DE102010012714A1 - Method for cleaning and drying film, particularly electrode film or separator film for manufacturing battery cells, involves treating surface of film by plasma cleaning or laser cleaning - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Reinigen und Trocknen einer Folie, insbesondere einer Elektrodenfolie und/oder einer Separatorfolie für die Herstellung von Batteriezellen. Desweiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Herstellen von Batteriezellen. Die Erfindung betrifft außerdem die Verwendung einer oberflächlich behandelten Elektrodenfolie und/oder Separatorfolie zum Herstellen einer Batteriezelle.The present invention relates to a method for cleaning and drying a film, in particular an electrode film and / or a separator film for the production of battery cells. Furthermore, the invention relates to a method for producing battery cells. The invention also relates to the use of a surface-treated electrode film and / or separator film for producing a battery cell.
In vielen Bereichen der Technik ist es für die Herstellung von Produkten erforderlich, trockene Rohstoffe, also Rohstoffe mit einem niedrigen Wassergehalt zu verwenden. Beispielsweise müssen bei der Herstellung von Batteriezellen, insbesondere von Lithium-Ionen-Zellen alle zu verbauenden Materialien hohen Anforderungen an ihren niedrigen Restfeuchtegehalt erfüllen. Die davon betroffenen Materialien sind insbesondere die Aktivmaterialien zum Herstellen der Anoden sowie die Aktivmaterialien zum Herstellen der Kathoden sowie ein Separator, der zwischen den Elektroden zum Einsatz kommt. Ebenso können weitere Hilfsmaterialien zum Einsatz kommen. Alle Bestandteile müssen einen maximalen Grenzwert für den Wassergehalt unterschreiten. Andernfalls sind die projektierte Leistungsfähigkeit und Haltbarkeit der jeweiligen elektrochemischen Zelle nicht gewährleistet.In many fields of technology, it is necessary for the manufacture of products to use dry raw materials, ie raw materials with a low water content. For example, in the production of battery cells, in particular of lithium-ion cells, all materials to be installed must meet high requirements for their low residual moisture content. The materials concerned are in particular the active materials for producing the anodes as well as the active materials for producing the cathodes and a separator which is used between the electrodes. Likewise, other auxiliary materials can be used. All components must fall below a maximum limit for the water content. Otherwise, the projected performance and durability of the respective electrochemical cell are not guaranteed.
Zusätzlich oder alternativ kann es bei der Herstellung von Produkten in vielen Bereichen erforderlich sein, einen hohen Grad an Reinheit zu gewährleisten. Dementsprechend ist es vielfach erforderlich, die für die Produktion vorgesehenen Rohstoffe vor ihrer Verarbeitung zu reinigen. Dies gilt bspw. auch für die Rohstoffe, die bei der Herstellung von Batteriezellen zum Einsatz kommen.Additionally or alternatively, in the manufacture of products in many areas, it may be necessary to ensure a high degree of purity. Accordingly, it is often necessary to purify the raw materials intended for production before processing them. This also applies, for example, to the raw materials used in the manufacture of battery cells.
Aus den vorstehenden Gründen findet bspw. die Herstellung von elektrochemischen Zellen, also von Batteriezellen in Trockenräumen bzw. in Reinräumen statt, in denen eine besonders niedrige Luftfeuchtigkeit bzw. Verunreinigung herrscht. Problematisch ist jedoch, dass die verwendeten Rohstoffe, also die zuvor genannten Materialien unterschiedliche bzw. variierende Vorgeschichten hinsichtlich Lagerungszeiten und Lagerungsbedingungen aufweisen, wobei auch unterschiedliches Diffusionsverhalten durch Verpackungen, Einschweißfolien und dergleichen hindurch zu einem variierenden Wassergehalt bzw. Verschmutzungsgrad führen kann.For the above reasons, for example, the production of electrochemical cells, ie of battery cells in dry rooms or in clean rooms, in which a particularly low humidity or contamination prevails. The problem, however, is that the raw materials used, ie the aforementioned materials have different or varying histories in terms of storage times and storage conditions, with different diffusion behavior through packaging, weld-in films and the like can lead to a varying water content or degree of contamination.
Die beim Herstellen von Batteriezellen verwendeten Materialien sind größtenteils hygroskopisch. Besonders kritisch für das Einbringen von Wasser in die Batteriezelle ist neben den Elektroden der Separator. Hierbei kann es sich um ein poröses Material aus verschiedenen Kunststoffen handeln, wie z. Bsp. PP und PE, das einlagig oder mehrlagig hergestellt sein kann und optional auch mit Keramikpartikeln beschichtet sein kann. Typische Materialstärken liegen bspw. zwischen 10 μm bis 30 μm. Dementsprechend wird das Separatormaterial zweckmäßig in Form einer Folie bereitgestellt, die z. Bsp. als quasi endlose Rollenware geliefert wird. Desweiteren ist es bei der Herstellung von Batteriezellen – je nach Batterietyp – möglich, auch die Elektroden in Form von Folien bereitzustellen. Beispielsweise kommen Elektrodenfolien und Separatorfolien bei einer Stack-Bauweise, bei einer Pouch-Bauweise oder auch bei einer zylindrischen Bauweise für Batteriezellen zum Einsatz.The materials used in making battery cells are largely hygroscopic. Particularly critical for the introduction of water into the battery cell is the separator in addition to the electrodes. This may be a porous material made of various plastics, such. For example, PP and PE, which can be produced in one or more layers and optionally can also be coated with ceramic particles. Typical material thicknesses are, for example, between 10 .mu.m and 30 .mu.m. Accordingly, the separator material is expediently provided in the form of a film, the z. Eg is delivered as quasi endless roll goods. Furthermore, it is in the production of battery cells - depending on the type of battery - possible to provide the electrodes in the form of films. For example, electrode films and separator films are used in a stacked construction, in a pouch construction or even in a cylindrical construction for battery cells.
Bei einer Rolle mit derartiger Kunststofffolie ergibt sich zusätzlich die Schwierigkeit, dass sich die äußeren Windungen der Rolle sowie die Randbereiche, also die Stirnseiten der Rolle bezüglich Verschmutzung und Wassergehalt von den innenliegenden Windungen bzw. von den innenliegenden Bereichen unterscheiden. Dies kann bspw. auf Diffusionsvorgänge zurückgeführt werden.In the case of a roll with such a plastic film, the additional difficulty arises that the outer turns of the roll as well as the edge regions, that is to say the end faces of the roll with regard to contamination and water content, differ from the inner turns or from the inner regions. This can, for example, be attributed to diffusion processes.
Die vorliegende Erfindung beschäftigt sich mit dem Problem, für die Trocknung und/oder für die Reinigung einer Folie bzw. für die Herstellung von Batteriezellen eine verbesserte Ausführungsform anzugeben, die sich insbesondere durch eine erhöhte Effektivität auszeichnet. Ferner soll vorgesehen sein, dass sich das Reinigen bzw. Trocknen in einen Herstellungsprozess einfach integrieren lässt.The present invention is concerned with the problem of providing for the drying and / or cleaning of a film or for the production of battery cells an improved embodiment, which is characterized in particular by an increased efficiency. Furthermore, it should be provided that the cleaning or drying can be easily integrated into a manufacturing process.
Dieses Problem wird erfindungsgemäß durch die Gegenstände der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.This problem is solved according to the invention by the subject matters of the independent claims. Advantageous embodiments are the subject of the dependent claims.
Die Erfindung beruht auf dem allgemeinen Gedanken, die jeweilige Folie oberflächlich mittels Plasmareinigung oder Laserreinigung zu behandeln. Es hat sich gezeigt, dass ein Plasmareinigungsverfahren ebenso wie ein Laserreinigungsverfahren mit hoher Effizienz arbeitet und sich unmittelbar in den Produktionsprozess, quasi online, integrieren lässt. Hierdurch ist es insbesondere möglich, die Reinigung der Folien unmittelbar vor deren Verarbeitung durchzuführen, wodurch die Gefahr einer erneuten Verschmutzung bzw. Anfeuchtung erheblich reduziert werden kann.The invention is based on the general idea of treating the respective film superficially by means of plasma cleaning or laser cleaning. It has been shown that a plasma cleaning process as well as a laser cleaning process works with high efficiency and can be integrated directly into the production process, quasi online. This makes it possible in particular to carry out the cleaning of the films immediately before their processing, whereby the risk of renewed contamination or moistening can be significantly reduced.
Beim Plasmareinigen und beim Laserreinigen lassen sich die Parameter so einstellen, dass der Werkstoff der zu reinigenden bzw. zu trocknenden Folie nicht beeinträchtigt wird, während alle Fremdstoffe, wie Verunreinigungen, Kondensat und dergleichen, mit einem hohen Energieniveau beaufschlagt werden. Die hohe Energie zerstört die Strukturen der Verunreinigungen und löst sie von der Oberfläche der Folie. Dadurch können die zerstörten Verunreinigungen leicht von der Oberfläche entfernt werden, z. Bsp. durch einen Gasstrom bzw. durch eine Absaugung. Zweckmäßig wird das Energieniveau des verwendeten Plasmastrahls bzw. Laserstrahls so hoch gewählt, dass die zu entfernenden Verunreinigungen verdampfen.In plasma cleaning and laser cleaning, the parameters can be adjusted so that the material of the film to be cleaned or dried is not impaired, while all foreign substances, such as impurities, condensate and the like, are subjected to a high energy level. The high energy destroys the structures of the impurities and dissolves them from the surface of the film. This allows the destroyed contaminants to be easily removed from the surface, e.g. For example, by a gas flow or by a suction. Suitably, the energy level of the plasma jet or laser beam used is selected to be so high that the impurities to be removed evaporate.
Besonders vorteilhaft ist beim Laserreinigen und beim Plasmareinigen, dass keine Zusatzstoffe verwendet werden müssen, die bei anderen Reinigungsverfahren erforderlich sind und regelmäßig flüssig sind. Insoweit kann das Plasmareinigen ebenso wie das Laserreinigen „trocken” durchgeführt werden. Diese Trockenreinigung ist dabei umweltschonend. Darüber hinaus kann auf eine Nachbehandlung zum Entfernen von Zusatzstoffen verzichtet werden.It is particularly advantageous in laser cleaning and plasma cleaning that no additives must be used which are required in other cleaning processes and are regularly liquid. In that regard, plasma cleaning as well as laser cleaning can be done "dry". This dry cleaning is environmentally friendly. In addition, can be dispensed with a post-treatment for the removal of additives.
Zum Reinigen und Trocknen einer Folie schlägt die Erfindung somit vor, zumindest eine Oberfläche der Folie, vorzugsweise beide voneinander abgewandten Oberflächen der Folie, mittels Plasmareinigung oder Laserreinigung zu behandeln. Bei der oberflächlich behandelten Folie kann es sich insbesondere um eine Elektrodenfolie oder um eine Separatorfolie handeln, die bei der Herstellung von Batteriezellen verwendet werden. Die Folie kann insbesondere eine Kunststofffolie sein und/oder als beschichtete Folie ausgestaltet sein.For cleaning and drying a film, the invention thus proposes treating at least one surface of the film, preferably both surfaces of the film facing away from one another, by means of plasma cleaning or laser cleaning. The superficially treated film may in particular be an electrode film or a separator film used in the manufacture of battery cells. The film may in particular be a plastic film and / or be configured as a coated film.
Für die Herstellung von Batteriezellen, die zumindest zwei Elektrodenfolien und eine dazwischen angeordnete Separatorfolie aufweisen, kann vorgesehen sein, zumindest eine dieser Folien vor dem Zusammenführen mit den anderen Folien oberflächlich mittels Plasmareinigung oder Laserreinigung zu behandeln. Zweckmäßig werden alle miteinander zu kontaktierenden Oberflächen mittels Plasmareinigung oder Laserreinigung behandelt.For the production of battery cells which have at least two electrode films and a separator film arranged therebetween, it may be provided to treat at least one of these films on the surface by means of plasma cleaning or laser cleaning before being brought into contact with the other films. Suitably, all surfaces to be contacted with each other are treated by plasma cleaning or laser cleaning.
Besonders vorteilhaft ist es dabei, die Behandlung der jeweiligen Folie mittels Plasmareinigung oder Laserreinigung unmittelbar vor dem Zusammenführen der Folien durchzuführen. Die Gefahr einer erneuten Verunreinigung ist dadurch erheblich reduziert.It is particularly advantageous to carry out the treatment of the respective film by means of plasma cleaning or laser cleaning immediately before the films are brought together. The risk of re-contamination is thereby significantly reduced.
Bei der Herstellung der Batteriezellen können die Elektrodenfolien und die Separatorfolie zu einem Stack, zu einem Pouch oder zu einer zylindrischen Zelle zusammengeführt werden.In the manufacture of the battery cells, the electrode films and the separator film can be combined to form a stack, a pouch or a cylindrical cell.
Schließlich wird erfindungsgemäß noch vorgeschlagen, oberflächlich mittels Plasmareinigung oder Laserreinigung behandelte Elektrodenfolien und/oder Separatorfolien zum Herstellen von Batteriezellen zu verwenden.Finally, according to the invention, it is also proposed to use electrode films and / or separator foils which have been treated superficially by means of plasma cleaning or laser cleaning for the production of battery cells.
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Cited By (3)
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2010
- 2010-03-25 DE DE102010012714A patent/DE102010012714A1/en not_active Withdrawn
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