CN114981998A - 用于制造电极的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于制造电极的方法，所述电极特别是用于锂离子电池，所述方法包括以下步骤：对载体材料进行覆层；对载体材料进行加工以用于产生至少一个单片；在单片上调整电极的孔隙率。

Description

用于制造电极的方法

技术领域

本发明涉及一种用于制造用于蓄能器单体、特别是用于锂离子电池或者说锂离子蓄电池的电极的方法、一种电极、一种电极堆、一种蓄能器以及一种牵引电池。

背景技术

所述电极特别是单片电极，如所述单片电极在电极堆中所使用的那样。电极通过覆层的膜形成。在覆层并且干燥之后，(特别是为了调整孔隙率而)将电极(例如通过压延工艺)压缩、切割成目标宽度(例如利用辊式剪切机切割)并且然后在实施轮廓切割之后分离成单片并且可选地将所述电极堆叠。在压延时经常存在的问题是，在膜的所有区域中发生不期望的变形。特别是在载体膜的未被覆层的区域中由于力导入而产生例如褶皱，所述褶皱导致质量下降并且此外也使得对膜的进一步加工变得困难。因此，可能由于预损伤而在下游的过程步骤中、例如在裁切膜时形成裂缝、波纹等。借助于激光进行的膜切割也可能变得困难，因为不能正确地聚焦。为了应对这些问题，EP 2 296 209 A1提出对载体膜的未被覆层的区域进行加热。DE 10 2017 215 143 A1使用一种金属膜，当所述金属膜作为幅材在幅材平面内展开时，所述金属膜具有位于幅材平面内的弯曲。通过在进行压延时相应地施加压力又去除这种弯曲，其中，在最终材料中应当不存在上述的非期望的变形效应。然而，已知的方案在制造技术上是非常耗费并且成本高昂的。

发明内容

因此，本发明的任务是，给出一种用于制造电极的方法、一种电极、一种电极堆、一种蓄能器以及一种牵引电池，其不具有上述问题。

所述任务通过根据权利要求1的方法、通过根据权利要求11的电极、通过根据权利要求12的电极堆、通过根据权利要求14的蓄能器以及通过根据权利要求15的牵引电池来解决。其他优点和特征由从属权利要求以及说明书和附图得出。

根据本发明，用于制造电极、特别是复合材料电极、特别是用于蓄能器单体(例如锂离子单体)的电极的方法包括以下步骤：

-对载体材料进行覆层以用于制造或产生电极、特别是以覆层物质进行覆层；

-对载体材料进行加工以用于产生至少一个单片；

-在单片上调整电极的孔隙率。

因此，有利地改进传统的工艺链，根据所述工艺链首先将载体材料覆层，并且随后将所述载体材料压缩以用于调整孔隙率。在一侧上或在两侧上特别是以覆层物质对载体材料进行覆层。根据一种实施方式，所述覆层物质包括活性材料、电极粘合剂、导电炭黑(可选地为导电石墨)和载体溶剂。然而，在已经根据单体的面积裁切载体材料(例如以金属膜的形式的载体材料)之后，才对电极的孔隙率进行压缩或调整。所述载体材料特别是载体膜。根据电极是用于阳极还是阴极的电极来相应地选择载体膜的材料。在阳极的情况下，载体膜典型地是铜膜，在阴极的情况下，载体膜典型地是铝膜。优选的膜厚度在此根据单体设计而例如在6μm至25μm之间波动。优选地，铝膜是轧制的。优选地，铜膜是轧制的或电解地制造。载体膜不受限制，而是载体膜也可以是以任意几何结构的冲压膜或金属板网。将所述载体材料或者说载体膜在一侧上或在两侧上覆层。这例如以合适的覆层工具、如缝隙式喷嘴、刮板、网纹辊等来进行。备选地，载体材料也可以是塑料膜，所述塑料膜以合适的方式、例如以金属来覆层。通过调整在单片上的电极的孔隙率消除上述缺点或问题、如所提及的形成裂纹、褶皱等。

优选地，电极构造为用于锂离子单体的阴极或阳极。然而，上述的单体类型不是限制性的。备选的应用、例如用于锂-硫-单体的应用也是优选的。

根据一种实施方式，所述方法包括以下步骤：

-借助于热切割工艺或机械切割工艺通过切割或裁切进行加工。

优选的机械切割工艺尤其是剪裁、冲裁、颗粒切割或水射流切割。优选的热切割工艺例如是激光切割。根据一种实施方式，切割或裁切接近最终轮廓地进行。备选地，可以已经在所述步骤中产生、特别是精确地产生所期望的最终轮廓。

根据一种实施方式，所述载体材料构造为幅材状的或幅材状地存在。根据一种实施方式，条状地并且连续地或间断地对所述载体材料进行覆层。沿着载体材料的幅材方向也可以构造多个被覆层的条带。在间断地覆层的情况下，被覆层的面的尺寸优选精确地或基本上与单片的尺寸对应。

根据一种实施方式，所述方法包括以下步骤：

-沿着被覆层的区域对载体材料进行加工。

有利地，在该实施方式中不进行穿过覆层或者说覆层物质的切割，由此能够产生非常整洁的切割边缘。

根据一种实施方式，所述方法包括以下步骤：

-在对载体材料进行加工时成型导体区域。

符合目的地，将单片与导体区域一起成型。有利地，这个步骤可以这样实施，使得导体区域不具有覆层。备选地，也可以后续地去除必要时存在的覆层。

根据一种实施方式，所述方法包括以下步骤：

-在调整孔隙率之后成型导体区域。

在该实施方式中例如这样裁切单片，使得在边缘有一个或两个未被覆层的区域、特别是条带保持裸露。这可以在对单片的处理方面是有利的，因为这些区域(除了导体区域之外)在之后被去除。因此在这里，机械的装置、例如机器人等可以容易地以抓取器附接。在此，未被覆层的区域有利地这样窄地构造，使得在之后调整孔隙度、例如借助于压延来调整孔隙度时不出现问题。

根据一种实施方式，所述方法包括以下步骤：

-通过压紧和/或轧制来调整孔隙率。

在压紧时，压力垂直地或基本垂直地或者说沿法向方向在一侧上或在两侧上施加到单片上。为此可以使用相应的压制机或压制冲头。有利地，可以由此实现非常经济的加工。根据一种实施方式，在压延机中进行轧制。

根据一种实施方式，所述方法包括以下步骤：

-沿着不同的轧制方向进行轧制。

所述轧制可以例如在压延机中进行。因为不涉及传统的卷对卷(Roll-to-Roll)工艺，所以不会通过拉力而对电极或者说单片产生机械应力。由此，单片或未被覆层的区域破裂的风险在一定程度上被消除。根据一种实施方式，至少一个压延辊被加热，以便简化压缩。

由此可以特别有利地实现电极的更高的压紧，并且由此获得更高的电极密度。因此，以这种电极可以实现更高的功率和更高的能量密度。

在此特别有利的是，也可以沿着不同的轧制方向进行轧制或将不同的压缩工艺组合，例如首先以压制工具进行压缩并且随后借助于轧制在压延机中进行压缩。在此，前述的轧制方向可以例如相互垂直或基本上相互垂直，以便补偿可能的变形。

根据一种实施方式，所述方法包括以下步骤：

-借助于吸力抓取器来移动或运输单片。

吸力抓取器可以用于运走和供给未被覆层的单片和已被覆层的单片，所述单片可以例如中间存储在储仓中，所述运走和供给也可以利用机器人来自动化。

根据一种实施方式，所述方法包括以下步骤：

-借助于运输膜来移动或运输单片。

根据一种实施方式，在聚酯膜上引导和定位所述单片，根据一种实施方式，所述单片在两片聚酯膜之间也特别是被保护，特别是在机械和热学方面被保护。

根据一种实施方式，所述方法包括以下步骤：

-以选自以下工艺中的一个工艺来对单片进行覆层：层压、粘接、胶合、挤压、干覆层、湿覆层、直接湿覆层等。

在覆层之后一般进行干燥过程。在此在湿覆层的情况下将所谓的载体溶剂(例如水)除去。一般，随后进行真空干燥，在真空干燥中减少在电极中的残留湿度。

根据一种实施方式，所述方法包括以下步骤：

-在调整孔隙率之后对单片进行再切割。

根据一种实施方式，在该步骤中制造单片的最终形状，换句话说，制造所述单片的最终轮廓。如已经表明的那样，所述方法步骤也可以这样构造，使得在此一起构造导体区域。为了进行切割，优选使用已经提及的机械切割工艺和/或热切割工艺。

本发明还涉及一种电极、特别是复合材料电极，所述电极特别是用于蓄能器单体、锂离子电池或者说锂离子蓄电池，所述电极包括具有单片尺寸的载体材料，并且其中，所述载体材料具有未经压缩的覆层。特别是涉及未压缩的单片电极。所述电极优选不具有未被覆层的区域或仅具有非常小的未被覆层的区域。由此，不再存在电极或在载体材料上的未被覆层的部位破裂的风险，并且能够实现对电极的更高的压紧并因此获得更高的电极密度。已经表明，这种电极可以非常良好地被进一步加工。

本发明还涉及一种电极堆，所述电极堆包括多个堆叠状地设置的按照根据本发明的方法制造的电极、阴极和阳极。为了批量生产电极堆，将电极与隔板一起使用。可以对于单片批量制造和应用所有已知的隔板。

根据一种实施方式，所述电极堆构造为单片堆。备选地，所述电极堆构造为双单体堆(Bizellenstapel)。

此外，本发明涉及一种蓄能器，所述蓄能器包括根据本发明的电极堆。根据一种实施方式，所述蓄能器是锂离子单体或锂-硫-单体。

根据一种实施方式，所述蓄能器包括硬的单体壳体，所述单体壳体特别是具有棱柱形的形状。备选地，所述蓄能器可以构造为袋式包装或软包装，其中，在这里涉及由高精度的铝复合膜构成的软的包装。备选的电池壳体形状也是可行的。原则上，电极的堆叠能够实现对有棱角的、特别是立方体的或长方体的电池壳体的极其高的利用，特别是参见前面提到的棱柱形的电池壳体。

此外，本发明涉及一种牵引电池，所述牵引电池包括至少一个根据本发明的蓄能器。优选地，所述牵引电池设计成用于在机动车、如乘用车、摩托车亦或商用车中使用。

附图说明

其他优点和特征由以下参照附图对方法的实施方式的描述得出。不同的特征在此可以在本发明的范畴内相互组合。

图中：

图1以示意图示出根据本发明的用于制造电极的方法流程的一种实施方式；

图2以示意图示出根据本发明的方法的一种实施方式的备选的方法流程的示意图。

具体实施方式

图1在左侧示出载体材料或者说载体膜10的两种实施方式，所述载体材料或者说载体膜沿着幅材方向B延伸。上部的变型方案带状地覆层，参见附图标记22，下部的变型方案带状地并且沿着幅材方向B间断地覆层。未被覆层的区域以附图标记26表示。还没有进行压缩，也就是说还没有调整电极的孔隙率。符合目的地，由这种载体材料10制造单片，参见附图标记20。在这里所示的实施方式中，导体区域24在此被自动地一起构造。对电极的孔隙率的调整或者说压缩或压紧在随后的步骤中才进行、也就是说有利地直接在单片20上进行。附图标记W1和W2示例性地表示两个轧制方向。沿着不同方向的压缩提高过程稳定性，因为能够尽可能好地补偿可能的变形。在压紧或压缩电极之后，在最后的步骤中必要时将单片20再切割成最终轮廓。根据实施方式，也可以取消这个步骤。在导体区域24被覆层的情况下，也可以后续地将所述导体区域裸露出来。

图2示出用于制造电极的方法的一种备选的实施方式，其中，主要步骤由图1已知。一个决定性的区别在于，这里在由载体膜10制造单片20时不是已经一起产生导体区域24。代替地，在最后的加工步骤中才产生导体区域24。单片20首先具有带状的未被覆层的区域26。所述区域能有利地用于在过程中更好地处理单片20。在此，未被覆层的区域26这样小地设计尺寸，使得在压紧、压缩或压延时不出现褶皱、裂纹等。

附图标记列表

10 载体材料、载体膜

20 单片

22 覆层、覆层物质

24 导体区域

26 未被覆层的区域

W1 第一轧制方向

W2 第二轧制方向

B 幅材方向

Claims (15)

1.一种用于制造电极的方法，所述电极用于蓄能器单体，所述方法包括以下步骤：

-对载体材料(10)进行覆层；

-对载体材料进行加工以用于产生至少一个单片(20)；

-在单片(20)上调整电极的孔隙率。

2.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括以下步骤：

-借助于热切割工艺或机械切割工艺通过切割或裁切进行加工。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述载体材料(10)仅局部地覆层，所述方法包括以下步骤：

-沿着被覆层的区域对载体材料(10)进行加工。

4.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：

-在对载体材料(10)进行加工时成型导体区域(24)。

5.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：

-在调整孔隙率之后成型导体区域(24)。

6.根据权前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：

-通过压紧和/或轧制来调整孔隙率。

7.根据权利要求6所述的方法，所述方法包括以下步骤：

-沿着不同的方向(W1、W2)进行轧制。

8.根据权前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：

-借助于吸力抓取器来移动单片(20)。

9.根据权前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：

-借助于运输膜来移动或运输单片(20)。

10.根据权前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：

-在调整孔隙率之后对单片(20)进行再切割。

11.根据权前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括以下步骤：

-以如下工艺来对单片(20)进行覆层，所述工艺选自以下工艺中的至少一个工艺：层压、粘接、胶合、挤压、干覆层、湿覆层、直接湿覆层。

12.一种电极，所述电极包括具有单片尺寸的载体材料(10)，并且所述载体材料(10)具有未经压缩的覆层。

13.一种电极堆，所述电极堆包括多个堆叠状地设置的电极，所述电极根据权利要求1至11中任一项所述的方法制造。

14.一种蓄能器，所述蓄能器包括根据权利要求13所述的电极堆。

15.一种牵引电池，所述牵引电池包括至少一个根据权利要求14所述的蓄能器。

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