walzen hindurch geführte Elektrode aufgebracht. Wrapping of electrodes. Separator segments are separated by means of two Rollers applied on both sides to an electrode guided between the rollers.
Aus der DE 10 2014 113 588 AI ist ein Verfahren zur Herstellung einer From DE 10 2014 113 588 Al a method for producing a
Batteriezelle bekannt. Dabei wird ein Elektrodenblatt auf eine erste Battery cell known. In this case, an electrode sheet on a first
Separatorfolienbahn abgelegt und eine zweite Separatorfolienbahn wird auf das Elektrodenblatt abgelegt. Die Separatorfolienbahnen und das Elektrodenblatt werden dabei mittels eines Vakuumbandes angesaugt und weiter transportiert. Offenbarung der Erfindung  Separatorfolienbahn filed and a second Separatorfolienbahn is deposited on the electrode sheet. The Separatorfolienbahnen and the electrode sheet are sucked by means of a vacuum belt and transported on. Disclosure of the invention
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine It is a process for producing an electrode stack for a
Batteriezelle vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst dabei mindestens die nachfolgend aufgeführten Schritte. Battery cell proposed. The method comprises at least the steps listed below.
Zunächst wird ein bandförmiges Separatorelement bereitgestellt. Das First, a band-shaped separator element is provided. The
Separatorelement ist vorliegend flach und bandförmig ausgebildet. Das bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine Ausdehnung des Separatorelements in eine Längsrichtung viel größer, insbesondere mindestens zehnmal größer, ist als eine Ausdehnung des Separatorelements in eine Querrichtung, welche rechtwinklig zu der Längsrichtung orientiert ist. Separator element is present flat and band-shaped. In this context, this means that an expansion of the separator element in a longitudinal direction is much greater, in particular at least ten times greater, than an extension of the separator element in a transverse direction, which is oriented at right angles to the longitudinal direction.
Ferner werden mehrere plattenförmige Elektrodensegmente bereitgestellt. Die Elektrodensegmente sind dabei flach und plattenförmig ausgebildet. Das bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine Ausdehnung der Furthermore, a plurality of plate-shaped electrode segments are provided. The electrode segments are flat and plate-shaped. In this context, this means that an extension of the
Elektrodensegmente in Längsrichtung annähernd gleich groß, insbesondere mindestens halb so groß und höchstens doppelt so groß, ist wie eine  Electrode segments in the longitudinal direction approximately the same size, in particular at least half as large and at most twice as large, is like a
Ausdehnung der besagten Segmente in Querrichtung. Bei den Elektrodensegmenten kann es sich beispielsweise um Anodensegmente handeln, welche einen anodischen Stromableiter umfassen, auf den ein anodisches Aktivmaterial aufgebracht ist. Ebenso kann es sich bei den Expansion of said segments in the transverse direction. The electrode segments can be, for example, anode segments which comprise an anodic current conductor to which an anodic active material is applied. Similarly, it may be at the
Elektrodensegmenten um Kathodensegmente handeln, welche einen Electrode segments to act cathode segments, which a
kathodischen Stromableiter umfassen, auf den ein kathodisches Aktivmaterial aufgebracht ist. Durch Ablegen der plattenförmigen Elektrodensegmente auf das bandförmige Separatorelement wird dann ein bandförmiges Verbundelement erzeugt. comprise cathodic current conductors on which a cathodic active material is applied. By depositing the plate-shaped electrode segments on the band-shaped separator element, a band-shaped composite element is then produced.
Dabei wird das bandförmige Separatorelement von einer Transportvorrichtung in eine Transportrichtung bewegt, während die Elektrodensegmente in einem Ablagebereich von einer Fördereinheit auf das Separatorelement abgelegt werden. In dem Ablagebereich verläuft die Längsrichtung parallel zu der Transportrichtung. In this case, the band-shaped separator element is moved by a transport device in a transport direction, while the electrode segments are deposited in a storage area of a conveyor unit on the separator. In the storage area, the longitudinal direction runs parallel to the transport direction.
Die Elektrodensegmente werden in einem an den Ablagebereich anschließenden Transportbereich von mindestens einem Führungsband der Transportvorrichtung auf das Separatorelement gedrückt. Der Transportbereich erstreckt sich dabei von dem Ablagebereich in die Transportrichtung. Das Führungsband ist beispielsweise umlaufend ausgebildet und mehrmals umgelenkt. In dem The electrode segments are pressed in a subsequent to the storage area transport area of at least one guide band of the transport device on the separator. The transport area extends from the storage area in the transport direction. The guide band is, for example, formed circumferentially and deflected several times. In that
Transportbereich verläuft das Führungsband in die Transportrichtung. Transport area runs the guide belt in the transport direction.
Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird in der According to an advantageous embodiment of the invention is in the
Transportvorrichtung ein Vakuum erzeugt, mittels welchem die Transport device generates a vacuum, by means of which the
Elektrodensegmente in dem Transportbereich durch das Separatorelement hindurch angesaugt werden. So werden die Elektrodensegmente auf dem Separatorelement zusätzlich gehalten. Electrode segments are sucked through in the transport region through the separator. Thus, the electrode segments are additionally held on the separator.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird in der Transportvorrichtung ein Vakuum erzeugt, mittels welchem das According to a further advantageous embodiment of the invention, a vacuum is generated in the transport device, by means of which the
Separatorelement in einem Zuführbereich durch ein Transportband der Separator element in a feed area by a conveyor belt of
Transportvorrichtung hindurch angesaugt wird. So wird das Separatorelement auf dem Transportband gehalten. Transport device is sucked through. Thus, the separator is held on the conveyor belt.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird in der Transportvorrichtung ein Vakuum erzeugt, mittels welchem das According to a further advantageous embodiment of the invention, a vacuum is generated in the transport device, by means of which the
Separatorelement in dem Ablagebereich durch ein Transportband der Separator element in the storage area by a conveyor belt of
Transportvorrichtung hindurch angesaugt wird. Vorzugsweise wird das Transportband der Transportvorrichtung zusätzlich von einer Anpressrolle gegen die Fördereinheit gepresst. Der Ablagebereich, in welchem die Elektrodensegmente auf das Separatorelement gedrückt werden, befindet sich dabei zwischen der Anpressrolle und der Fördereinheit. Transport device is sucked through. Preferably, the conveyor belt of the transport device is additionally pressed by a pressure roller against the conveyor unit. The storage area in which the electrode segments are pressed onto the separator element is located between the pressure roller and the conveyor unit.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die According to an advantageous embodiment of the invention, the
Elektrodensegmente in einem Zentralabschnitt auf das Separatorelement gedrückt. Der Zentralabschnitt liegt dabei in Querrichtung zumindest annähernd mittig auf den Elektrodensegmenten und dem Separatorelement. Electrode segments pressed in a central portion of the separator. The central section lies in the transverse direction at least approximately centrally on the electrode segments and the separator.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Elektrodensegmente in zwei Randabschnitten auf das Separatorelement gedrückt. Die Randabschnitte liegen dabei in Querrichtung beidseitig außen auf den Elektrodensegmenten und dem Separatorelement. According to a further advantageous embodiment of the invention, the electrode segments are pressed in two edge portions on the separator. The edge sections lie in the transverse direction on both sides outside on the electrode segments and the separator.
Vorzugsweise wird ein weiteres bandförmiges Separatorelement auf das Preferably, another band-shaped separator is on the
Verbundelement derart aufgebracht, dass die Elektrodensegmente zumindest weitgehend zwischen den beiden Separatorelementen eingeschlossen sind. Insbesondere sind die Elektrodensegmente derart zwischen den beiden Composite element applied such that the electrode segments are at least largely enclosed between the two separator elements. In particular, the electrode segments are so between the two
Separatorelementen angeordnet, dass lediglich Kontaktfahnen der Separator elements arranged that only contact lugs of
Elektrodensegmente zwischen den Separatorelementen heraus ragen. Protruding electrode segments between the Separatorelementen out.
Bevorzugt werden das weitere bandförmige Separatorelement und das Preference is given to the further band-shaped separator element and the
Verbundelement zwischen den Elektrodensegmenten, bevorzugt in Querrichtung, geschnitten. Dann werden durch Aufbringen weiterer plattenförmiger Composite element between the electrode segments, preferably in the transverse direction, cut. Then by applying additional plate-shaped
Elektrodensegmente plattenförmige Stapelsegmente erzeugt. Sofern das Electrode segments plate-shaped stack segments generated. If that
Verbundelement Anodensegmente aufweist werden nun Kathodensegmente aufgebracht. Sofern das Verbundelement Kathodensegmente aufweist werden nun Anodensegmente aufgebracht. Composite element having anode segments now cathode segments are applied. If the composite element has cathode segments, anode segments are now applied.
Jedes Stapelsegment umfasst somit ein Anodensegment, ein Kathodensegment und zwei Separatorsegmente. Die Stapelsegmente werden dann zu dem Each stack segment thus comprises an anode segment, a cathode segment and two separator segments. The stack segments then become the
Elektrodenstapel gestapelt. Es wird auch eine Batteriezelle vorgeschlagen, die mindestens einen Electrode stack stacked. It is also proposed a battery cell, the at least one
Elektrodenstapel umfasst, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Eine erfindungsgemäße Batteriezelle findet vorteilhaft Verwendung in einemElectrode stack, which is produced by the process according to the invention. A battery cell according to the invention advantageously finds use in one
Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV), in einem Plug-In- Hybridfahrzeug (PHEV) oder in einem Consumer-Elektronik-Produkt. Unter Consumer-Elektronik-Produkten sind insbesondere Mobiltelefone, Tablet-PCs oder Notebooks zu verstehen. Electric vehicle (EV), in a hybrid vehicle (HEV), in a plug-in hybrid vehicle (PHEV) or in a consumer electronics product. Consumer electronics products are in particular mobile phones, tablet PCs or notebooks.
Vorteile der Erfindung Advantages of the invention
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet eine Verringerung der erforderlichen Prozesszeit beim Stapeln der Elektroden und des Separators zu dem The inventive method allows a reduction in the required process time in stacking the electrodes and the separator to the
Elektrodenstapel. Vorteilhaft können die Elektrodensegmente mit hoher Präzision auf dem Separatorelement abgelegt und weiter transportiert werden. Electrode stack. Advantageously, the electrode segments can be deposited with high precision on the Separatorelement and transported on.
Insbesondere ist eine Verschiebung der Elektrodensegmente relativ zu dem Separatorelement auf der Transportvorrichtung vorteilhaft vermindert oder vermieden. Je nach Anforderung können ein Führungsband oder mehrere Führungsbänder eingesetzt werden. Durch die Erzeugung eines Vakuums in der Transportvorrichtung, mittels welchem die Elektrodensegmente durch das Separatorelement hindurch angesaugt werden, wird eine Verschiebung der Elektrodensegmente relativ zu dem Separatorelement auf der In particular, a displacement of the electrode segments relative to the separator element on the transport device is advantageously reduced or avoided. Depending on the requirement, one guide band or several guide bands can be used. By generating a vacuum in the transport device, by means of which the electrode segments are sucked through the separator element, a displacement of the electrode segments relative to the separator element on the
Transportvorrichtung weiter vermindert oder vermieden. Transport device further reduced or avoided.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen Brief description of the drawings
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below.
Es zeigen: Show it:
Figur 1 eine schematische Darstellung einer Batteriezelle, Figur 2 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Herstellung von Elektrodenstapeln für Batteriezellen, FIG. 1 shows a schematic illustration of a battery cell, FIG. 2 shows a schematic representation of a plant for the production of electrode stacks for battery cells,
Figur 3 eine schematische Darstellung einer Transportvorrichtung und einer Figure 3 is a schematic representation of a transport device and a
Fördereinheit einer Anlage aus Figur 2,  Feed unit of a plant from FIG. 2,
Figur 4 eine schematische, perspektivische Darstellung der Fördereinheit und der Transportvorrichtung aus Figur 2 gemäß einer ersten Ausführungsform, FIG. 4 shows a schematic perspective view of the conveying unit and the transporting device from FIG. 2 according to a first embodiment,
Figur 5 eine schematische, perspektivische Darstellung der Fördereinheit und der Transportvorrichtung aus Figur 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform, FIG. 5 shows a schematic perspective view of the conveying unit and the transporting device from FIG. 2 according to a second embodiment,
Figur 6 eine Draufsicht auf ein bandförmiges Verbundelement und Figure 6 is a plan view of a band-shaped composite element and
Figur 7 eine schematische Darstellung eines aus mehreren Stapelsegmenten gebildeten Elektrodenstapels. FIG. 7 shows a schematic representation of an electrode stack formed from a plurality of stack segments.
Ausführungsformen der Erfindung Embodiments of the invention
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar. In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference numerals, wherein a repeated description of these elements is dispensed with in individual cases. The figures illustrate the subject matter of the invention only schematically.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle 2. Die FIG. 1 shows a schematic representation of a battery cell 2
Batteriezelle 2 umfasst ein Gehäuse 3, welches prismatisch, vorliegend quaderförmig, ausgebildet ist. Das Gehäuse 3 ist vorliegend elektrisch nicht leitend ausgeführt. Das Gehäuse 3 kann auch beispielsweise aus Aluminium gefertigt oder in Form einer flexiblen Pouch- Folie ausgebildet sein. Battery cell 2 comprises a housing 3, which is prismatic, in the present cuboid, is formed. The housing 3 is in this case carried out electrically non-conductive. The housing 3 may also be made of aluminum, for example, or formed in the form of a flexible pouch film.
Die Batteriezelle 2 umfasst ein negatives Terminal 11 und ein positives Terminal 12. Über die Terminals 11, 12 kann eine von der Batteriezelle 2 zur Verfügung gestellte Spannung abgegriffen werden. Ferner kann die Batteriezelle 2 über die Terminals 11, 12 auch geladen werden. The battery cell 2 comprises a negative terminal 11 and a positive terminal 12. Via the terminals 11, 12, one of the battery cell 2 may be available Asked voltage to be tapped. Furthermore, the battery cell 2 can also be charged via the terminals 11, 12.
Innerhalb des Gehäuses 3 der Batteriezelle 2 ist eine Elektrodeneinheit angeordnet, welche vorliegend als Elektrodenstapel 10 ausgeführt ist. DerWithin the housing 3 of the battery cell 2, an electrode unit is arranged, which is embodied here as an electrode stack 10. The
Elektrodenstapel 10 weist zwei Elektroden, nämlich eine Anode 21 und eine Kathode 22, auf. Die Anode 21 und die Kathode 22 sind jeweils folienartig ausgeführt und durch einen Separator 18 voneinander separiert. Der Separator 18 ist ionisch leitfähig, also für Lithiumionen durchlässig. Electrode stack 10 has two electrodes, namely an anode 21 and a cathode 22, on. The anode 21 and the cathode 22 are each designed like a film and separated by a separator 18 from each other. The separator 18 is ionically conductive, that is permeable to lithium ions.
Die Anode 21 umfasst ein anodisches Aktivmaterial 41 und einen anodischen Stromableiter 31. Der anodische Stromableiter 31 ist elektrisch leitfähig ausgeführt und aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus Kupfer. Der anodische Stromableiter 31 ist elektrisch mit dem negativen Terminal 11 der Batteriezelle 2 verbunden. The anode 21 comprises an anodic active material 41 and an anodic current conductor 31. The anodic current conductor 31 is made electrically conductive and made of a metal, for example of copper. The anodic current collector 31 is electrically connected to the negative terminal 11 of the battery cell 2.
Die Kathode 22 umfasst ein kathodisches Aktivmaterial 42 und einen The cathode 22 comprises a cathodic active material 42 and a
kathodischen Stromableiter 32. Der kathodische Stromableiter 32 ist elektrisch leitfähig ausgeführt und aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus Cathodic current collector 32. The cathodic current collector 32 is made electrically conductive and made of a metal, for example
Aluminium. Der kathodische Stromableiter 32 ist elektrisch mit dem positivenAluminum. The cathodic current collector 32 is electrically positive
Terminal 12 der Batteriezelle 2 verbunden. Terminal 12 of the battery cell 2 connected.
Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Anlage 60 zur Herstellung von Elektrodenstapeln 10 für Batteriezellen 2. Von einer ersten Separatorrolle 71 wird ein bandförmiges Separatorelement 16 einer Transportvorrichtung 110 zugeführt.FIG. 2 shows a schematic representation of a system 60 for producing electrode stacks 10 for battery cells 2. A belt-shaped separator element 16 is fed to a transport device 110 from a first separator roller 71.
Bei der Transportvorrichtung 110 kann es sich um ein umlaufendes Band oder auch um ein lineares Mover-System oder dergleichen handeln. Auf der The transport device 110 may be a circulating belt or even a linear mover system or the like. On the
Transportvorrichtung 110 wird das Separatorelement 16 in eine Transport device 110, the separator 16 in a
Transportrichtung 64 transportiert. Transport direction 64 transported.
Von einer Anodenrolle 61 erfolgt die Zufuhr eines bandförmigen Anodenelements 45. Die Zufuhr des bandförmigen Anodenelements 45 erfolgt über mehrere hier nicht dargestellte Umlenkrollen an eine in einer Förderrichtung 68 umlaufende Fördereinheit 100. Die Fördereinheit 100 ist mit einer Reinigungseinheit 90 versehen, welche eine Absaugvorrichtung zur Partikelentfernung umfasst. Der Fördereinheit 100 ist ein Laser 96 oder eine sonstige, insbesondere messerartige Schneideinrichtung zugeordnet. Durch den Laser 96 oder die Schneideinrichtung erfolgt ein Schnitt durch das bandförmige Anodenelement 45, wodurch plattenförmige Anodensegmente 55 erzeugt werden, wie insbesondere auch in Figur 3 dargestellt ist. Die Anodensegmente 55 werden an der The supply of the band-shaped anode element 45 is effected via a plurality of deflection rollers not shown here to a circulating in a conveying direction 68 conveyor unit 100. The conveyor unit 100 is provided with a cleaning unit 90, which comprises a suction device for particle removal includes. The conveyor unit 100 is associated with a laser 96 or other, in particular knife-like cutter. The laser 96 or the cutting device makes a cut through the band-shaped anode element 45, as a result of which plate-shaped anode segments 55 are produced, as is also shown in particular in FIG. The anode segments 55 are connected to the
Fördereinheit 100 mittels eines Vakuums fixiert, bevor die Anodensegmente 55 auf das Separatorelement 16 auf der Transportvorrichtung 110 abgelegt werden. So entsteht ein bandförmiges Verbundelement 50, wobei die Anodensegmente 55 regelmäßig beabstandet voneinander angeordnet sind. Feeding unit 100 fixed by means of a vacuum before the anode segments 55 are deposited on the separator 16 on the transport device 110. This results in a band-shaped composite element 50, wherein the anode segments 55 are arranged regularly spaced from each other.
Danach erfolgt die Zuführung eines weiteren bandförmigen Separatorelements 16 von einer zweiten Separatorrolle 72. Dieses wird auf das Verbundelement 50 auf der Transportvorrichtung 110 überführt, so dass das erste bandförmige Separatorelement 16 und die regelmäßig beabstandeten Anodensegmente 55 von dem weiteren Separatorelement 16 überdeckt sind. Dabei sind die This is then transferred to the composite element 50 on the transport device 110 so that the first belt-shaped separator element 16 and the regularly spaced anode segments 55 are covered by the further separator element 16. Here are the
Anodensegmente 55 weitgehend zwischen den beiden Separatorelementen 16 eingeschlossen. Anode segments 55 are largely enclosed between the two separator elements 16.
Anschließend erfolgt innerhalb eines Übergabebereiches 74 die Überführung des Verbundelements 50 sowie des weiteren Separatorelements 16 an ein lineares Mover-System 76. Das lineare Mover-System 76 umfasst beispielsweise einzelne mit Unterdruck beaufschlagbare Schlitten, wobei aus Figur 2 Subsequently, within a transfer region 74, the transfer of the composite element 50 and of the further separator element 16 to a linear mover system 76 takes place. The linear mover system 76 comprises, for example, individual slides which can be subjected to negative pressure
hervorgeht, dass dem linearen Mover-System 76 an dessen Unterseite angeordnete einzelne diskrete Stapelvorrichtungen 78 zugeordnet sind. It can be seen that the linear mover system 76 is assigned to individual discrete stacking devices 78 arranged on its underside.
Nach Passage des Übergabebereiches 74 erfolgt bevorzugt mittels eines Lasers 96 ein Laserschnitt 80 der an das lineare Mover-System 76 übergebenen Anordnung aus Verbundelement 50 und weiterem Separatorelement 16. Es kann auch ein Schnitt mit einem anderen Schneidwerkzeug durchgeführt werden. Es entstehen dreilagig ausgebildeten Stapel, welche zwei Separatorsegmente 53 sowie ein dazwischen liegendes Anodensegment 55 umfassen. Diese dreilagig ausgebildeten Stapel werden seitlich über Greifvorrichtungen und/oder Vakuum auf einzelnen voneinander getrennten mit Vakuum beaufschlagbaren Schlitten des linearen Mover- Systems 76 fixiert. Aus Figur 2 geht hervor, dass dem linearen Mover-System 76 ein angetriebenes Rad 92 zugeordnet ist. Dieses wird mit einem bandförmigen Kathodenelement 46 von einer Kathodenrolle 62 beaufschlagt, welches auf dem Rad 92 bevorzugt durch einen Laser 96 zu Kathodensegmenten 56 geschnitten wird. Es kann auch ein Schnitt mit einem anderen Schneidwerkzeug durchgeführt werden. Die von dem bandförmigen Kathodenelement 46 abgetrennten Kathodensegmente 56 werden innerhalb eines Vakuumbereiches 86 auf dem angetriebenen Rad 92 fixiert und auf die von den einzelnen Schlitten des linearen Mover-Systems 76 herantransportierten dreilagig ausgebildeten Stapel aus zwei After passage of the transfer region 74, a laser cut 80 of the arrangement of composite element 50 and further separator element 16 transferred to the linear mover system 76 is preferably carried out by means of a laser 96. A cut can also be made with another cutting tool. Three-layered stacks are formed which comprise two separator segments 53 and an intermediate anode segment 55. These three-layered stacks are fixed laterally by means of gripping devices and / or vacuum on individual mutually separate vacuum-actuatable carriages of the linear mover system 76. From Figure 2 it is apparent that the linear mover system 76 is associated with a driven wheel 92. This is acted upon by a ribbon-shaped cathode element 46 by a cathode roll 62, which is preferably cut on the wheel 92 by a laser 96 into cathode segments 56. You can also make a cut with another cutting tool. The separated from the band-shaped cathode member 46 cathode segments 56 are fixed within a vacuum region 86 on the driven wheel 92 and the transported from the individual carriages of the linear mover system 76 dreilagig formed stack of two
Separatorsegmenten 53 sowie dazwischen liegendem Anodensegment 55 aufgebracht.  Separator segments 53 and intermediate anode segment 55 applied.
So erhaltene, beispielsweise von Greifern des linearen Mover-Systems 76 fixierten, vierlagige Stapelsegmente 58 werden in einem Auslaufbereich des linearen Mover-Systems 76 um 180° gewendet und auf die einzelnen So obtained, for example, fixed by grippers of the linear mover system 76, four-ply stack segments 58 are turned in a discharge region of the linear mover system 76 by 180 ° and on the individual
Stapelvorrichtungen 78 abgelegt. Die Stapelsegmente 58 sind plattenförmig ausgebildet und umfassen zwei Separatorsegmente 53, ein Anodensegment 55 und ein Kathodensegment 56. Stacking devices 78 stored. The stack segments 58 are plate-shaped and comprise two separator segments 53, an anode segment 55 and a cathode segment 56.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass das angetriebene Rad 92, welches oberhalb des linearen Mover-Systems 76 angeordnet ist, neben dem For completeness, it should be mentioned that the driven wheel 92, which is arranged above the linear mover system 76, next to the
Vakuumbereich 86 auch einen Abblasbereich 88 aufweist. Auf dem Rad 92 erfolgt der Laserschnitt des Kathodenelements 46 bevorzugt mittels des Lasers 96. Alternativ zu dem Laser 96, bei dem es sich bevorzugt um einen C02-Laser oder um einen kurzgepulsten Laser handelt, kann auch eine messerartige Schneidvorrichtung eingesetzt werden um die plattenförmigen Vacuum region 86 also has a blow-off 88. On the wheel 92, the laser section of the cathode element 46 is preferably carried out by means of the laser 96. As an alternative to the laser 96, which is preferably a CO 2 laser or a short-pulse laser, a knife-like cutting device can be used to the plate-shaped
Kathodensegmente 56 zu erzeugen. Das angetriebene Rad 92 ist mit einer Reinigungseinheit 90 versehen. To produce cathode segments 56. The driven wheel 92 is provided with a cleaning unit 90.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Transportvorrichtung 110 und einer Fördereinheit 100 der Anlage 60 aus Figur 2. Das bandförmige Figure 3 shows a schematic representation of a transport device 110 and a conveyor unit 100 of the system 60 of Figure 2. The band-shaped
Anodenelement 45 wird von der Anodenrolle 61 auf die Fördereinheit 100 aufgebracht. Die Fördereinheit 100 läuft in der Förderrichtung 68 um. In einem Schneidbereich 104 der Fördereinheit 100 wird das bandförmige Anodenelement 45 zu plattenförmigen Anodensegmenten 55 geschnitten. Die Anodensegmente 55 werden insbesondere in der Querrichtung y geschnitten, welche rechtwinklig zu der Förderrichtung 68 verläuft und vorliegend senkrecht zu der Zeichenebene orientiert ist. Zusätzlich werden Konturschnitte durchgeführt um Kontaktfahnen 35 der Anode 21 an den Anodensegmenten 55 zu erzeugen. Anode element 45 is applied to the conveyor unit 100 by the anode roller 61. The conveyor unit 100 runs in the conveying direction 68. In a cutting region 104 of the conveyor unit 100, the band-shaped anode element 45 cut into plate-shaped anode segments 55. The anode segments 55 are cut, in particular, in the transverse direction y, which runs at right angles to the conveying direction 68 and, in the present case, is oriented perpendicular to the plane of the drawing. In addition, contour cuts are performed to produce tabs 35 of the anode 21 on the anode segments 55.
Das bandförmige Separatorelement 16 wird von der ersten Separatorrolle 71 auf die Transportvorrichtung 110 aufgebracht. Insbesondere wird das The band-shaped separator element 16 is applied to the transport device 110 by the first separator roller 71. In particular, that will
Separatorelement 16 in einem Zuführbereich 107 auf ein umlaufendes Separator element 16 in a feed region 107 to a circulating
Transportband 112 der Transportvorrichtung 110 aufgebracht. Dabei wird das Separatorelement 16 in die Transportrichtung 64 transportiert. In der Transport belt 112 of the transport device 110 applied. In this case, the separator 16 is transported in the transport direction 64. In the
Transportvorrichtung 110 wird dabei ein Vakuum erzeugt, mittels welchem das Separatorelement 16 in dem Zuführbereich 107 durch das Transportband 112 hindurch angesaugt wird. So wird das Separatorelement 16 auf dem Transport device 110 is thereby generated a vacuum, by means of which the separator 16 is sucked in the feed region 107 through the conveyor belt 112 therethrough. Thus, the separator 16 is placed on the
Transportband 112 gehalten. Conveyor belt 112 held.
In einem Ablagebereich 106 werden die Anodensegmente 55 von der In a storage area 106, the anode segments 55 of the
Fördereinheit 100 auf das Separatorelement 16 abgelegt. Die Fördereinheit 100 kann hierzu einen Abblasbereich 88 aufweisen. Dadurch entsteht das Delivery unit 100 placed on the separator 16. The delivery unit 100 can for this purpose have a blow-off region 88. This creates that
bandförmige Verbundelement 50, das weiter in die Transportrichtung 64 transportiert wird. In dem Ablagebereich 106 entstehen in der Förderrichtung 68 Lücken 51 zwischen den einzelnen Anodensegmente 55. Somit sind die band-shaped composite element 50, which is further transported in the transport direction 64. In the storage area 106 arise in the conveying direction 68 gaps 51 between the individual anode segments 55. Thus, the
Anodensegmente 55 auch in dem Verbundelement 50 durch eine entsprechende Lücken 51 voneinander getrennt. Das Transportband 112 der Anode segments 55 are also separated from each other in the composite element 50 by a corresponding gaps 51. The conveyor belt 112 of
Transportvorrichtung 110 wird von einer Anpressrolle 116 gegen die Transport device 110 is by a pressure roller 116 against the
Fördereinheit 100 gepresst. Der Ablagebereich 106 befindet sich dabei zwischen der Anpressrolle 116 und der FördereinheitlOO. In der Nähe der Anpressrolle 116 kann ebenfalls ein Vakuum, insbesondere ein erhöhtes Vakuum, anliegen. Feed unit 100 pressed. The storage area 106 is located between the pressure roller 116 and the conveyor unit 100. In the vicinity of the pressure roller 116 may also be a vacuum, in particular an increased vacuum abut.
In einem Transportbereich 108, der an den Ablagebereich 106 anschließt, werden die Anodensegmente 55 von mindestens einem Führungsband 114 auf das Separatorelement 16 gedrückt. Der Transportbereich 108 erstreckt sich dabei von dem Ablagebereich 106 in die Transportrichtung 64. Das mindestens eine Führungsband 114 ist vorliegend umlaufend ausgebildet und mehrmals umgelenkt. In dem Transportbereich 108 verläuft das Führungsband 114 in die Transportrichtung 64. In a transport region 108, which adjoins the deposition region 106, the anode segments 55 are pressed onto the separator element 16 by at least one guide band 114. In this case, the transport region 108 extends from the storage region 106 in the transport direction 64. The at least one guide band 114 is embodied circumferentially and repeatedly diverted. In the transport region 108, the guide belt 114 extends in the transport direction 64.
In der Transportvorrichtung 110 wird ein Vakuum erzeugt, mittels welchem die Anodensegmente 55 in dem Transportbereich 108 durch das Separatorelement 16 hindurch angesaugt werden. So werden die Anodensegmente 55 auf dem Separatorelement 16 zusätzlich gehalten und können vereinfacht von dem Führungsband 114 abgelöst werden. In the transport device 110, a vacuum is generated by means of which the anode segments 55 in the transport region 108 are sucked through the separator element 16. Thus, the anode segments 55 are additionally held on the Separatorelement 16 and can be easily detached from the guide tape 114.
Figur 4 zeigt eine schematische, perspektivische Darstellung der Fördereinheit 100 und der Transportvorrichtung 110 aus Figur 2 gemäß einer ersten FIG. 4 shows a schematic perspective view of the conveyor unit 100 and the transport device 110 from FIG. 2 according to a first embodiment
Ausführungsform. Die Fördereinheit 100 ist in Form einer zylindrischen Walze ausgebildet und rotiert in die Förderrichtung 68. Das Anodenelement 45 ist hier nicht dargestellt. Das Separatorelement 16 wird von der Transportvorrichtung 110 in die Transportrichtung 64 transportiert. Das Transportband 112 ist hier ebenfalls nicht dargestellt. Embodiment. The conveyor unit 100 is in the form of a cylindrical roller and rotates in the conveying direction 68. The anode element 45 is not shown here. The separator element 16 is transported by the transport device 110 in the transport direction 64. The conveyor belt 112 is also not shown here.
Die Transportvorrichtung 110 weist vorliegend zwei Führungsbänder 114 auf, welche in Querrichtung y versetzt zueinander angeordnet sind. Ein Teil der Fördereinheit 100 ist in Querrichtung y von den Führungsbändern 114 umgeben. Die Anodensegmente 55 werden in zwei Randabschnitten 124 von den In the present case, the transport device 110 has two guide belts 114, which are arranged offset from one another in the transverse direction y. A part of the conveyor unit 100 is surrounded by the guide belts 114 in the transverse direction y. The anode segments 55 are in two edge portions 124 of the
Führungsbändern 114 auf das Separatorelement 16 gedrückt. Die Guide belts 114 pressed on the separator 16. The
Randabschnitte 124 liegen dabei in Querrichtung y beidseitig außen auf dem Separatorelement 16. Die Kontaktfahnen 35 der Anodensegmente 55 ragen in Querrichtung y über das Separatorelement 16 seitlich heraus. Edge portions 124 lie in the transverse direction y on both sides outside on the separator 16. The contact lugs 35 of the anode segments 55 protrude laterally beyond the separator 16 in the transverse direction y.
Figur 5 zeigt eine schematische, perspektivische Darstellung der Fördereinheit 100 und der Transportvorrichtung 110 aus Figur 2 gemäß einer zweiten FIG. 5 shows a schematic perspective view of the conveyor unit 100 and the transport device 110 from FIG. 2 according to a second embodiment
Ausführungsform. Die Fördereinheit 100 ist in Form einer gestuften zylindrischen Walze ausgebildet, welche vorliegend einen zentralen Zylinderabschnitt 132 und zwei seitlich davon befindliche äußere Zylinderabschnitte 136 aufweist. Die äußeren Zylinderabschnitte 136 weisen dabei den gleichen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser des zentralen Zylinderabschnitts 132. Die äußeren Zylinderabschnitte 136 und der zentrale Zylinderabschnitt 132 der Fördereinheit 100 sind drehfest miteinander verbunden. Die Fördereinheit 100 rotiert in die Förderrichtung 68. Das Anodenelement 45 ist hier nicht dargestellt. Das Separatorelement 16 wird von der Transportvorrichtung 110 in die Embodiment. The delivery unit 100 is in the form of a stepped cylindrical roller, which in the present case has a central cylinder section 132 and two outer cylinder sections 136 located laterally therefrom. In this case, the outer cylinder sections 136 have the same diameter, which is greater than the diameter of the central cylinder section 132. The outer cylinder portions 136 and the central cylinder portion 132 of the conveyor unit 100 are rotatably connected to each other. The conveyor unit 100 rotates in the conveying direction 68. The anode element 45 is not shown here. The separator element 16 is moved by the transport device 110 into the
Transportrichtung 64 transportiert. Das Transportband 112 ist hier ebenfalls nicht dargestellt. Transport direction 64 transported. The conveyor belt 112 is also not shown here.
Die Transportvorrichtung 110 weist vorliegend ein Führungsband 114 auf, welches in Querrichtung y annähernd zentral auf dem Separatorelement 16 angeordnet ist. Ein Teil des Führungsbands 114 ist in Querrichtung y von den äußeren Zylinderabschnitten 136 der Fördereinheit 100 umgeben. Das In the present case, the transport device 110 has a guide band 114 which is arranged approximately centrally on the separator element 16 in the transverse direction y. A part of the guide belt 114 is surrounded in the transverse direction y by the outer cylinder sections 136 of the conveyor unit 100. The
Führungsbands 114 ist in Querrichtung y unterhalb des zentralen Guide tape 114 is in the transverse direction y below the central
Zylinderabschnitts 132 angeordnet. Die Anodensegmente 55 werden in einem Zentralabschnitt 122 auf das Separatorelement 16 gedrückt. Der Zentralabschnitt 122 liegt dabei in Querrichtung y zumindest annähernd mittig auf dem Cylinder portion 132 arranged. The anode segments 55 are pressed onto the separator element 16 in a central section 122. The central portion 122 lies in the transverse direction y at least approximately centrally on the
Separatorelement 16. Die Kontaktfahnen 35 der Anodensegmente 55 ragen in Querrichtung y über das Separatorelement 16 seitlich heraus.  Separator element 16. The contact lugs 35 of the anode segments 55 protrude laterally beyond the separator 16 in the transverse direction y.
Figur 6 zeigt eine Draufsicht auf ein bandförmiges Verbundelement 50. Die plattenförmigen Anodensegmente 55 liegen in einer Längsrichtung x, welche rechtwinklig zu der Querrichtung y verläuft, voneinander beabstandet auf dem bandförmigen Separatorelement 16. Die Anodensegmente 55 sind dabei in Längsrichtung x durch die Lücken 51 voneinander getrennt. Die Anodensegmente 55 liegen annähernd vollständig auf dem FIG. 6 shows a plan view of a band-shaped composite element 50. The plate-shaped anode segments 55 lie in a longitudinal direction x, which runs at right angles to the transverse direction y, spaced apart on the band-shaped separator element 16. The anode segments 55 are in the longitudinal direction x through the gaps 51 separated. The anode segments 55 lie approximately completely on the
Separatorelement 16. Die Anodensegmente 55 weisen Kontaktfahnen 35 der Anode 21 auf, welche sich in Querrichtung y erstrecken. Die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 ragen in Querrichtung y über das Separatorelement 16 seitlich heraus.  Separator element 16. The anode segments 55 have contact lugs 35 of the anode 21, which extend in the transverse direction y. The contact lugs 35 of the anode 21 protrude laterally beyond the separator 16 in the transverse direction y.
Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung eines aus mehreren Figure 7 shows a schematic representation of one of several
Stapelsegmenten 58 gebildeten Elektrodenstapels 10. Jedes Stapelsegment 58 weist, wie bereits erwähnt, ein Anodensegment 55, eine Kathodensegment 56 und zwei Separatorsegmente 53 auf. Dabei ist eines der Separatorsegmente 53 zwischen dem Anodensegment 55 und dem Kathodensegment 56 angeordnet, wobei vorliegend das Anodensegment 55 zwischen den beiden Each stack segment 58 has, as already mentioned, an anode segment 55, a cathode segment 56 and two separator segments 53. In this case, one of the separator segments 53 is arranged between the anode segment 55 and the cathode segment 56, in this case, the anode segment 55 between the two
Separatorsegmenten 53 angeordnet ist. Separator segments 53 is arranged.
Die Anodensegmente 55 bilden zusammen die Anode 21 des Elektrodenstapels 10. Die Kathodensegmente 56 bilden zusammen die Kathode 22 des The anode segments 55 together form the anode 21 of the electrode stack 10. The cathode segments 56 together form the cathode 22 of the
Elektrodenstapels 10. Die Separatorsegmente 53 bilden zusammen den Electrode stack 10. The Separatorsegmente 53 together form the
Separator 18 des Elektrodenstapels 10. Die hier nicht dargestellten Separator 18 of the electrode stack 10. The not shown here
Kontaktfahnen 35 der Anode 21 sind miteinander verschweißt und elektrisch mit dem negativen Terminal 11 der Batteriezelle 2 verbunden. Die hier nicht dargestellten Kontaktfahnen 36 der Kathode 22 sind ebenfalls miteinander verschweißt und elektrisch mit dem positiven Terminal 12 der Batteriezelle 2 verbunden. Contact lugs 35 of the anode 21 are welded together and electrically connected to the negative terminal 11 of the battery cell 2. The contact lugs 36 of the cathode 22, not shown here, are also welded together and electrically connected to the positive terminal 12 of the battery cell 2.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen. The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

Claims

Ansprüche claims
1. Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels (10) für eine 1. A method for producing an electrode stack (10) for a
Batteriezelle (2), umfassend folgende Schritte:  Battery cell (2), comprising the following steps:
Bereitstellen eines bandförmigen Separatorelements (16);  Providing a band-shaped separator element (16);
Bereitstellen mehrerer plattenförmiger Elektrodensegmente (55, 56); Providing a plurality of plate-shaped electrode segments (55, 56);
Erzeugen eines bandförmigen Verbundelements (50) durch Ablegen der Elektrodensegmente (55, 56) auf das Separatorelement (16); wobei das Separatorelement (16) von einer Transportvorrichtung (110) in eine Transportrichtung (64) bewegt wird, Producing a band-shaped composite element (50) by depositing the electrode segments (55, 56) on the separator element (16); wherein the separator element (16) is moved by a transport device (110) in a transport direction (64),
während die Elektrodensegmente (55, 56) in einem Ablagebereich (106) von einer Fördereinheit (100) auf das Separatorelement (16) abgelegt werden,  while the electrode segments (55, 56) are deposited in a storage area (106) by a conveyor unit (100) onto the separator element (16),
und wobei die Elektrodensegmente (55, 56) in einem an den  and wherein the electrode segments (55, 56) in one of the
Ablagebereich (106) anschließenden Transportbereich (108) von mindestens einem Führungsband (114) der Transportvorrichtung (110) auf das Separatorelement (16) gedrückt werden.  Storage area (106) subsequent transport area (108) of at least one guide band (114) of the transport device (110) are pressed onto the separator element (16).
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei 2. The method of claim 1, wherein
in der Transportvorrichtung (110) ein Vakuum oder ein Unterdruck erzeugt wird, mittels welchem die Elektrodensegmente (55, 56) in dem Transportbereich (108) durch das Separatorelement (16) hindurch angesaugt werden.  in the transport device (110), a vacuum or a negative pressure is generated, by means of which the electrode segments (55, 56) in the transport region (108) are sucked through the separator element (16).
3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei 3. The method according to any one of the preceding claims, wherein
in der Transportvorrichtung (110) ein Vakuum oder ein Unterdruck erzeugt wird, mittels welchem das Separatorelement (16) in einem Zuführbereich (107) durch ein Transportband (112) hindurch angesaugt wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei in the transport device (110), a vacuum or a negative pressure is generated, by means of which the separator element (16) in a feed region (107) through a conveyor belt (112) is sucked through. Method according to one of the preceding claims, wherein
in der Transportvorrichtung (110) ein Vakuum oder ein Unterdruck erzeugt wird, mittels welchem das Separatorelement (16) in demin the transport device (110), a vacuum or a negative pressure is generated, by means of which the separator element (16) in the
Ablagebereich (106) durch ein Transportband (112) hindurch angesaugt wird. Storage area (106) through a conveyor belt (112) is sucked through.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Method according to one of the preceding claims, wherein
ein Transportband (112) der Transportvorrichtung (110) von einera conveyor belt (112) of the transport device (110) of a
Anpressrolle (116) gegen die Fördereinheit (100) gepresst wird. Pressing roller (116) against the conveyor unit (100) is pressed.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Method according to one of the preceding claims, wherein
die Elektrodensegmente (55, 56) in einem Zentralabschnitt (122) auf dasthe electrode segments (55, 56) in a central portion (122) on the
Separatorelement (16) gedrückt werden. Separator element (16) are pressed.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Method according to one of the preceding claims, wherein
die Elektrodensegmente (55, 56) in zwei Randabschnitten (124) auf dasthe electrode segments (55, 56) in two edge portions (124) on the
Separatorelement (16) gedrückt werden. Separator element (16) are pressed.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei Method according to one of the preceding claims, wherein
ein weiteres bandförmiges Separatorelement (16) auf das another band-shaped separator element (16) on the
Verbundelement (50) derart aufgebracht wird, dass die Composite element (50) is applied such that the
Elektrodensegmente (55, 56) zumindest weitgehend zwischen den beiden Separatorelementen (16) eingeschlossen sind. Electrode segments (55, 56) are at least largely enclosed between the two separator elements (16).
Verfahren nach Anspruch 8, wobei The method of claim 8, wherein
das weitere bandförmige Separatorelement (16) und das the further band-shaped separator element (16) and the
Verbundelement (50) zwischen den Elektrodensegmenten (55, 56) geschnitten werden, Composite element (50) can be cut between the electrode segments (55, 56),
plattenförmige Stapelsegmente (58) durch Aufbringen weiterer plattenförmiger Elektrodensegmente (55, 56) erzeugt werden und die Stapelsegmente (58) zu dem Elektrodenstapel (10) gestapelt werden. plate-shaped stack segments (58) are produced by applying further plate-shaped electrode segments (55, 56) and the stack segments (58) are stacked to the electrode stack (10).
Batteriezelle (2), umfassend mindestens einen Elektrodenstapel (10) hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche. Verwendung einer Batteriezelle (2) nach Anspruch 10 in einer Batteriezelle (2) in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfah (HEV), in einem Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV) oder in einem Consumer-Elektronik-Produkt. Battery cell (2) comprising at least one electrode stack (10) produced by a method according to any one of the preceding claims. Use of a battery cell (2) according to claim 10 in a battery cell (2) in an electric vehicle (EV), in a hybrid vehicle (HEV), in a plug-in hybrid vehicle (PHEV) or in a consumer electronics product.
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