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Die vorliegende Erfindung betrifft eine spiralförmig gewickelte Elektrode, ein galvanisches Element mit mindestens einer solchen Elektrode und ein Verfahren zur Herstellung eines solchen galvanischen Elements.
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Der Begriff „Batterie” meinte ursprünglich mehrere in Serie geschaltete galvanische Zellen in einem Gehäuse. Heute werden jedoch auch einzelne galvanische Zellen häufig als Batterie bezeichnet. Bei der Entladung einer galvanischen Zelle findet eine energieliefernde chemische Reaktion statt, welche sich aus zwei elektrisch miteinander gekoppelten, aber räumlich voneinander getrennten Teilreaktionen zusammensetzt. An der negativen Elektrode werden in einem Oxidationsprozess Elektronen freigesetzt, resultierend in einem Elektronenstrom über einen äußeren Verbraucher zur positiven Elektrode, von der eine entsprechende Menge an Elektronen aufgenommen wird. An der positiven Elektrode findet also ein Reduktionsprozess statt. Zeitgleich kommt es zu einem der Elektrodenreaktion entsprechenden Ionenstrom innerhalb der Zelle. Dieser Ionenstrom wird durch einen ionisch leitenden Elektrolyten gewährleistet. In sekundären Zeilen und Batterien ist diese Entladereaktion reversibel. Es besteht also die Möglichkeit, die bei der Entladung erfolgte Umwandlung chemischer Energie in elektrische Energie umzukehren. Werden in diesem Zusammenhang die Begriffe Anode und Kathode benutzt, benennt man die Elektroden in der Regel entsprechend ihrer Entladefunktion. Die negative Elektrode ist in solchen Zellen also die Anode, die positive Elektrode die Kathode.
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Unter den bekannten sekundären Zellen und Batterien werden vergleichsweise hohe Energiedichten insbesondere von Lithium-Ionen-Batterien erreicht. Lithium-Ionen-Batterien enthalten in vielen Fällen einen Zellstapel (Stack), der aus mehreren Einzelzellen besteht. Auch Wickelzellen kommen häufig zum Einsatz. Sowohl bei den Wickelzellen als auch bei den Einzelzellen des Zellstapels handelt es sich in der Regel um einen Verbund aus Elektroden und Separatorfolien mit der Sequenz positive Elektrode/Separator/negative Elektrode. Die Elektroden umfassen dabei üblicherweise metallische Stromableiter sowie elektrochemisch aktive Komponenten und elektrochemisch inaktive Komponenten. In Wickelzellen liegen die Elektroden samt den dazugehörigen Stromableitern üblicherweise in spiralförmig gewickelter Form vor.
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Als elektrochemisch aktive Komponenten (oft auch als Aktivmaterialien bezeichnet) kommen für sekundäre Lithium-Ionen-Batterien sämtliche Materialien in Frage, die Lithium-Ionen aufnehmen und wieder abgeben können. Stand der Technik sind diesbezüglich für die negative Elektrode insbesondere Partikel auf Kohlenstoffbasis wie graphitischer Kohlenstoff oder zur Interkalation von Lithium befähigte nicht-graphitische Kohlenstoffmaterialien. Weiterhin können auch metallische und halbmetallische Materialien zum Einsatz kommen, die mit Lithium legierbar sind oder Komposite aus solchen Materialien mit beispielsweise kohlenstoffbasierten Materialien. Für die positive Elektrode kommen insbesondere Lithium-Metalloxid-Verbindungen und Lithium-Metallphosphat-Verbindungen wie LiCoO2 und LiFePO4 in Frage.
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Als elektrochemisch inaktive Komponenten sind an erster Stelle Elektrodenbinder und die erwähnten Stromableiter zu nennen. Über die Stromableiter werden Elektronen aus den Elektroden zu- oder abgeführt. Die Elektrodenbinder gewährleisten die mechanische Stabilität der Elektroden und sorgen für die Kontaktierung der Partikel aus elektrochemisch aktivem Material untereinander sowie zum Stromableiter.
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Zur Herstellung von Elektroden werden üblicherweise Pasten umfassend elektrochemisch aktive und inaktive Komponenten in Schichten auf elektrische Ableiter aufgebracht, getrocknet und in die gewünschte Passform gebracht. Üblicherweise werden sie gewalzt und gepresst sowie gegebenenfalls anschließend in Laminationsprozessen mit Separatoren und Gegenelektroden kombiniert. Zu Problemen kommt es dabei häufig bei der Herstellung von Wickelelektroden. Die Elektroden werden sind beim Wickeln vor allem bei kleinen Wickelradien enormen mechanischen Belastungen ausgesetzt. Damit einhergehend kommt es häufig zum Abblättern der Elektroden vom elektrischen Ableiter und somit zur Unbrauchbarkeit der Elektroden. Die Strombelastbarkeit einer gleichförmig dicken Elektrode ist, über die Wickellänge gesehen, zudem ungleichmäßig. Dies gilt insbesondere bei hohen Strömen sowie einer Kontaktierung des Wickels im Außenbereich und zunehmenden Widerstand zum Wickelkern hin. Letztendlich resultiert dies in einer ungleichmäßigen Alterung der Elektrode bzw. deren Komponenten.
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Der vorliegend beschriebenen Erfindung lag die Aufgabe zugrunde, Elektroden bereitzustellen, die sich besonders gut für Zellen mit spiralförmigem Aufbau eignen.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch die Elektrode mit den Merkmalen des Anspruchs 1. Auch das galvanische Element mit den Merkmalen des Anspruchs 8 sowie das Verfahren zur Herstellung eines galvanischen Elements nach Anspruch 6 sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Elektrode und des erfindungsgemäßen Verfahrens sind in den abhängigen Ansprüchen 2 bis 5 sowie 7 angegeben. Der Wortlaut sämtlicher Ansprüche wird hiermit durch Bezugnahme zum Inhalt dieser Beschreibung gemacht.
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Wie die Elektroden von aus dem Stand der Technik bekannten Elektrodenwickeln liegen auch erfindungsgemäße Elektroden in spiralförmig gewickelter Form vor und weisen einen spiralförmig gewickelten, bandförmigen Ableiter mit zwei Flachseiten und mindestens einer bandförmigen Schicht aus Elektrodenmaterial auf mindestens einer der Flachseiten auf. Im Gegensatz zu diesen zeichnen sich erfindungsgemäße Elektroden allerdings dadurch aus, dass die Dicke der bandförmigen Schicht aus Elektrodenmaterial in Längsrichtung variiert. Sie nimmt nämlich vom Wickelinneren ausgehend nach außen hin zu.
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Bei einem Band handelt es sich bekanntlich um einen flachen Gegenstand, dessen Länge seine Breite um ein Mehrfaches übersteigt und der dabei bevorzugt im Wesentlichen über seine gesamte Länge eine im Wesentlichen gleichmäßige Breite aufweist. Dies ist auch vorliegend der Fall. So liegt die Länge von im Rahmen der vorliegenden Erfindung einsetzbaren bandförmigen Ableitern in der Regel zwischen 10 cm und 1000 cm, ihre Breite liegt bevorzugt zwischen 0,2 cm und 60 cm. Gleiche oder ähnliche Dimensionen weist üblicherweise auch die mindestens eine bandförmige Schicht aus Elektrodenmaterial auf.
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Bei den erfindungsgemäßen Elektroden kann es sich grundsätzlich sowohl um positive als auch um negative Elektroden handeln. Geeignete Aktivmaterialien für positive und negative Elektroden von Lithium-Ionen-Batterien wurden bereits erwähnt. Die vorliegende Erfindung ist allerdings nicht auf lithiumbasierte elektrochemische Systeme beschränkt.
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Die Ableiter der erfindungsgemäßen Elektrode bestehen bevorzugt aus einem metallischen Werkstoff. Wenn es sich bei der erfindungsgemäßen Elektrode um die negative Elektrode einer Lithium-Ionen-Batterie handelt, so besteht der Ableiter bevorzugt aus Kupfer. Im Falle einer positiven Elektrode für eine Lithium-Ionen-Batterie ist als Werkstoff für den Ableiter Aluminium bevorzugt.
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Als bandförmiger Ableiter einer erfindungsgemäßen Elektrode kann beispielsweise eine Metallfolie dienen, ebenso können die Ableiter erfindungsgemäßer Elektroden aber auch netz- oder gitterartig ausgebildet sein.
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Besonders bevorzugt nimmt die Dicke der Schicht aus Elektrodenmaterial über ihre gesamte Länge zu, insbesondere mit im Wesentlichen konstanter Steigung. Das bedeutet, dass in bevorzugten Ausführungsformen die geringste Dicke der Schicht aus Elektrodenmaterial an einem, dem im Inneren des Elektrodenwickels befindlichen Längsende des Ableiters gemessen wird und die größte Dicke am anderen Ende. Grundsätzlich wäre es aber auch möglich, dass die Dicke der Schicht nur abschnittsweise, also nicht über die gesamte Länge der bandförmigen Elektrodenschicht, zunimmt. So ist es zum Beispiel denkbar, dass die Dicke ausgehend von dem im Inneren des Elektrodenwickels befindlichen Längsende des bandförmigen Abschnitts zunächst zunimmt und über einen zweiten Abschnitt, der sich direkt an den ersten Abschnitt anschließt, konstant bleibt. Dies wäre auch der Fall, wenn die Dicke der Schicht diskontinuierlich zunimmt, wie es beispielsweise bei einem treppenförmigen Anstieg der Fall wäre.
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In einigen besonders bevorzugten Ausführungsformen nimmt die Dicke der Schicht aus Elektrodenmaterial in einem Anfangsbereich ausgehend von dem im Inneren des Elektrodenwickels befindlichen Längsende des bandförmigen Abschnitts zunächst zu und nimmt in einem bis zum außenliegenden Längsende reichenden Endbereich dann wieder ab. Gegebenenfalls ist zwischen dem Anfangs- und dem Endbereich noch ein Mittelbereich angeordnet, in dem die Dicke der Elektrodenschicht konstant ist. Der Anfangsbereich kann sich über 5% bis 99%, bevorzugt über 25% und 95%, der Gesamtlänge des Ableiters erstrecken, der Endbereich über 1% bis 25%, bevorzugt über 1% bis 10%, der Mittelbereich über 5% bis 75%, bevorzugt über 10% bis 50%, wobei sich die Prozentzahlen der jeweils relevanten Bereiche auf 100% addieren.
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Die Dicke der Schicht ist in Querrichtung bevorzugt konstant. Gemessen wird sie bevorzugt senkrecht zu der oder den Flachseiten, auf denen sie aufgebracht ist. Bei einer bevorzugten Vorgehensweise zur exakten Bestimmung der Dicke werden die Elektroden einmal in Querrichtung zerschnitten und anschließend entlang der Schnittkante in zwei gleich lange Bereiche unterteilt, in deren Mitte jeweils die Messung der Elektrodendicke erfolgt. Die erhaltenen Werte werden anschließend gemittelt.
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In besonders bevorzugten Ausführungsformen sind beide Flachseiten des Ableiters einer erfindungsgemäßen Elektrode mit einer bandförmigen Schicht aus Elektrodenmaterial bedeckt. Dabei ist es durchaus möglich, dass eine der Flachseiten mit einer Schicht aus Elektrodenmaterial bedeckt ist, deren Dicke in Längsrichtung variiert, während die andere Flachseite mit einer Schicht aus Elektrodenmaterial bedeckt ist, deren Dicke in Längsrichtung konstant ist. Bevorzugt weisen jedoch beide Flachseiten des Ableiters jeweils eine Schicht aus Elektrodenmaterial mit einem Dickegradienten auf.
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Die Schichten des Elektrodenmaterials sind bevorzugt in Bezug auf eine durch den (nicht gewickelten) Ableiter verlaufende Ebene spiegelbildlich zueinander angeordnet. Dabei ist es bevorzugt, dass die Flachseiten des Ableiters im Wesentlichen vollständig von der Schicht aus Elektrodenmaterial bedeckt sind.
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Die Dicke des bandförmigen Ableiters liegt bevorzugt in einem Bereich zwischen 5 µm und 30 µm, insbesondere zwischen 7 µm und 20 µm.
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Die Mindestdicke der Schicht aus Elektrodenmaterial mit variierender Dicke liegt bevorzugt im Bereich zwischen 10 µm und 500 µm. Innerhalb dieses Bereiches sind Werte zwischen 30 µm und 200 µm weiter bevorzugt.
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Die maximale Dicke der Elektrodenschicht liegt bevorzugt im Bereich zwischen 30 µm und 3000 µm. Besonders bevorzugt sind innerhalb dieses Bereiches Werte zwischen 60 µm und 500 µm.
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Zwischen diesen Minimal- und Maximalwerten variiert die Dicke der Schicht aus Elektrodenmaterial, wie oben erwähnt, kontinuierlich oder diskontinuierlich.
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In diesem Zusammenhang sei explizit hervorgehoben, dass sich die Angaben zur Dicke der Schicht aus Elektrodenmaterial in der vorliegenden Anmeldung insbesondere auf gebrauchsfertige Elektroden beziehen, also insbesondere auf Elektroden, die kein Prozesslösungsmittel mehr enthalten und gegebenenfalls gewalzt und gepresst wurden.
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Herstellen lässt sich eine solche Elektrode, indem ein bevorzugt mit einem Prozesslösungsmittel versetztes Elektrodenmaterial, beispielsweise umfassend die eingangs genannten elektrochemisch aktiven und inaktiven Komponenten, auf eine oder auf beide Flachseiten eines Ableiters, wie er oben beschrieben wurde, aufgetragen und getrocknet wird. Der Ableiter kann beispielsweise als quasi-endloses Band bereitgestellt werden, welches eine Beschichtungseinrichtung durchläuft, in der ein Auftrag einer bandförmigen Schicht aus dem Elektrodenmaterial, z. B. mittels Rakeln, erfolgt. Das Aufbringen erfolgt dabei insbesondere mittels moderner Beschichtungseinrichtungen, bei denen der Auftrag des Elektrodenmaterials mikrometergenau gesteuert und insbesondere während des Beschichtungsverfahrens variiert werden kann, in welcher Dicke das Elektrodenmaterial aufgetragen wird. Nach dem Aufbringen des Elektrodenmaterials wird die resultierende Elektrode in der Regel getrocknet und gegebenenfalls den erwähnten fakultativen aber bevorzugten Walz- oder Pressschritten unterzogen.
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Erfindungsgemäß bevorzugt erfolgt das Aufbringen der Schicht aus Elektrodenmaterial insbesondere derart, dass die Dicke der Schicht in Längsrichtung zumindest abschnittsweise zunimmt.
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Insbesondere können dazu auf einen als quasi-endloses Band bereitgestellten Ableiter durch abgesetztes Beschichten sequentiell Bereiche mit variierender Sichtdicke aufgebracht werden, getrennt durch einen nicht beschichteten Bereich, wobei in jedem der Bereiche die Dicke in Längsrichtung zunimmt. Die Beschichtung des Ableiters erfolgt bevorzugt beidseitig.
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Der Ableiter mit der darauf befindlichen Schicht aus dem Elektrodenmaterial wird anschließend in Längsrichtung spiralförmig aufgerollt, beispielsweise mittels eines Wickeldorns, beginnend mit dem Ende des Ableiters, von dem aus die Dicke der Schicht ansteigt. Im resultierenden Wickel nimmt die Dicke der Elektrodenschicht entsprechend bevorzugt von innen nach außen hin zu bzw. nähert sich einem konstanten Wert an. Alternativ kann die Dicke zum äußeren Ende des Wickels entsprechend den oben beschriebenen bevorzugten Ausführungsformen auch wieder abnehmen.
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Es ist möglich, dass die Elektrode vor dem Schritt des spiralförmigen Aufwickelns mit einem oder mehreren Separatoren und einer oder mehreren entgegengesetzt gepolten Elektroden zu einem Elektroden-Separator-Verbund kombiniert wird, was beispielsweise über Lamination oder einen Beschichtungsvorgang erfolgen kann. Das spiralförmige Aufwickeln wird in diesem Fall nicht mit einer separat vorliegenden Elektrode vollzogen sondern mit dem erwähnten Elektroden-Separator-Verbund. Entsprechend ist auch die oben beschriebene erfindungsgemäße Elektrode in bevorzugten Ausführungsformen Bestandteil eines Elektroden-Separator-Verbundes.
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Geeignete Separatoren für Batterien (z. B. Folien, Polymer- oder druckbare Separatoren), insbesondere für Lithium-Ionen-Batterien, sind dem Fachmann bekannt und müssen im Rahmen der vorliegenden Anmeldung nicht näher erläutert werden. Eingesetzt werden können beispielsweise mikroporöse Polyethylenfolien.
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Auch ein galvanisches Element, das mindestens eine erfindungsgemäße Elektrode aufweist, ist Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Im einfachsten Fall handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen galvanischen Element um einen Elektroden-Separator-Verbund mit mindestens einer erfindungsgemäßen Elektrode. Besonders bevorzugt handelt es sich bei dem erfindungsgemäßen galvanischen Element um eine Lithium-Ionen-Batterie.
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Die Verwendung der beschriebenen Elektroden bietet, wie eingangs erwähnt, eine ganze Reihe von Vorteilen. Insbesondere die beim Wickeln der Elektroden auftretenden mechanischen Belastungen sind deutlich geringer als bei klassischen Elektroden mit in Längsrichtung konstanter Dicke. Dies gilt insbesondere bei kleinen Wickelradien. Grundsätzlich ist es möglich, Elektrodenwickel herzustellen, deren innere Wicklungen engere Wicklungsradien aufweisen, als dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Damit steigt natürlich auch die Kapazität der Elektroden eines erfindungsgemäßen galvanischen Elements. Die Elektroden weisen ein verbessertes Wickelverhalten auf und damit eine deutlich verbesserte Prozessierbarkeit. Dadurch wird es möglich auch bei kleinen Wickelradien im Mittel dickere Elektroden zu verwenden und damit die Energiedichte der Batterie in Summe zu erhöhen. Gradienten in der thermischen und elektrischen Leitfähigkeit werden darüber hinaus, über die Wickellänge gesehen, besser kompensiert, was zu erheblichen Vorteilen in Bezug auf Stabilität und Sicherheit der Zelle führt.
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Weiterhin schneiden erfindungsgemäße Elektroden bei Strombelastbarkeitstests besser ab als vergleichbare Elektroden aus dem Stand der Technik. Der kinetische Einfluss des zunehmenden elektrischen Widerstands zum Wickelkern hin wird durch eine abnehmende Elektrodendicke (zum Teil) kompensiert. Damit werden die Elektroden gleichförmiger belastet, wodurch neben der Leistung auch die Stabilität verbessert wird.
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Ein weiterer Vorteil ist eine bessere Kompensation des Gradienten in der thermischen Leitfähigkeit des Wickelverbundes ähnlich dem des elektrischen Widerstandes. Relativ zur Menge des Ableiters befindet sich im Wickelkern weniger Aktivmaterial, somit entsteht im Belastungs- bzw. Versagensfall weniger Wärme die zudem besser nach Außen abgeführt werden kann. Hierdurch werden sicherheitsrelevante Aspekte der Batterie verbessert (niedrigere Temperatur, bessere Temperaturableitung).
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Näher erläutert werden die erfindungsgemäßen Gegenstände und das erfindungsgemäße Verfahren anhand der Zeichnungen. Es sei an dieser Stelle explizit betont, dass sämtliche in der vorliegenden Anmeldung beschriebenen fakultativen Aspekte der erfindungsgemäßen Gegenstände oder des erfindungsgemäßen Verfahrens jeweils für sich allein oder in Kombination mit einem oder mehreren der weiteren beschriebenen fakultativen Aspekte bei einer Ausführungsform der Erfindung verwirklicht sein können. Die nachfolgende Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen dient lediglich zur Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung und ist in keiner Weise einschränkend zu verstehen.
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Figurenbeschreibung
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1 zeigt eine Elektrode für ein erfindungsgemäßes galvanisches Element in der Draufsicht (schematische Darstellung).
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1A zeigt den Längsschnitt der in 1 dargestellten Elektrode (schematische Darstellung).
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1B zeigt im Längsschnitt eine weitere Elektrode für ein erfindungsgemäßes galvanisches Element (schematische Darstellung).
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1C zeigt im Längsschnitt eine weitere Elektrode für ein erfindungsgemäßes galvanisches Element (schematische Darstellung).
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1D zeigt im Längsschnitt eine weitere Elektrode für ein erfindungsgemäßes galvanisches Element (schematische Darstellung).
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1E zeigt im Längsschnitt eine weitere Elektrode für ein erfindungsgemäßes galvanisches Element (schematische Darstellung).
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1F zeigt im Längsschnitt eine weitere Elektrode für ein erfindungsgemäßes galvanisches Element (schematische Darstellung).
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2A zeigt einen Längsschnitt eines Zwischenprodukts eines erfindungsgemäßen galvanischen Elements (schematische Darstellung).
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2B zeigt den Längsschnitt eines Zwischenprodukts einer weiteren Ausführungsform eines erfindungsgemäßen galvanischen Elements (schematische Darstellung).
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2C zeigt ein erfindungsgemäßes galvanisches Element in der Draufsicht (schematische Darstellung).
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In 1 ist eine Elektrode 100 für ein erfindungsgemäßes galvanisches Element dargestellt. Diese umfasst einen bandförmigen Ableiter 101. Dieser weist zwei Flachseiten auf. Auf der sichtbaren Flachseite befindet sich eine bandförmige Schicht aus Elektrodenmaterial 102. Die Dicke der Schicht 102 variiert dabei in Längsrichtung, also entlang der Achse A.
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Ein Schnitt durch die Elektrode 100 entlang der Achse A ist schematisch in 1A dargestellt. Auf dem Ableiter 101 ist neben der auf der einen Flachseite angeordneten Schicht aus Elektrodenmaterial 102 noch eine auf der in 1 nicht sichtbaren Flachseite angeordnete zweite Schicht aus Elektrodenmaterial 102' dargestellt. Sowohl die Schicht 102 als auch die Schicht 102' weisen entlang der Schnittachse A variierende Dicken auf. Die Dicke beider Elektrodenschichten 102 und 102' steigt kontinuierlich ausgehend von einem Ende 103 des Ableiters 101 in Richtung des anderen Endes 104 an.
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In 1B ist als alternative Ausführungsform 100' zu der in 1A dargestellten Elektrode 100 ein weiterer möglicher Schnitt entlang der Achse A abgebildet. Lediglich auf einer Flachseite des Ableiters 101 befindet sich hier eine Schicht aus Elektrodenmaterial 102 mit in Längsrichtung variierender Dicke. Auf der anderen Flachseite des Ableiters ist eine Schicht aus Elektrodenmaterial 104' mit in Längsrichtung konstanter Dicke dargestellt.
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In 1C ist als alternative Ausführungsform 100' zu der in 1A dargestellten Elektrode 100 ein weiterer möglicher Schnitt entlang der Achse A abgebildet. In dieser Konfiguration befindet sich auf beiden Flachseiten des Ableiters 101 eine Schicht aus Elektrodenmaterial 102 und 102' mit in Längsrichtung variierender Dicke und mit einer Mindestdicke an einem Längsende des Ableiters.
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In 1D ist als alternative Ausführungsform 100' zu der in 1A dargestellten Elektrode 100 ein weiterer möglicher Schnitt entlang der Achse A abgebildet. In dieser Konfiguration befindet sich auf beiden Flachseiten des Ableiters 101 eine Schicht aus Elektrodenmaterial 102 und 102' mit in Längsrichtung variierender Dicke. Im Randbereich nimmt die Schichtdicke jedoch ab.
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In 1E ist als alternative Ausführungsform 100' zu der in 1A dargestellten Elektrode 100 ein weiterer möglicher Schnitt entlang der Achse A abgebildet. In dieser Konfiguration befindet sich auf beiden Flachseiten des Ableiters 101 eine Schicht aus Elektrodenmaterial 102 und 102' mit in Längsrichtung variierender Dicke, die sich einem konstanten Wert annähert.
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In 1F ist als alternative Ausführungsform 100' zu der in 1A dargestellten Elektrode 100 ein weiterer möglicher Schnitt entlang der Achse A abgebildet. Bei dieser Konfiguration handelt es sich um eine Kombination aus den in 1C–E dargestellten Ausführungsformen. Die Dicke der Schichten aus Elektrodenmaterial 102 und 102' nimmt hier in einem Anfangsbereich ausgehend vom rechten Längsende des bandförmigen Abschnitts zunächst zu und nimmt in einem bis zum linken Längsende reichenden Endbereich wieder ab. Zwischen dem Anfangs- und dem Endbereich ist ein Mittelbereich angeordnet, in dem die Dicke der Elektrodenschicht konstant ist
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2A illustriert eine Ausführungsform eines Elektroden-Separator-Verbundes 200, der zur Herstellung eines erfindungsgemäßen galvanischen Elements dienen kann. Der Elektroden-Separatar-Verbund 200 umfasst dabei eine erste Elektrode (mit den Merkmalen der in 1A dargestellten Elektrode) bestehend aus dem Ableiter 201 und den auf den beiden Flachseiten angeordneten Schichten aus Elektrodenmaterial 202 und 202', eine zweite Elektrode (ebenfalls mit den Merkmalen der in 1A dargestellten Elektrode) bestehend aus dem Ableiter 203 und den auf den beiden Flachseiten angeordneten Schichten aus Elektrodenmaterial 204 und 204' und einen Separator 205, der zwischen der ersten und der zweiten Elektrode angeordnet ist. Die erste und die zweite Elektrode weisen dabei entgegengesetzte Polaritäten auf. Sie sind mit dem Separator 205 bevorzugt über Lamination verbunden. Die Dicke sämtlicher Elektrodenschichten 202, 202', 204 und 204' steigt kontinuierlich ausgehend von einem Ende der Ableiter 201 und 203 in Richtung des anderen Endes an.
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In 2B ist eine alternative Ausführungsform 200' zu dem in 2A dargestellten Elektroden-Separator-Verbund 200 dargestellt. Im Gegensatz zu diesem weist der in 2B dargestellte Verbund lediglich eine Elektrode (bestehend aus dem Ableiter 201 und den auf den beiden Flachseiten angeordneten Schichten aus Elektrodenmaterial 202 und 202') mit in Längsrichtung variierenden Elektrodendicken auf, diese ebenfalls mit den Merkmalen der in 1A dargestellten Elektrode. Die zweite Elektrode weist über ihre gesamte Länge im Wesentlichen gleich dicke Elektrodenschichten 206 und 206' auf.
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In 2C ist ein erfindungsgemäßes galvanisches Element 209 dargestellt, wie es durch spiralförmiges Aufwickeln eines Elektroden-Separator-Verbundes wie dem in 2A dargestellten produziert werden kann. Zu erkennen ist die erste Elektrode aus dem Ableiter 201 und den auf den beiden Flachseiten des Ableiters 201 angeordneten Schichten 202 und 202' aus Elektrodenmaterial und die entgegengesetzt gepolte zweite Elektrode bestehend aus dem Ableiter 203 und den auf den beiden Flachseiten des Ableiters 203 angeordneten Schichten aus Elektrodenmaterial 204 und 204'. Getrennt sind die beiden Elektroden durch die Separatoren 205 und 208, die die erste Elektrode beidseitig umschließen. Der Separator 208 verhindert einen Kurzschluß beim Wickeln. Sämtliche Elektrodenschichten 202, 202', 204 und 204' weisen eine in Längsrichtung variierende Dicke auf. Diese steigt ausgehend vom Inneren des Elektrodenwickels nach außen hin an.
