CN107634176B - 用于制造电极堆的方法和装配系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造用于电池单池的电极堆的方法，该方法具有以下步骤：提供至少一个电极链（6），其中所述电极链（6）由多个电极片（7）所构成，所述电极片借助于至少一个保持带（8）彼此相连接；将所述电极链（6）的多个元件作为电极层（2）布置在装配模（20）中，其中所述布置过程通过所述保持带（8）来得到导引；并且布置另外的分离器层和另外的电极层以及反电极层，以用于形成所述电极堆。此外，本发明涉及一种尤其是用于实施所述方法的装配系统。

Description

用于制造电极堆的方法和装配系统

技术领域

本发明涉及一种用于制造电极堆的方法和一种装配系统。

背景技术

用于制造电极堆的方法用于制造单电池、双电池和在两侧被涂覆的电极。在两侧用活性材料来涂覆的阳极和阴极的堆叠在此与双电池的堆叠相比典型地引起稍许得到提高的能量密度。而由双电池来制造单池本体的方案具有以下优点：每个单个的双电池在堆的组装之前都能够基于电极的正确的位置和电短路进行检查并且必要时能够予以剔除。相反，对于两侧的电极的堆叠来说，首先要检查完成的电极堆。而后必要时必须舍弃整个堆。这在使用相同的电极材料时当然也比双电池工艺引起更高的次品率。用于以双电池工艺进行装配的自动装置以4个双电池/秒的生产量、甚至以大的电极规格来进行工作。

US 2012/0210549说明了一种用于制造电双层单池的方法，其中第一和第二电极片通过将电极材料压印在可传导的片上这种方式来提供，其中4×4片矩阵状地并排布置并且借助于小接片彼此连接。将分离器层布置到第一层上并且在所述分离器层上布置第二电极层，由此能够制造由4×4电极片堆构成的电极堆。

在现有技术中没有用于对下述堆进行堆叠和定位的方法，对于所述堆来说电极层可能不一样大。

发明内容

按本发明的、用于制造用于电池单池的电极堆的方法至少包括以下步骤：

a）提供至少一个电极链，其中所述电极链由多个电极片构成，所述电极片借助于至少一个保持带彼此相连接；

b）将所述电极链的多个元件作为电极层布置在装配模中，其中所述布置过程通过所述保持带来得到导引；并且

c）布置分离器层、另外的电极层和反电极层，以用于形成所述电极堆。

用“电极片”来表示基本上扁平地构造的电极。对于扁平的电极来说，所述电极的两个空间尺度构造得比第三空间尺度大了一个或者优选几个数量级，像比如对于薄膜来说就是这种情况。所述电极片能够在平面中具有任意的形状、比如正方形、长方形、经过倒圆的棱角、椭圆形、圆形或者类似形状。

用“电极链”来表示下述电极，所述电极不是分开地存在，而是在一个或者多个点上彼此相连接或者链接。所述电极链能够任意地高度缩放（hochskalieren），也就是从一个或者少数个电极直至连续带。优选用所述按本发明的方法来同时制造多个电极堆。

在当前的公开内容中用“层”来表示电极堆中的层，所述层应得到自身的电化学功能。在电池单池的电极堆中典型地出现的层是电极、反电极和分离器。在此，所述电极和反电极在存在分离器的中间层的情况下被液态的电解质所包围。所述电解质对于锂离子来说有传导能力并且能够在所述两个电极之间运送锂离子。

所述电池单池不仅能够是原电池单池而且也能够是二次电池单池并且被设立用于：储存电能并且将化学反应能量转换为电能并且反之亦可。二次电池单池也被称为蓄电池单池。尤其所述电池单池能够是所谓的锂离子单池，所述锂离子单池的特征典型地在于特别高的能量密度、热稳定性和低的自动放电。用于所介绍的电池单池的使用目的尤其能够在机动车、比如电动车、混合动力车和插电式混合动力车中。

所述电池单池的、电化学活性的材料典型地被分配给电极和反电极、也就是也被称为阴极的正电极和也被称为阳极的负电极。所述阴极和阳极分别包括电流引导部（Stromableiter），在所述电流引导部上施加了电化学活性的材料。所述阴极及阳极的电流引导部被拼合成端子，用于能够实现所述电池单池的连接。在放电过程的电化学反应中，电子在外部的电路回路中从阳极流往阴极。在所述电池单池的内部，锂离子从所述阳极游移到所述阴极。而在充电过程中，所述锂离子则从所述阴极游移到所述阳极。

按照一种优选的实施方式，至少一个反电极层相对于按照步骤b）布置的电极层由反电极链制成。反电极片在此借助于至少一个反电极保持带彼此相连接。

由此，不仅所述电极而且所述反电极都以彼此连接的电极片或者反电极片的形式来提供。

按照一种优选的实施方式，将所述反电极链的多个元件作为反电极层布置在装配模中的过程通过所述反电极保持带来得到导引。作为替代方案或者补充方案，首先将所述反电极链的元件分开并且而后将其未连接地布置在所述装配模中。

由此，所述电极层和所述反电极层能够分别由所述电极链或者反电极链的多个彼此相连接的元件来制成，或者由所述电极链或者反电极链的多个没有彼此相连接的元件制成。优选多个彼此相连接的电极片借助于其保持带来得到导引并且作为电极层彼此相连接地装配，并且多个彼此相连接的反电极片借助于其反电极保持带来得到导引并且作为反电极层彼此相连接地装配。

按照一种优选的实施方式中，所述保持带将所述电极片的电极电流引导部彼此连接起来。在此，优选片状地提供所述电极片的电流引导部。所述保持带能够尤其由与所述电极电流引导部相同的材料构成并且与所述电极电流引导部一体地构造。

相应地，优选规定，所述反电极保持带将所述反电极片的反电极电流引导部彼此连接起来。

按照另一种优选的实施方式，所述分离器层由分离器链制成，其中所述分离器链由多个分离器片所构成，所述分离器片借助于至少一个分离器保持带彼此相连接。由此，所述电极层、所述反电极层以及还有所述分离器层分别能够用保持带作为链来提供并且能够借助于这些保持带布置在装配模中。作为替代方案能够规定，首先将所述反电极层和/或所述分离器层分开，也就是说比如移走所述分离器保持带或者反电极保持带，并且将各个反电极片或者分离器片单个地布置在所述装配模中。

能够规定，将所述分离器链的多个元件分开并且将其未连接地布置在所述装配模中。作为替代方案或者补充方案，也能够规定，所述分离器层的布置过程通过所述分离器保持带来得到导引。在最后一种情况中，所述分离器层由所述分离器链的多个彼此相连接的元件所构成或者后来将所述分离器保持带移走。

优选所述链作为连续链来提供。这不仅涉及电极链，而且只要存在反电极链也涉及所述反电极链，并且只要存在分离器链也涉及所述分离器链。

按照本发明，此外提供一种用于制造电极堆的装配系统，其中所述装配系统构造用于实施上面所描述的方法之一。

按本发明的、用于制造用于电池单池的电极堆的装配系统包括用于提供至少一个电极链的第一工具，其中所述电极链由多个电极片所构成，所述电极片借助于至少一个保持带彼此相连接。此外，所述装配系统包括第二工具，所述第二工具用于将电极层、反电极层和分离器层上下叠放地布置在装配模中。所述装配模在此如此构设：使得至少一个电极层的布置过程通过所述保持带来得到导引。

所述装配模因而包括阴模，所述阴模的型腔构造用于接纳所述电极片以及所述至少一个保持带，从而能够借助于所述保持带来进行所述电极片的定位。

所述装配系统优选包括另一个用于提供反电极链的工具和/或另一个用于提供分离器链的工具。

用于提供电极链、反电极链和/或分离器链的工具能够包括冲压工具、铸造工具、挤压工具或者切割工具、像比如激光切割工具。

此外，所述装配系统包括另外的用于裁剪相应的链的特定数目的元件的工具，以用于转送给所述第二工具，所述第二工具用于将所述电极、反电极和分离器层上下叠放地布置在装配模中。

按照一种优选的实施方式，所述装配模具有耦联装置。借助于所述耦联装置，所述装配系统能够如此模块化地构造，从而能够特别地规定所提供的片、反电极片和/或分离器片的能够布置的元件的数目。

通过作为链的各个电极片的连接，产生高度精确地装配一个单个的堆乃至无限多的堆的可行方案。通过链几何结构的和层几何结构的设计，能够个性化地定义各个层的相对于彼此的位置。

在此，所述按本发明的方法能够独立于处于所述链中的电极的尺寸、规格或者数目来运用。

能够有利地将用于制造电极堆的成本降低到最低限度，并且能够很快地对所述电极堆的新要求的变型方案作出反应。

能够针对所述层来自由地适配所述保持带的几何结构和数目，以用于对各个层相对于彼此的位置进行适配。对于所述各个层相对于彼此的公差的控制，则通过所述保持带的几何结构的设计以及整个系统中的电极链的提供工具的设计来进行。

所述保持带的数目能够自由地分布到所述几何结构上并且能够任意频繁地复制。由此本发明实现了电极堆的高度精确的并且周期时间优化的制造。从中产生比当前的过程更加清楚的更加经济的优点。本发明不仅能够用于实验室运行而且能够乃至于用于大批量生产。

所述按本发明的方法不仅能够在研究中而且能够在批量运行中用于电池单池的制造。

但是，比如针对锂离子电池所产生的使用目的、比如在制造所谓的方块芯（JellySquare）时不局限于这种工艺。

附图说明

本发明的实施例在附图中示出并且在下面的说明中进行详细解释。

附图中：

图1以透视图示出了电极堆，该电极堆能够用所述按本发明的方法来制造；

图2以透视图示出了电极堆的另一种实施方式，该电极堆能够按照本发明来制造；

图3示出了按照本发明的一种实施方式的电极链的俯视图；

图4示出了按照本发明的一种实施方式的反电极链的俯视图；

图5示出了按照第一种实施方式的、按本发明的装配工具的俯视图；

图6示出了图5的装配工具连同在其中布置的电极链；

图7示出了图5的装配工具连同在其中布置的电极片；

图8示出了图5的装配工具连同在其中布置的电极链以及在所述电极链上布置的分离器片；

图9示出了图5的装配工具连同在其中布置的电极片以及在所述电极片上布置的分离器片；

图10示出了按照本发明的另一种实施方式的装配工具连同在其中布置的电极链以及在所述电极链上布置的分离器链的俯视图；

图11示出了图5的装配工具连同在其中布置的电极链、分离器片以及反电极链；并且

图12示出了图10的装配工具连同在其中布置的电极链、分离器链以及反电极链。

在下面所描述的附图中，为相同的或者类似的组件设置了相同的附图标记。在个别情况中不考虑对于相同的组件的重复的描述。

具体实施方式

图1示出了一种能够用所述按本发明的方法来制造的电极堆1。所述电极堆1不仅能够是双电池堆而且能够是在两侧被涂覆的电极。

图2示出了另一种能够用所述按本发明的方法来制造的电极堆1。所述电极堆1包括两个电极层2，这两个电极层包围着反电极层3。在所述反电极层3与所述电极层2之间相应地设置了分离器层4。由所述电极层2在所述电极堆1的侧面上引出电极电流引导部9。由所述反电极层3在对置的侧面上引出相应的反电极电流引导部13。所述电极电流引导部9和反电极电流引导部13不一定彼此对置地布置，而是也能够处于所述电极堆1的同侧面面上或者相对于彼此对角地来布置。

图3示出了一种电极链6，该电极链能够用在所述按本发明的方法中。在所述电极链6中示出了一个具有三个电极片7的截取部分，所述电极片基本上具有正方形的横截面，并且所述电极片具有电极电流引导部9，所述电极电流引导部同样扁平地构造，并且所述电极电流引导部被固定在保持带8上。所述保持带8同样扁平地构造。所述电极链6比如能够是冲压过程的产物，但是也能够是辊压过程、挤压过程或者切割过程的产物。所述电极链6能够是连续链。所述三个电极片7通过所述保持带8彼此相连接。所述保持带8更准确地说在这种实施方式中将所述电极电流引导部9彼此连接起来。另外的保持带（未示出）比如能够被设置在所述电极片7的对置的侧面上。

图4示出了一种反电极链10，该反电极连能够用在所述按本发明的方法中。在所述反电极链10中示出了一个具有三个反电极片11的截取部分，所述三个反电极片借助于反电极保持带12彼此相连接，更准确地说通过其相应的反电极电流引导部13彼此相连接。相对于参照图3所描述的电极链6，在图4中示出的反电极链10镜像对称地构造。所述反电极链10能够是连续链。

在图5中示出了一种装配模20，该装配模具有用于接纳电极层、反电极层和分离器层2、3、4的型腔21，以用于形成在这里示范性地三个电极堆1。所述装配模20包括在左侧并且在右侧勾画出来的耦联装置26，所述耦联装置勾画出所述装配模20的模块化的构造。通过多个这样的装配模20的耦联，能够制造出能够任意地规定的数目的电极堆1，所述电极堆能够在装配结束时要么依然通过所述保持带8彼此连接要么对于所述电极堆来说在结束时移走所述保持带8。

所述型腔21包括三个在功能上能够区分的区域，也就是用于接纳电极片、反电极片和分离器片7、11、31的型腔（下面简称为电极片型腔22）、另外的用于接纳所述电流引导部的型腔（下面被称为电流引导部型腔24）以及用于接纳用于电极或者反电极的保持带的型腔（下面被称为保持带型腔23）。

所述装配模20如此构造，使得作为电极层2来布置所述电极链6的多个元件这个过程通过所述保持带8得到导引。在所示出的实施例中，为此如此安排所述保持带型腔23的宽度B，从而能够以所述保持带8的宽度来匹配精确地装入所述保持带。因为所述电极片7固定地与所述保持带8相连接，所以在将所述保持带8装入到所述保持带型腔23中时将所述电极片精确地定位在所述装配模20中。

图6示出了在图5中示出的装配模20的、在如所描述的那样布置了参照图3所描述的电极链6之后的状态。根据经过协调的精确的尺寸，在这里比如产生装配间隙30，因为借助于所述保持带8在所述装配模20中对所述电极链6进行导引所和定位。所述装配间隙30比如用于保证分离器片31重叠在所述电极片7上。所述电极链6在所述装配模20中的布置在所示出的实施例中形成彼此相连接的电极片7的电极层2。

图7示出了一种装配模20连同未连接的电极片7的电极层2。所述布置结构比如能够通过将图6中的保持带8移走的步骤来产生。

图8示出了在参照图5所描述的装配模20中布置的电极层2的、在将具有未连接的分离器片31的分离器层4定位在所述电极层上的状态。

图9示出了处于所述装配模20中的、在图8中所示出的电极层2，其中所述保持带8已经被移走。移走所述保持带8的步骤能够在将所述分离器层4定位在所述装配模20中之后或者之前进行。

图10示出了所述装配模20的一种作为替代方案的实施方式，其中该装配模被设立用于：接纳分离器链40、也就是以彼此相连接的分离器片31的形式构成的分离器层4。所述装配模20相对于前面所描述的装配模20为此还具有另一个型腔，用于接纳所述分离器层4的接片33，通过所述接片来将所述分离器片31导引到分离器保持带32上。所述分离器保持带32和所述接片33相应地用于将所述分离器片31正确的定位在所述电极片型腔22中。所述分离器保持带32就像所述接片33一样能够在后来移走。

图11示出了参照图6到9所描述的装配模20，其中以彼此相连接的反电极片11的形式构成的反电极层3被接纳在所述装配模中。所述反电极片11在这里在两个平面尺度方面构造得比所述分离器片31和所述电极片7更小，比如小了0.1%与10%之间。通过经由所述反电极保持带12来对所述反电极层3的布置过程进行导引这种方式来实现这一点：所述反电极片11能够相对于所述分离器片31和所述电极片7精确地定位。

图12示出了所述装配模20的参照图10所描述的实施方式连同以彼此相连接的反电极片11的形式构成的反电极链10的相应的定位。

本发明不局限于在此所描述的实施例。更确切地说，在权利要求的范围内能够实现大量对本领域的技术人员来说很清楚的改动方案。

Claims (9)

1.用于制造用于电池单池的电极堆（1）的方法，所述方法具有以下步骤：

a）提供至少一个电极链（6），其中所述电极链（6）由多个电极片（7）所构成，所述电极片借助于至少一个保持带（8）彼此相连接，所述保持带（8）将所述电极片（7）的电极电流引导部（9）彼此连接起来，所述保持带能够由与所述电极电流引导部相同的材料构成并且与所述电极电流引导部一体地构造；

b）将所述电极链（6）的多个元件作为电极层（2）布置在装配模（20）中，其中所述布置过程通过所述保持带（8）来得到导引；并且

c）布置分离器层（4）、另外的电极层（2）以及反电极层（3），以用于形成所述电极堆（1）。

2.按权利要求1所述的方法，其中至少一个反电极层（3）相对于按照步骤b）布置的电极层（2）由反电极链（10）制成，所述反电极链的反电极片（11）借助于至少一个反电极保持带（12）彼此相连接。

3.按权利要求2所述的方法，其特征在于，将所述反电极链（10）的多个元件作为反电极层（3）布置在所述装配模（20）中的过程通过所述反电极保持带（12）来得到导引。

4.按权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，所述分离器层（4）由分离器链（40）制成，其中所述分离器链（40）由多个分离器片（31）所构成，所述分离器片借助于至少一个分离器保持带（32）彼此相连接。

5.按权利要求4所述的方法，其特征在于，将所述分离器链（40）的多个元件分开并且未连接地布置在所述装配模（20）中，或者其中所述分离器层（4）的布置过程通过所述分离器保持带（32）来得到导引。

6.按权利要求1到3中任一项所述的方法，其特征在于，至少所述电极链（6）作为连续链来提供。

7.用于制造用于电池单池的电极堆（1）的装配系统，所述装配系统具有：用于提供至少一个电极链（6）的第一工具，其中所述电极链（6）由多个电极片（7）所构成，所述电极片借助于至少一个保持带（8）彼此相连接，所述保持带（8）将所述电极片（7）的电极电流引导部（9）彼此连接起来，所述保持带能够由与所述电极电流引导部相同的材料构成并且与所述电极电流引导部一体地构造；用于将电极层（2）、分离器层（4）和反电极层（3）上下叠放地布置在装配模（20）中的第二工具，其特征在于，所述装配模（20）如此构设：使得至少一个电极层（2）的布置过程通过所述保持带（8）来得到导引。

8.按权利要求7所述的装配系统，所述装配系统具有另一个用于提供反电极链（10）的工具和/或另一个用于提供分离器链（40）的工具。

9.按权利要求7或8所述的装配系统，其特征在于，所述装配模（20）具有耦联装置（26）。

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