CN111316473A - 用于制造电极的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于由带状材料（66、82）来制造电极（21、22）的方法，该方法具有以下方法步骤：首先在所述带状材料（66、82）的边缘区域（100）中产生不连续的纵向切口（102）。在所述不连续的纵向切口（102）中产生接触叶片（35、36）。在此在所述接触叶片（35、36）的角区域（110）中在这些接触叶片与所述带状材料（66、82）的多余材料（106）之间留下连接部（104）。现在，根据前述方法步骤处理过的带状材料（66、82）的运送转移到输送平面中，在所述输送平面中沿着分离方向（108）分离多余材料（106）。

Description

用于制造电极的方法

技术领域

本发明涉及一种用于由带状材料制造电极的方法、一种电池单池及其使用。

背景技术

电能能够借助于电池来储存。电池将化学的反应能量转换为电能。在此要区分原电池和二次电池。原电池只能发挥功能一次，而也被称为蓄电池的二次电池则能够再次充电。在蓄电池中尤其是使用所谓的锂离子电池单池。这些锂离子电池单池的突出之处尤其在于高的能量密度、热稳定性连同极低的自放电水平。

锂离子电池单池具有也被称为阴极的正电极和也被称为阳极的负电极。阴极和阳极分别包括放电器，活性材料被施加到所述放电器上。所述电池单池的电极构造成膜状并且在中间放置将阳极与阴极分离的分隔物的情况下例如被堆叠成电极堆。所述电极也能够被结合成电极绕组或者以其它方式形成电极单元。

电极单元的两个电极与电池单池的、也被称为端子的极电连接。电极和分隔物被通常为液态的电解质所包围。此外，电池单池具有例如由铝制成的单池壳体。所述单池壳体通常设计为棱柱形、尤其是方形并且构造成耐压的结构。但是也已知其它的壳体形状、例如圆筒形的或者还有柔性的袋式电池。

在开发新的电池单池时的主要目标是，提高电池单池中的电化学的有效容积。电极堆已经被证明是用于使有效容积最大化的电极单元的最合适的结构形式，因为其不仅能够被制造成理想的棱柱形而且也能够被制造成任何其它几何形状。

发明内容

提出一种用于由带状材料制造电极的方法，其中至少执行以下方法步骤：

a）在所述带状材料的边缘区域中产生不连续的纵向切口，

b）在所述不连续的纵向切口的情况下构造接触叶片，

c）在所述接触叶片的角区域中在接触叶片和带状材料的多余材料之间留下连接部，

d）在输送平面中运送根据方法步骤a）至c）经过处理的带状材料，并且

e）沿着分离方向分离多余材料。

通过根据本发明所提出的解决方案，能够在电极的进一步加工中保护在制造电极时所制造的接触叶片以防止受损或弯折，所述进一步加工与大量的操作过程和转向相关联。

在根据本发明所提出的方法的有利的改进方案中，通过沿着基本上垂直于在用于电极、也就是用于阳极和阴极的带状材料中之前所实施的纵向切口的方向撕下的方式，来将边缘区域中的多余材料分离下来。

在根据本发明所提出的方法的另一种构造方案中，在接触叶片的角区域中与将接触叶片包围的多余材料之间的连接部实施为接片形。由此，保留了接触叶片与将其包围的材料的持久连接，从而形成几乎闭合的、被纵向切口中断的表面，该表面在转向和操作过程中给予之前所切割出的接触叶片更大的稳定性并且尤其将接触叶片的损坏危险最小化。

最后规定，借助于激光器在用于电极的带状材料中产生不连续的纵向切口。激光器的使用允许非常精确的切割，从而尤其能够在制造技术上有利地保持接触叶片的轮廓和接片的宽度。

在根据本发明所提出的方法的改进方案中，在沿着分离方向分离多余材料时产生的毛刺在制造阳极的情况下处于阳极的活性材料的外部或者在制造阴极的情况下处于阴极的活性材料的外部。

此外，提出一种电池单池，所述电池单池包括至少两个电极，所述电极根据按照本发明所提出的方法来制造。

根据本发明所提出的电池单池以有利的方式用在电动车（EV）、混合动力车（HEV）、插电式混合动力车（PHEV）或消费电子产品中。“消费电子产品”在当前的上下文中尤其是指移动电话、平板电脑、个人电脑或笔记本电脑。

根据本发明所提出的方法允许由带状材料来制造电极，其中尤其在制造阳极和阴极时在阳极和阴极上构造的接触叶片在制造过程中必然需要的转向或操作过程期间有效地得到保护以防止损坏。通常，阳极和阴极通过在侧面处于其旁边的接触叶片来电接触，所述接触叶片随后被合并。如果这些接触叶片之一受损或者甚至被弯折，则不能使用电极堆。所述接触叶片或阳极的或阴极的活性材料的损坏也可能导致电击穿、即电极堆内部的短路，使得其成为废品。

以有利的方式，在接触叶片的角区域与将接触叶片包围的、之后要沿着分离方向分离的材料之间，接片形或桥形的连接部能够实施得非常薄，这足以保护接触叶片在转向过程中不受损坏，因为非常薄的带状材料的机械稳定性由于小的材料厚度而受到限制，所述阳极或阴极由所述非常薄的带状材料制成。因此，以有利的方式将之后要从带状的电极材料的边缘区域中分离的多余材料用于保护之后对于电极堆的连接来说极其重要的接触叶片。处于电极材料的带状材料的边缘区域中的多余材料的分离过程例如通过撕下的方式来进行，其中在撕下时产生的毛刺处于阳极的或阴极的活性材料之外，在那里不会产生击穿。

通过多余材料的分离过程，根据按本发明所提出的方法，所出现的废料能够有针对性地并且在一块件上被排出，从而能够避免许多小的部分或碎片。所出现的废料例如能够有针对性地被吸走。此外要强调的是，多余材料的分离在过程中在相对于所产生的颗粒或碎片等有利的位置上来进行，因为所述分离过程就在下一个堆叠步骤之前不久进行并且例如不在旋转的轮上进行。如果在那里进行分离，那么颗粒就可能向下落到其他的电极分段或单独的分段上，所述分段之后在由堆叠分段制造电极堆时可能导致短路。

此外，根据按本发明所提出的方法，不连续的切口的加入位置能够相对容易地在所述过程的不同位置上实现。省去了在切割位置本身上用于排出废料所需要的空间位置需求，这在过程中或者在设备设计中允许较大的灵活性，例如在每个任意的转向辊上布置并且执行激光切割。

附图说明

下面借助于附图对本发明进行详细解释。

其中：

图1示出了电池单池的示意图，

图2示出了用于制造电极堆的设备的主要组件，

图3示出了带状的电极材料的片段，其具有不连续的切口和处于多余的之后要被分离的区域中的、由此形成的接触叶片，并且

图4示出了由分隔物分段或电极分段构成的电极堆。

具体实施方式

在本发明的实施方式的以下描述中，相同或相似的元件用相同的附图标记来表示，其中在个别情况下放弃对于这些元件的重复描述。附图仅仅示意性地示出了本发明的主题。

图1示出了电池单池2的示意图。所述电池单池2包括壳体3，该壳体构造成棱柱形、在此构造成方形。所述壳体3在此实施成导电的结构并且例如由铝制成。所述壳体3也能够以柔性的袋式膜的形式构造。

所述电池单池2包括负端子11和正端子12。通过所述端子11、12能够截取由电池单池2提供的电压。此外，所述电池单池2也能够通过端子11、12来充电。

在所述电池单池2的壳体3的内部布置有电极单元，所述电极单元在此实施成电极堆10。所述电极堆10具有两个电极、即阳极21和阴极22。所述阳极21和阴极22分别实施成膜状并且通过带状的第一分隔物18彼此分隔。所述带状的第一分隔物18能传导离子，也就是说对于锂离子来说可穿透。

所述阳极21包括阳极的活性材料41和阳极的放电器31。所述阳极的放电器31实施成可导电的结构并且由金属、例如由铜制成。所述阳极的放电器31与电池单池2的负端子11电连接。

所述阴极22包括阴极的活性材料42和阴极的放电器32。所述阴极的放电器32实施成可导电的结构并且由金属、例如由铝制成。所述阴极的放电器32与电池单池2的正端子12电连接。

图2以示意图示出了用于制造电极堆10的设备58的组件。

图2示出了用于制造电极堆10的设备58。在用于带状的第一分隔物18的供给机构60上，所述分隔物的供给在运送装置62上进行。所述运送装置62能够是环绕运行的带或者也能够是线性的输送系统76等等。在所述运送装置62上沿着运送方向64来运送带状的第一分隔物18。

用于第一电极、例如阴极的第一带状材料66的线圈储备处于所述运送装置62的上方。通过多个在这里未示出的转向辊将用于第一电极的第一带状材料66供给至从动轮92。为从动轮92的圆周面94分配了激光器96或刀状的切割机构。在所述激光器96或切割机构的下方对用于第一电极的第一带状材料66进行切割68，由此产生区段70、即阴极分段56。在将相应的区段70放置在运送装置62上的带状的第一分隔物18上之前，将所分离的区段70在真空区域86的内部固定在从动轮92的圆周表面94上。

所述从动轮92如此设有包括编码器和驱动控制机构的驱动装置90，使得所述从动轮92在其旋转期间交替地加速并且减速，从而在将区段70放置在所述运送装置62的上侧面上的带状的第一分隔物18上时产生限定的空隙。

此后输送72带状的第二分隔物19。将该第二分隔物转移到运送装置62上，使得所述带状的第一分隔物18和有规律地被隔开的被分离的区段70、也就是阴极分段56被带状的第二分隔物19所覆盖。

随后，在转交区域74之内将带状的第一分隔物18、布置在其上面的彼此隔开的区段70以及带状的第二分隔物19转移至线性的输送系统76。所述线性的输送系统76例如包括各个能加载负压的滑块，其中从图2中可见，在所述线性的输送系统76的下侧面上为其分配了各个分立的堆叠装置78。

在通过转交区域74之后，优选对被转交给线性的输送系统76的、由带状的第一分隔物18、第一电极的区段70、即阴极分段56以及带状的第二分隔物19构成的布置结构进行激光切割80。将这个依然三层构造的堆叠在侧面通过抓取装置或者通过真空固定在所述线性的输送系统76的各个彼此分离的能加载真空的滑块上。

从图2中可以得知，为所述线性的输送系统76分配了另一个从动轮92。向这个从动轮加载用于第二电极20的第二带状材料82，该第二材料82在位置84处优选通过激光器96来切割。将所述第二电极的、从用于该第二电极、即阳极的第二带状材料82上分离下来的区段70在真空区域86的内部固定在从动轮92上并且施加到由线性的输送系统76的各个工作台运送来的、由带状的第一分隔物18、用于第二电极的区段70和带状的第二分隔物19构成的布置结构上。

将所获得的、例如由线性的输送系统76的抓具固定的、四层的堆叠分段52（参见图4）在线性的输送系统76的出口区域中掉转180°并且放置在各个堆叠装置78上，该堆叠分段由带状的第一分隔物18的分隔物分段53、阴极分段56、带状的第二分隔物19的分隔物分段53以及阳极分段55构成。

为完整起见，应当提到的是，布置在线性的输送系统76上方的从动轮92同样具有真空区域86和排气区域88。优选借助于短脉冲（ns或ps）的固体激光器来对用于第二电极的第二带状材料82进行激光切割80。作为优选为固体激光器的激光器96的替代方案，也能够使用刀状的切割装置，以用于在这个位置处将各个区段70从用于第二电极（阳极）的第二带状材料82上分离下来。

图3示出了用来制造电极的第一带状材料66的片段。

按照图3的图示以俯视图示出了用于第一电极（例如阴极）的第一带状材料66的边缘区域100或用于制造第二电极（例如阳极）的第二带状材料82的边缘区域100的片段。沿着所述边缘区域100的进给方向101看，纵向切口102在第一和第二带状材料66、82的边缘区域100中延伸。所述纵向切口102尤其通过激光器96来产生。

在此为了产生纵向切口102而如此引导所述激光器96，使得所述纵向切口102实施成不连续的纵向切口。这意味着，尤其是在实施了用于第一电极、例如阴极的接触叶片35或用于第二电极、例如阳极的接触叶片36的区域中留下接片形的或桥形的连接部104。所述连接部104尤其能够实施成接片形或者也能够实施成桥形，所述连接部非常窄并且使相应的接触叶片35、36稳定，方法是：所述连接部将所述接触叶片与将其包围的、之后有待分离的多余材料106连接起来。由此，避免了各个接触叶片35、36在转向或者弯曲情况下并且在之后由堆叠分段52形成电极堆10时受损，阳极21 （参见图1）或阴极22 （参见图1）通过接触叶片电接触。因为通过接片形的连接部104，所述接触叶片35、36与将其包围的、之后要分离的多余材料106保持连接，所以接触叶片35、36即使在之后的转向或操纵过程中也始终处于用于第一或第二电极的带状材料66、82的运送平面中。

一旦所述带状材料，要么是用于第一电极（阴极）的第一带状材料66，要么是用于第二电极（阳极）的第二带状材料82，都处于输送平面中，在所述输送平面中不再出现转向或弯曲（除了电极堆10的堆叠状的接合之外）进行多余材料106的分离。所述分离沿着分离方向108来进行，该分离方向基本上垂直于进给方向101来延伸。

用根据本发明所提出的方法，多余材料106能够用于机械地保护并且稳定之后用于电接触的接触叶片35、36，以防止弯折和其他损坏。这在制造电极堆10时代表着一种显著的安全标准，因为由于避免了接触叶片35、36的损坏而排除了废品的产生。

图4示出了电极堆10。由按照图5中的图示的各个堆叠分段52形成的电极堆10包括四个层，即分隔物分段53、阴极分段56、另一个处于阴极分段56上面的分隔物分段53以及阳极分段55。所述阴极分段56形成阴极22，而所述阳极分段55则形成电极堆10的阳极21。

本发明不局限于这里所描述的实施例和其中所强调的方面。更确切地说，在通过权利要求所表明的范围内能够实现大量的处于本领域的技术人员的处理范围内的改动方案。

Claims (7)

1.用于由带状材料（66、82）来制造电极（21、22）的方法，具有以下方法步骤：

a）在所述带状材料（66、82）的边缘区域（100）中产生不连续的纵向切口（102），

b）在所述不连续的纵向切口（102）的情况下构造接触叶片（35、36），

c）在所述接触叶片（35、36）的角区域（110）中在这些接触叶片与带状材料（66、82）的多余材料（106）之间留下连接部（104），

d）在输送平面中运送根据方法步骤a）至c）处理过的带状材料（66、82），并且

e）沿着分离方向（108）分离多余材料（106）。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述多余材料（106）的分离在所述带状材料（66、82）的边缘区域（100）中通过撕下的方式来进行。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，处于所述接触叶片（35、36）的角区域（110）中的、相对于多余材料（106）的连接部（104）实施成接片形或者桥形。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述不连续的纵向切口（102）借助于激光器（96）来产生。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分离方向（108）垂直于用于第一电极的第一带状材料（66）的或用于第二电极的第二带状材料（82）的进给方向（101）来伸展。

6.电池单池（2），包括至少两个按照根据前述权利要求中任一项所述的方法制造的电极（21、22）。

7.根据权利要求6所述的电池单池（2）在电动车（EV）、混合动力车（HEV）、插电式混合动力车（PHEV）或消费电子产品中的使用。

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