CN111819715A - 用于流水线生产用于电池组的电极的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于流水线生产用于电池组的电极（102）的方法，其特征在于，提供幅面状的初始材料（200），在结构化步骤中将至少一个拉伸网格结构（210）和分离切口（206）切入所述初始材料（200）中，以便限定相邻的电极区域（204），其中使所述初始材料（200）在所述拉伸网格结构（210）的区域内部分地保持未切割，在拉伸步骤中将所述电极区域（204）拉伸开，以便拉伸所述拉伸网格结构（210），并且在分离步骤中将所述电极区域（204）在所述拉伸网格结构（210）处彼此分开，以便获得各个电极（102）。

Description

用于流水线生产用于电池组的电极的方法和设备

技术领域

本发明涉及一种用于流水线生产用于电池组的电极的方法和设备。

背景技术

为了制造电池组的电极，在将阳极和阴极与在其间布置的隔板交替堆叠以便构造该电池组的电池堆叠之前，例如将这些电极从连续材料切出并且接下来单独地进一步加工。

例如，JP 2011 086506示出一种以高生产率来制造层压电池组的设备。US 201202 10549 示出一种用于制造电双层电容器电池的方法。

发明内容

在该背景下，利用在此所提出的方案根据独立权利要求来提出一种用于流水线生产用于电池组的电极的方法和一种用于流水线生产用于电池组的电极的设备，以及最终提出一种相应的计算机程序产品。对在此提出的方案的有利的扩展和改善从说明书中得出并且在从属权利要求中予以描述。

本发明的优点

本发明的实施方式能够以有利的方式来实现：在流水线生产中连贯地对用于制造电池组的电极进行加工并且作为堆叠之前最后的加工步骤才将所述电极分离。

提出一种用于流水线生产用于电池组的电极的方法，该方法的特征在于，提供一种幅面状的初始材料，在结构化步骤中将至少一个拉伸网格结构和分离切口切入该初始材料中，以便限定相邻的电极区域，其中使该初始材料在该拉伸网格结构的区域内部分地保持未切割，在拉伸步骤中将电极区域拉伸开，以便拉伸该拉伸网格结构，并且在分离步骤中将电极区域在所述拉伸网格结构处彼此分开，以便获得各个电极。

关于本发明的实施方式的思想可以尤其是视为基于接下来描述的思想和认识。

幅面状的初始材料可以理解为带材，该带材可以被称为连续材料。该初始材料可以双面地至少部分地以活性材料来覆层。分离步骤将初始材料的完整的层结构、也即该初始材料和在其上布置的活性材料层切开。通过两个相邻的分离切口来规定电极的未来尺寸。电极区域包括未来的电极的面和至少部分地尚待移除的辅助结构。拉伸网格结构是辅助结构并且具有接片和连接这些接片的节点。这些接片和节点将两个相邻的电极区域一件式连接。这些接片和节点通过在经错位的行中布置的、彼此间隔开的并且从行到行的错位的穿过初始材料的切缝来产生。在拉伸所述拉伸网格结构时使这些接片和节点变形并且在接片和节点之间打开几乎菱形的穿孔，所谓的网孔。通过经拉伸的拉伸网格结构使得两个相邻的电极区域继续连接并且能够共同地移至进一步的生产步骤。其他辅助结构可以是初始材料的如下区域，这些区域例如同样被需要以用于从生产步骤到生产步骤地输送连贯的电极区域，然而却不应成为电池组电池的部分。这些辅助结构在将电极区域与电极区域分离时被移除，以便获得电极。

这些电极区域可以彼此分离，其方式为，将拉伸网格结构扯断。拉伸网格结构可以具有这样薄的接片和节点，使得该拉伸网格结构的剩余部分在扯断之后能够留在电极上。所述剩余部分在此由这样小的颗粒组成，使得这些颗粒可以毫无问题地留在电池堆叠中。可以通过扯断来非常简单地分离这些电极区域。

这些电极区域可以彼此分开，其方式为，从拉伸网格结构切断这些电极区域。所述拉伸网格结构可以简单地切开，因为这些接片具有非常小的横截面。与扯断相比，通过所述切断可以减小颗粒发散。尤其是可以通过切割过程来实现受控制的颗粒发散。

该拉伸网格结构可以被切入到初始材料的至少一个未覆层的边缘区域中。所述初始材料可以两侧地各具有边缘区域。在边缘区域中并不布置活性材料。可以在边缘区域处夹紧初始材料，而并不在此妨碍用于加工该活性材料的进入。可以在边缘区域处保持电极区域并且从生产步骤到生产步骤地进行输送。

在结构化步骤中，还可以将分离穿孔切入到初始材料中。分离穿孔可以形成电极的未来轮廓。在分离时可以扯断所述分离穿孔，以便获得具有该轮廓的各个电极。分离穿孔可以由沿着该轮廓彼此相邻布置的切缝或孔组成。通过所述分离穿孔沿着该轮廓来使该初始材料变薄并且沿着所述分离穿孔来撕扯。

所述分离穿孔可以被切入到边缘区域中。该边缘区域可以至少部分地被扯断，以便获得所述电极。直至分离生产步骤为止，可以在使用该边缘的情况下输送这些电极区域。在所述分离之后，不再需要该边缘区域并且可以移除该边缘区域。

在已经在拉伸步骤中将电极区域拉伸开了之后，所述分离穿孔可以在结构化的子步骤中被切入到该初始材料中。该结构化步骤可以在多个子步骤中进行。在第一子步骤中，可以结构化拉伸网格结构。接下来，可以拉伸该拉伸网格结构。之后，可以在第二子步骤中结构化分离穿孔。因此，可以防止由于在拉伸时的力而将在分离穿孔处经变薄的初始材料扯断。于是，仅需要较小的力以用于从分离穿孔接下来输送至下一生产步骤。

分离穿孔可以形成电极的接触凸起部的轮廓。所述至少一个接触凸起部的轮廓可以因此符合需要地被设计。可以在设计所述接触凸起部时保持并不考虑对边缘区域的双重利用，即：用于从生产步骤到生产步骤的输送；以及作为用于接触凸起部的材料储备。也可以将这些轮廓布置在如下位置处，在这些位置处已经事先将用于拉伸所述拉伸网格结构的力引入到该边缘区域内。

在此提出的方案还创建一种设备，所述设备被构造用于，在相应的装置中执行、操控或实施在此提出的方法的变型的步骤。

该设备可以是一种电子设备，其具有：至少一个用于处理信号或数据的计算单元、至少一个用于存储信号或数据的存储单元和被嵌入到通信协议中的用于读入或输出数据的通信接口和/或至少一个接口。该计算单元可以例如是信号处理器，所谓的系统ASIC（英文：application specific integrated Circuit（专用集成电路））或者用于处理传感器信号和根据传感器信号来输出数据信号的微控制器。存储单元可以例如是闪存存储器、EPROM（英文：erasable programmable read only memory（可擦除可编程只读存储器））或者磁性存储单元。所述接口可以被构造为用于从传感器读入传感器信号的传感器接口和/或用于将输出数据信号和/或控制信号输出到执行器的执行器接口。该通信接口可以被构造用于，无线和/或有线读入或输出数据。这些接口也可以是例如在微控制器上除了其他软件模块以外还存在的软件模块。

有利的也可以是具有程序代码的计算机程序产品或计算机程序，其中该程序代码可以存储在机器可读的载体或存储介质、例如半导体存储器、硬盘存储器或光学存储器上并且被使用用于，尤其是在所述程序产品或程序在计算机或设备上被执行的情况下， 执行、实施和/或操控根据上述实施方式之一所述的方法的步骤。

要指出的是，本发明的可能的特征和优点其中的一些在此关于作为方法和设备的不同实施方式来予以描述。这些特征可以以适合的方式相结合、适配或交换，以便达成本发明的其他实施方式。

附图说明

接下来，参照所附的附图来描述本发明的实施方式，其中无论是附图还是说明书都不应理解为对本发明进行限制。

图1示出电池组电池的示意图；

图2a至2d示出根据一种实施例的用于流水线生产电池组电极的制造步骤的顺序；和

图3a至3b示出根据一种实施例的用于流水线生产电池组电极的补充制造步骤的顺序。

这些图仅仅是示意性的并且不是完全符合比例的。相同的附图标记在这些图中表示相同的或作用相同的特征。

具体实施方式

能够借助电池组来存储电能量。电池组将化学反应能量转换成电能量。在此情况下，区分一次电池组和二次电池组。一次电池组仅仅能一次性有效，而也称为蓄电池的二次电池组则是可再次充电的。电池组在此包括一个或多个电池组电池。

换言之，在蓄电池中尤其是应用到所谓的锂离子电池组电池。这些锂离子电池组电池尤其是以高能量密度、热稳定性和极其小的自放电而出众。锂离子电池组电池尤其是应用在机动车、尤其是电动车辆（Electric Vehicle，EV）、混合动力车辆（HybrideElectric Vehicle, HEV）以及插电式混合动力车辆（Plug-In-Hybride ElectricVehicle，PHEV）中。

锂离子电池组电池具有也称为阴极的正电极和也称为阳极的负电极。阴极以及阳极各自包括电极衬底或集流体，在其上施加活性材料。用于阴极的活性材料例如是金属氧化物。用于阳极的活性材料例如是石墨或硅。如果阳极具有原子锂，则其以高能量密度而出众，并且如果电解质实施为固体，则论及锂电池组或固体电池组或者post（后）锂离子技术。在此所提出的方案可以针对这两种技术来应用。

图1示出电池组电池100的示意图。电池组电池100是电池组的单个模块。电池组在此取决于电池组电池100的电池化学而可以是一次电池组或可再充电的二次电池。电池组电池100具有两个电极102和在这些电极102之间布置的隔板106，其中所述电极具有活性材料104。这些电极102之一作为阳极起作用。另一个电极102则作为阴极起作用。阳极和阴极的活性材料104是不同的。这两个电极102双面地以活性材料104来覆层。

为了构造电池组而将多个电极102上下堆叠。在此，阳极和阴极交替。阳极和阴极例如也是不同大的。在此，该阳极比阴极大。隔板106比阳极大。阳极和隔板106例如环绕阴极而突出。电极102在此是矩形的。这两个电极作为轮廓分别具有作为导电体的突出的接触凸起部102。接触凸起部108相邻地布置在电极102的窄侧上。

图2a至2d示出根据一种实施例的用于流水线生产电极102的制造步骤的顺序。这些电极102可以要么相应于图1中的阳极要么相应于图1中的阴极。这些电极102由带状的、至少部分以活性材料104来覆层的初始材料200来制造。活性材料104可以布置在初始材料200的两面，以便能够在电极102的每侧构造电池组电池。该带状初始材料200可以在已覆层的状态下从卷中展开。同样地，该带状初始材料200可以在此处示出的生产步骤之前以活性材料104覆层。该初始材料200是导电箔，尤其是金属箔。在此，该活性材料104以由两个未覆层的边缘区域202和203来围绕的条带的形式来施加到该初始材料200上。

在图2a中示出，如何对电极区域204中的活性材料104进行结构化。例如通过激光切割或机械切割来将穿过活性材料104和初始材料200的分离切口206引入。在此并不将边缘区域202割断，从而使各个电极区域204牢固地连接。分离切口206分别将两个相邻的电极区域204彼此分开。

在图2b中示出，如何基本上在分离切口206的延长线上以用于拉伸网格结构210的切口208来将边缘区域202结构化。这些切口208在此至少在基本上平行的两行中彼此侧向错位。在此，这些切口208在三行中彼此侧向错位地布置，以便作为拉伸网格结构210而产生交叉结构。在这些行之间产生接片212。通过切口208的错位而产生节点，这些节点将所述接片212连接。

在图2c中示出，如何将电极区域204拉伸开。这些拉伸网格210在此已被拉伸并且将边缘区域202加长。在拉伸所述拉伸网格结构210时，这些切口208已经被打开成网孔。在所述网孔之间的初始材料200的这些条带212已塑性持久变形。这些电极区域204在拉伸开之后通过永久的缝隙214彼此间隔开。在连贯的边缘区域202上可以将电极区域204可靠并且快速地从生产步骤到生产步骤地输送。

在图2d中示出，如何将电极区域204最终分离。在此，所述拉伸网格结构210是被扯断或割断的，以便将各个电极102分开。

在一种实施例中，在图2c中附加地以分离穿孔216来对边缘区域202和电极区域204之间的初始材料200结构化。在图2d中，在分离穿孔216处将拉伸网格结构210与边缘区域202扯断。其中另一个边缘区域203则构成用于电极102的电接触的接触凸起部108。

图3a至3b示出根据一种实施例的用于流水线生产电极102的补充制造步骤的顺序。所述电极102可以要么相应于图1中的阳极要么相应于图1中的阴极并且由带状的初始材料200来制造。

在图3a中示出，在将电极区域204拉伸开并且拉伸所述拉伸网格结构210之后以附加的分离穿孔216来对所述边缘区域203的初始材料200结构化。附加的分离穿孔216形成所述接触凸起部108的未来轮廓218。

在图3b中示出电极102的最终有效的轮廓218。在这两个边缘区域202、203中的所述分离穿孔216被扯断。通过将在分离穿孔216处的边缘区域202、203的多余的初始材料200扯断，也将这两个拉伸网格结构210移除。

换言之，图2和图3示出了通过充分利用电极衬底或集流体的塑性变形能力来将电池组电极从不间断地覆层的电极幅面分开的方法的流程。

在电极102和隔板的堆叠过程之前进行从连续或不间断地覆层的电极幅面分开，以便防止阳极和阴极的电短接并且符合根据电化学特性所得出的要求。

在此处提出的方案中，这两个电极102以及隔板作为片材完全连续地被加工。几何结构上更小的电极102、在此为阴极仅仅在活性材料104的区域内包括衬底在内地被完全切割。该衬底边缘以拉伸结构来部分地穿孔并且接下来用作用于输送片材的支撑性结构。

通过下游的拉伸过程，在活性材料104的区域内实现该片材的分开，而并不将该片材完全分开，其中在所述下游的拉伸过程中充分利用该衬底的塑性变形能力的特征。由此，对于接下来的过程而言实现该带材的连续加工。在进一步的堆叠过程之前，可以通过撕扯过程来分开该拉伸结构并且将该片材以这种方式分离。箔的可能不需要的结构可以在撕扯过程之前被穿孔，以便能够与该拉伸结构共同地被移除。

如果应该移除该拉伸结构的剩余部分和/或应该制造导电体小凸起部，则这同样能通过穿孔来实现。

在此处提出的方案中，可以在电极上将拉伸结构的剩余部分的典型特性留在衬底上。用于产生拉伸结构的生产过程和用于拉伸的过程迄今为止并没有在电池组生产中被使用。

最后，应指出，术语“具有…的”、“包括…的”等并不排除其他元件或步骤，并且术语“一个”并不排除多个。权利要求中的附图标记并不应视为限制。

Claims (11)

1.一种用于流水线生产用于电池组的电极（102）的方法，其特征在于，

提供带状的初始材料（200），在结构化步骤中将至少一个拉伸网格结构（210）和分离切口（206）切入所述初始材料（200）中，以便限定相邻的电极区域（204），其中使所述初始材料（200）在所述拉伸网格结构（210）的区域内部分地保持未切割，在拉伸步骤中将所述电极区域（204）拉伸开，以便拉伸所述拉伸网格结构（210），并且在分离步骤中将所述电极区域（204）在所述拉伸网格结构（210）处彼此分开，以便获得各个电极（102）。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述分离步骤中将所述电极区域（204）彼此分开，其方式为，扯断所述拉伸网格结构（210）。

3.根据权利要求1所述的方法，其中，在所述分离步骤中，将所述电极区域（204）彼此分开，其方式为，从所述拉伸网格结构（210）切断所述电极区域。

4.根据上述权利要求其中任意一项所述的方法，其中在所述结构化步骤中，在所述初始材料（200）的至少一个未覆层的边缘区域（202）中切割所述拉伸网格结构（210）。

5.根据上述权利要求其中任意一项所述的方法，其中在所述结构化步骤中，还将分离穿孔（216）切入到所述初始材料（200）中，其中所述分离穿孔（216）形成所述电极（102）的未来轮廓，其中在所述分离步骤中扯断所述分离穿孔（216），以便获得具有所述轮廓的各个电极（102）。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，在所述结构化步骤中，将所述分离穿孔（216）切入到所述初始材料（200）的未覆层的边缘区域（202、203）中，其中在所述分离步骤中将所述边缘区域（202、203）至少部分地扯断，以便获得所述电极（102）。

7.根据权利要求5至6其中任意一项所述的方法，其中，在已经在所述拉伸步骤中将所述电极区域（204）拉伸开了之后，在结构化的子步骤中，将所述分离穿孔（216）切入到所述初始材料（200）中。

8.根据权利要求5至7其中任意一项所述的方法，其中，在所述结构化步骤中所述分离穿孔（216）形成所述电极（102）的接触凸起部（108）的轮廓（218）。

9.一种设备，所述设备被构造用于在相应的装置中执行、实施和/或操控根据上述权利要求其中任意一项所述的方法。

10.一种计算机程序产品，所述计算机程序产品被设立用于，执行、实施和/或操控根据权利要求1至8其中任意一项所述的方法。

11.一种机器可读的存储介质，在所述机器可读的存储介质上存储根据权利要求10所述的计算机程序产品。

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