DE102011115495A1 - Method and system for producing an electrochemical cell and battery having a number of said electrochemical cells - Google Patents
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Abstract
Ein Verfahren zur Herstellung elektrochemischer Zellen (1) für eine Batterie weist die Schritte auf: (S2) Zuführen eines Vorproduktes der elektrochemischen Zelle (1) an eine Befüllungsvorrichtung (11), (S3) Befüllen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle (1) mit einem Elektrolyten, (S4) Zuführen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle (1) an eine Anladevorrichtung (13), (S5) Durchführen eines erstes Anladens des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle (1), (S10) Zuführen eines Vorproduktes der elektrochemischen Zelle (1) an eine Walzvorrichtung (17), (S11) Walzen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle (1) mit mindestens einer, vorzugsweise zwei rollierenden Walzen (18, 19), (S12) Zuführen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle (1) an eine Messvorrichtung (21), (S13) Erfassen von Parameterdaten (DPar.) des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle (1) zur Bestimmung mindestens einer nachfolgenden Behandlung des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle (1), (S14) Übermitteln der Parameterdaten (DPar.) an eine Steuereinheit (22), (S15) Zuweisen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle (1) zu den Parameterdaten (DPar.), vorzugsweise Abspeichern der Parameterdaten (DPar.) zu dem Vorprodukt der elektrochemischen Zelle (1), (S16) Bestimmen mittels der Steuereinheit (22), ob für das den Parameterdaten zugewiesene Vorprodukt der elektrochemische Zelle (1) eine vorbestimmte Beziehung der Parameterdaten (DPar.) in Bezug auf vorbestimmte Parameterwerte (WPar., WPar.1, WPar.2, WPar.3, WPar.4, WPart.5) vorliegt, (S17a) Durchführen einer ersten vorbestimmten Behandlung des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle (1), wenn ein Vorliegen der vorbestimmten Beziehung der Parameterdaten (DPar.) in Bezug auf die vorbestimmten (WPar., WPar.1, WPar.2, WPar.3, WPar.4, WPart.5) bestimmt worden ist, und vorzugsweise (S17b) Durchführen einer zweiten vorbestimmten Behandlung des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle (1), wenn ein Nicht-Vorliegen der vorbestimmten Beziehung der Parameterdaten (DPar.) in Bezug auf die vorbestimmten Parameterwerte (WPar., WPar.1, WPar.2, WPar.3, WPar.4, WPart.5) bestimmt worden ist.A method for producing electrochemical cells (1) for a battery comprises the steps of: (S2) feeding a preliminary product of the electrochemical cell (1) to a filling device (11), (S3) filling the preliminary product of the electrochemical cell (1) with a Electrolytes, (S4) supplying the preliminary product of the electrochemical cell (1) to a charging device (13), (S5) performing a first charging of the precursor of the electrochemical cell (1), (S10) supplying a precursor of the electrochemical cell (1) a rolling device (17), (S11) rolling the precursor of the electrochemical cell (1) with at least one, preferably two rolling rollers (18, 19), (S12) feeding the precursor of the electrochemical cell (1) to a measuring device (21) , (S13) acquiring parameter data (DPar.) Of the precursor of the electrochemical cell (1) for determining at least one subsequent treatment of the precursor of the electrochemical cell (1), (S14) transmitting the parameter data (DPar.) To a control unit (22), (S15) assigning the precursor of the electrochemical cell (1) to the parameter data (DPar.), Preferably storing the parameter data (DPar.) To the preliminary product of the electrochemical cell Cell (1), (S16) determining, by means of the control unit (22), whether the electrochemical cell precursor (1) assigned to the parameter data has a predetermined relationship of the parameter data (DPar.) With respect to predetermined parameter values (WPar., WPar.1 , WPar.2, WPar.3, WPar.4, WPart.5), (S17a) performing a first predetermined treatment of the precursor of the electrochemical cell (1) when the presence of the predetermined relationship of the parameter data (DPar.) With respect has been determined to be predetermined (WPar., WPar.1, WPar.2, WPar.3, WPar.4, WPart.5), and preferably (S17b) performing a second predetermined treatment of the precursor of the electrochemical cell (1), if a non-existence of the v or determined relationship of the parameter data (DPar.) with respect to the predetermined parameter values (WPar., WPar.1, WPar.2, WPar.3, WPar.4, WPart.5) has been determined.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle sowie eine Batterie mit einer Anzahl nach diesem Verfahren hergestellten elektrochemischen Zellen.The invention relates to a method and a system for producing an electrochemical cell and to a battery having a number of electrochemical cells produced by this method.
Elektrochemische Energiespeicher, im Folgenden auch als elektrochemische oder galvanische Zellen bezeichnet, werden häufig in der Form stapelbarer Einheiten hergestellt, aus denen durch Zusammenfassung einer Mehrzahl solcher Zellen Batterien für verschiedene Anwendungen, insbesondere für einen Einsatz in elektrisch betriebenen Kraftfahrzeugen hergestellt werden können. Die Erfindung wird in Bezug auf den Einsatz in einem Kraftfahrzeug beschreiben, wobei allerdings darauf hinzuweisen ist, dass ein derartiges Verfahren und eine entsprechend ausgestaltete elektrochemische Zelle auch unabhängig von Kraftfahrzeugen z. B. in einem stationären Einsatz betrieben werden kann.Electrochemical energy stores, also referred to below as electrochemical or galvanic cells, are often produced in the form of stackable units, from which by combining a plurality of such cells batteries for different applications, in particular for use in electrically powered vehicles can be produced. The invention will be described in relation to the use in a motor vehicle, although it should be noted that such a method and a correspondingly designed electrochemical cell, regardless of motor vehicles z. B. can be operated in a stationary operation.
Aus dem Stand der Technik sind verschiedene Verfahren und Systeme zur Herstellung einer elektrochemischen Zelle, entsprechende elektrochemische Zellen und Batterien mit einer Anzahl elektrochemischer Zellen bekannt.Various methods and systems for producing an electrochemical cell, corresponding electrochemical cells and batteries with a number of electrochemical cells are known from the prior art.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Verfahren und ein verbessertes System zur Herstellung elektrochemischer Zellen sowie eine Batterie mit einer Anzahl entsprechend hergestellter elektrochemischer Zellen bereitzustellen.The present invention has for its object to provide an improved method and an improved system for producing electrochemical cells and a battery with a number of correspondingly produced electrochemical cells.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung elektrochemischer Zellen nach Anspruch 1, ein System zur Herstellung elektrochemischer Zellen nach Anspruch 17 und durch eine Batterie nach Anspruch 20 gelöst. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.This object is achieved by a method for producing electrochemical cells according to claim 1, a system for producing electrochemical cells according to
Nach einem ersten Gesichtspunkt wird bei einem Herstellungsverfahren elektrochemischer Zellen für eine Batterie diese Aufgabe dadurch gelöst, dass das Herstellungsverfahren folgende Schritte aufweist: ein Zuführen eines Vorproduktes der elektrochemischen Zelle an eine Befüllungsvorrichtung, ein Befüllen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle mit einem Elektrolyten, ein Zuführen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle an eine Anladevorrichtung, ein Durchführen eines erstes Anladens des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle, ein Zuführen eines Vorproduktes der elektrochemischen Zelle an eine Walzvorrichtung, ein Walzen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle mit mindestens einer, vorzugsweise zwei rollierenden Walzen, ein Zuführen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle an eine Messvorrichtung, ein Erfassen von Parameterdaten des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle zur Bestimmung mindestens einer nachfolgenden Behandlung für das Vorprodukt der elektrochemischen Zelle, ein Übermitteln der Parameterdaten an eine Steuereinheit, ein Zuweisen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle zu den Parameterdaten, vorzugsweise ein Abspeichern der Parameterdaten zu dem Vorprodukt der elektrochemischen Zelle, ein Bestimmen mittels der Steuereinheit, ob für das den Parameterdaten zugewiesene Vorprodukt der elektrochemischen Zelle eine vorbestimmte Beziehung der Parameterdaten in Bezug auf vorbestimmte Parameterwerte vorliegt, ein Durchführen einer ersten vorbestimmten Behandlung des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle, wenn ein Vorliegen der vorbestimmten Beziehung der Parameterdaten in Bezug auf die vorbestimmten Parameterwerte bestimmt worden ist, und vorzugsweise ein Durchführen einer zweiten vorbestimmten Behandlung des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle, wenn ein Nicht-Vorliegen der vorbestimmten Beziehung der Parameterdaten in Bezug auf die vorbestimmten Parameterwerte bestimmt worden ist.According to a first aspect, in a manufacturing method of electrochemical cells for a battery, this object is achieved in that the manufacturing method comprises the steps of: supplying a precursor of the electrochemical cell to a filling device, filling the precursor of the electrochemical cell with an electrolyte, feeding the Precursor of the electrochemical cell to a charging device, performing a first loading of the precursor of the electrochemical cell, feeding a precursor of the electrochemical cell to a rolling device, rolling the precursor of the electrochemical cell with at least one, preferably two rolling rollers, feeding the precursor the electrochemical cell to a measuring device, a detection of parameter data of the precursor of the electrochemical cell for determining at least one subsequent treatment for the precursor of the elect rochemical cell, transmitting the parameter data to a control unit, assigning the precursor of the electrochemical cell to the parameter data, preferably storing the parameter data to the precursor of the electrochemical cell, determining by means of the control unit whether for the product data assigned precursor of the electrochemical cell there is a predetermined relationship of the parameter data with respect to predetermined parameter values, performing a first predetermined treatment of the precursor of the electrochemical cell when the presence of the predetermined relationship of the parameter data with respect to the predetermined parameter values has been determined, and preferably performing a second predetermined treatment the precursor of the electrochemical cell when non-existence of the predetermined relationship of the parameter data with respect to the predetermined parameter values has been determined.
Unter einer elektrochemischen Zelle soll in diesem Zusammenhang ein elektrochemischer Energiespeicher verstanden werden, also eine Einrichtung, die Energie in chemischer Form speichern, in elektrischer Form an einen Verbraucher abgeben und vorzugsweise auch in elektrischer Form aus einer Ladeeinrichtung aufnehmen kann. Wichtige Beispiele für solche elektrochemischen Energiespeicher sind galvanische Zellen oder Brennstoffzellen. Die elektrochemische Zelle weist wenigstens eine erste und eine zweite Einrichtung zur Speicherung elektrisch unterschiedlicher Ladungen, sowie ein Mittel zur Herstellung einer elektrischen Wirkverbindung dieser beider genannten Einrichtungen auf, wobei Ladungsträger zwischen diesen beiden Einrichtungen verschoben werden können. Unter dem Mittel zur Herstellung einer elektrischen Wirkverbindung ist z. B. ein Elektrolyt zu verstehen, welcher als Ionenleiter wirkt.In this context, an electrochemical cell is to be understood as meaning an electrochemical energy store, that is to say a device which stores energy in chemical form, delivers it in electrical form to a consumer and preferably can also receive it in electrical form from a charging device. Important examples of such electrochemical energy stores are galvanic cells or fuel cells. The electrochemical cell has at least a first and a second device for storing electrically different charges, and a means for producing an electrical active connection of these two devices, wherein charge carriers can be moved between these two devices. Under the means for producing an electrical active compound z. B. to understand an electrolyte, which acts as an ion conductor.
Unter einem Vorprodukt einer elektrochemischen Zelle soll in diesem Zusammenhang insbesondere eine bereits mit einer Umhüllung versehene Elektrodenanordnung verstanden werden. Unter der Umhüllung ist in diesem Zusammenhang eine Einrichtung zu verstehen, welche auch den Austritt von Chemikalien aus der Elektrodenanordnung in die Umgebung verhindert. Weiter kann die Umhüllung die chemischen Bestandteile der Elektrodenanordnung vor unerwünschter Wechselwirkung mit der Umgebung schützen. Bevorzugt schützt die Umhüllung die Elektrodenanordnung vor dem Zutritt von Wasser oder Wasserdampf aus der Umgebung. Die Umhüllung ist bevorzugt folienartig ausgebildet. Die Umhüllung soll den Durchtritt von Wärmeenergie möglichst wenig beeinträchtigen. Bevorzugt weist die Umhüllung wenigstens zwei Formteile auf.In this context, a precursor of an electrochemical cell is to be understood as meaning, in particular, an electrode arrangement already provided with a cladding. Under the envelope is in this context to understand a device which also prevents the escape of chemicals from the electrode assembly into the environment. Further, the sheath may protect the chemical components of the electrode assembly from undesirable interaction with the environment. Preferably, the sheath protects the electrode assembly from the ingress of water or water vapor from the environment. The envelope is preferably formed like a film. The envelope should affect the passage of heat energy as little as possible. Preferably, the envelope has at least two molded parts.
Unter einer Elektrodenanordnung ist in diesem Zusammenhang die Anordnung wenigstens zweier Elektroden und eines dazwischen angeordneten Elektrolyten zu verstehen. Der Elektrolyt kann teilweise von einem Separator aufgenommen sein. Dann trennt der Separator die Elektroden. Die Elektrodenanordnung dient auch zum Abspeichern chemischer Energie und zu deren Wandlung in elektrische Energie. Im Fall einer wiederaufladbaren galvanischen Zelle ist die Elektrodenanordnung auch zur Wandlung von elektrischer in chemische Energie in der Lage. Bevorzugt sind die Elektroden plattenförmig oder folienartig ausgebildet. Bevorzugt sind bei der Elektrodenanordnung die Elektroden stapelförmig angeordnet. Nach einer anderen bevorzugten Ausführungsform können die Elektroden auch aufgewickelt sein. Bevorzugt kann die Elektrodenanordnung Lithium oder ein anderes Alkalimetall auch in ionischer Form aufweisen. An electrode arrangement in this context means the arrangement of at least two electrodes and an electrolyte arranged therebetween. The electrolyte may be partially absorbed by a separator. Then the separator separates the electrodes. The electrode arrangement also serves to store chemical energy and convert it into electrical energy. In the case of a rechargeable galvanic cell, the electrode assembly is also capable of converting electrical to chemical energy. Preferably, the electrodes are plate-shaped or foil-like. In the case of the electrode arrangement, the electrodes are preferably arranged in the form of a stack. According to another preferred embodiment, the electrodes may also be wound up. The electrode arrangement may preferably also comprise lithium or another alkali metal in ionic form.
Unter Parameterdaten soll in diesem Zusammenhang nicht nur eine Mehrzahl an Parameterdaten, sondern gegebenenfalls auch ein einzelnes Parameterdatum verstanden werden. Dementsprechend soll in diesem Zusammenhang unter vorbestimmten Parameterwerten nicht nur eine Anzahl an vorbestimmten Parameterwerten, sondern gegebenenfalls auch ein einzelner vorbestimmter Parameterwert verstanden werden.In this context, parameter data should be understood to mean not only a plurality of parameter data, but possibly also a single parameter data. Accordingly, in this context, not only a number of predetermined parameter values but, if appropriate, also a single predetermined parameter value should be understood by predetermined parameter values.
Bevorzugt wird bei dem Herstellungsverfahren elektrochemischer Zellen der Schritt des ersten Anladens des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle innerhalb von 4 Stunden und vorzugsweise innerhalb von 3 Stunden nach dem Schritt des Durchführens des Befüllens des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle mit einem Elektrolyten durchgeführt wird.Preferably, in the electrochemical cell manufacturing method, the step of first charging the precursor of the electrochemical cell is performed within 4 hours, and preferably within 3 hours after the step of performing the charging of the precursor of the electrochemical cell with an electrolyte.
Bevorzugt wird bei dem Herstellungsverfahren elektrochemischer Zellen der Schritt des ersten Anladens des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle mit einem Ladestrom durchgeführt wird, der in einem Bereich von 0,02 bis 0,04 C liegt und vorzugsweise 0,03 C beträgt.Preferably, in the electrochemical cell manufacturing method, the step of first charging the precursor of the electrochemical cell is performed with a charging current that is in a range of 0.02 to 0.04 C, and is preferably 0.03 C.
Bevorzugt wird bei dem Herstellungsverfahren elektrochemischer Zellen der Schritt des ersten Anladens des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle mit einer Anladezeit durchgeführt wird, die in einem Bereich von 0,5 min bis 2,0 min liegt und vorzugsweise 1 min beträgt.Preferably, in the electrochemical cell manufacturing method, the step of first charging the preliminary product of the electrochemical cell is performed with a charging time which is in a range of 0.5 min to 2.0 min, and preferably 1 min.
Bevorzugt weist das Herstellungsverfahren elektrochemischer Zellen nach dem Schritt des Durchführens des ersten Anladens des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle und vor dem Schritt des Zuführens des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle an die Walzvorrichtung folgende Schritte auf: ein Zuführen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle an eine Alterungsvorrichtung und ein Durchführen eines erstes Alterns des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle, insbesondere eines Temperns des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle.Preferably, after the step of performing the first charging of the precursor of the electrochemical cell and before the step of supplying the precursor of the electrochemical cell to the rolling apparatus, the electrochemical cell manufacturing process comprises the steps of: supplying the preliminary product of the electrochemical cell to an aging apparatus and performing a first aging of the precursor of the electrochemical cell, in particular a tempering of the precursor of the electrochemical cell.
Bevorzugt weist das Herstellungsverfahren elektrochemischer Zellen nach dem Schritt des Walzens des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle mit mindestens einer, vorzugsweise zwei rollierenden Walzen folgende Schritte auf: ein Zuführen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle an eine Alterungsvorrichtung und ein Durchführen eines erstes Alterns des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle, insbesondere eines Temperns des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle.Preferably, after the step of rolling the precursor of the electrochemical cell with at least one, preferably two rolling rolls, the electrochemical cell manufacturing process comprises the steps of: feeding the precursor of the electrochemical cell to an aging device and performing a first aging of the precursor of the electrochemical cell; in particular a tempering of the precursor of the electrochemical cell.
Bevorzugt weist das Herstellungsverfahren elektrochemischer Zellen nach dem Schritt des Durchführens des ersten Alterns des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle auf: ein Zuführen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle an die Walzvorrichtung und ein Walzen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle mit mindestens einer, vorzugsweise zwei rollierenden Walzen.Preferably, after the step of performing the first aging of the precursor of the electrochemical cell, the electrochemical cell preparation process comprises supplying the precursor of the electrochemical cell to the rolling apparatus and rolling the precursor of the electrochemical cell with at least one, preferably two, rolling rollers.
Bevorzugt weist das Herstellungsverfahren vor dem Schritt des Zuführens des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle an die Befüllungsvorrichtung folgenden Schritt auf: ein Aufbringen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle auf einen Werkstückträger.Preferably, prior to the step of supplying the precursor of the electrochemical cell to the filling device, the manufacturing method comprises the following step: applying the precursor of the electrochemical cell to a workpiece carrier.
Bevorzugt weist bei dem Herstellungsverfahren elektrochemischer Zellen der Schritt des Erfassens von Parameterdaten mindestens einen der folgenden Erfassungsschritte auf: ein Erfassen einer Änderung des Innenwiderstandes des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle nach Anlegen eines Druckes, insbesondere Erfassen einer Änderung des Innenwiderstandes nach Anlegen eines Druckes auf Seitenflächen der vorzugsweise flach ausgestalteten elektrochemischen Zelle, ein Erfassen eines Innenwiderstandes des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle, ein Erfassen einer Härte des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle, ein Erfassen eines Innendruckes des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle, ein Erfassen einer Ruhespannung des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle, ein Erfassen einer Kapazität des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle oder ein Erfassen innerer Strukturen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle mittels eines Röntgenverfahrens. Insbesondere die Änderung des Innenwiderstandes des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle nach Anlegen eines Druckes auf Seitenflächen des Vorproduktes elektrochemischer Zellen oder die Härte des Vorproduktes elektrochemischer Zellen haben sich als bevorzugte Parameter für die Beurteilung der Güte der Vorprodukte elektrochemischer Zellen bzw. für die Bestimmung nachfolgender Behandlungen der Vorprodukte elektrochemischer Zellen erwiesen. Wenn an ein Vorprodukt der elektrochemischen Zelle ein Druck angelegt wird und das Vorprodukt der elektrochemischen Zelle nachgibt, ändert sich der Innenwiderstand. Daher kann ein Druck an das Vorprodukt der elektrochemischen Zelle angelegt und die Änderung des Innenwiderstandes gemessen werden. Die Vorprodukte der elektrochemischen Zellen, die relativ hart sind und deren Innenwiderstand sich nach Anlegen eines Druckes auf die Seitenflächen wenig verändert, gasen nach dem Verschließen nicht mehr aus. Über die Änderung des Innenwiderstand in Bezug auf die Druckänderung kann somit eine besonders einfache Zuordnung der Vorprodukte der elektrochemische Zelle zu verschiedenen Arten der Güte und damit zu entsprechenden nachfolgenden Behandlungen erfolgen.Preferably, in the electrochemical cell manufacturing method, the step of acquiring parameter data includes at least one of detection steps of detecting a change in internal resistance of the precursor of the electrochemical cell after applying a pressure, particularly detecting a change in internal resistance upon application of pressure to side surfaces thereof flat designed electrochemical cell, detecting an internal resistance of the precursor of the electrochemical cell, detecting a hardness of the precursor of the electrochemical cell, detecting an internal pressure of the precursor of the electrochemical cell, detecting a rest voltage of the precursor of the electrochemical cell, detecting a capacity of the Precursor of the electrochemical cell or detecting internal structures of the precursor of the electrochemical cell by means of an X-ray method. In particular, the change in the internal resistance of the precursor of the electrochemical cell after applying pressure on side surfaces of the precursor electrochemical cells or the hardness of the precursor electrochemical cells have become the preferred parameters for assessing the quality of the precursors of electrochemical cells or for the determination subsequent treatments of precursors of electrochemical cells proved. When a pressure is applied to a precursor of the electrochemical cell and the precursor yields to the electrochemical cell, the internal resistance changes. Therefore, a pressure can be applied to the precursor of the electrochemical cell and the change of the internal resistance can be measured. The precursors of the electrochemical cells, which are relatively hard and whose internal resistance changes little after applying a pressure on the side surfaces, do not gas after closing. On the change of the internal resistance with respect to the pressure change can thus be a particularly simple assignment of the precursors of the electrochemical cell to different types of quality and thus to corresponding subsequent treatments.
Unter einer flachen elektrochemischen Zelle soll in diesem Zusammenhang eine elektrochemische Zelle verstanden werden, deren äußere Form durch zwei im wesentlichen parallele Flächen charakterisiert ist, deren senkrechter Abstand voneinander kürzer ist als die parallel zu diesen Flächen gemessene mittlere Länge der Zelle. Zwischen diesen Flächen sind, häufig umhüllt von einer Verpackung oder einem Zellgehäuse, die elektrochemisch aktiven Bestandteile der Zelle angeordnet. Solche Zellen sind häufig von einer mehrschichtigen Folienverpackung umgeben, die an den Rändern der Zellenverpackung eine Siegelnaht aufweist, die durch ein dauerhaftes Verbinden oder Schließen der Folienverpackung im Bereich der Siegelnaht gebildet ist. Derartige Zellen werden häufig auch als Pouch-Zellen oder als Coffeebag-Zellen bezeichnet.In this context, a flat electrochemical cell is to be understood as meaning an electrochemical cell whose external shape is characterized by two essentially parallel surfaces whose vertical distance from one another is shorter than the average length of the cell measured parallel to these surfaces. Between these surfaces, often surrounded by a packaging or a cell housing, the electrochemically active components of the cell are arranged. Such cells are often surrounded by a multilayer foil packaging, which has at the edges of the cell packaging a sealed seam, which is formed by a permanent joining or closing of the foil packaging in the region of the sealed seam. Such cells are often referred to as pouch cells or as coffeebag cells.
Bevorzugt weist bei dem Herstellungsverfahren elektrochemischer Zellen der Schritt des Bestimmens mittels der Steuereinheit mindestens einen der folgenden Bestimmungsschritte auf: ein Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten vorbestimmte erste Parameterwerte aufweisen, ein Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten vorbestimmte zweite Parameterwerte nicht aufweisen, ein Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten vorbestimmte dritte Parameterwerte überschreiten, ein Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten vorbestimmte vierte Parameterwerte unterschreiten oder ein Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten sich innerhalb eines vorbestimmten Parameterwertebereiches um einen vorbestimmten fünften Parameterwert befinden.Preferably, in the electrochemical cell manufacturing method, the step of determining by the control unit comprises at least one of the following determining steps: determining whether the transmitted parameter data has predetermined first parameter values, determining whether the transmitted parameter data does not have predetermined second parameter values, determining whether the transmitted parameter data exceed predetermined third parameter values, determining whether the transmitted parameter data falls below predetermined fourth parameter values or determining whether the transmitted parameter data are within a predetermined parameter value range by a predetermined fifth parameter value.
Bevorzugt weist bei dem Herstellungsverfahren elektrochemischer Zellen der Schritt des Durchführens der ersten vorbestimmten Behandlung des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle auf: ein Zuführen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle an eine Anladevorrichtung und ein Durchführen eines zweiten Anladens des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle. Besonders bevorzugt weist das Herstellungsverfahren nach dem Schritt des Durchführens des zweiten Anladens des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle auf: ein Zuführen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle an die Walzvorrichtung und ein Walzen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle mit mindestens einer, vorzugsweise zwei rollierenden Walzen.Preferably, in the electrochemical cell manufacturing method, the step of performing the first predetermined treatment of the precursor of the electrochemical cell comprises supplying the precursor of the electrochemical cell to a charging device and performing a second charging of the precursor of the electrochemical cell. More preferably, after the step of performing the second charging of the precursor of the electrochemical cell, the manufacturing process comprises supplying the precursor of the electrochemical cell to the rolling apparatus and rolling the precursor of the electrochemical cell with at least one, preferably two, rolling rollers.
Bevorzugt weist bei dem Herstellungsverfahren elektrochemischer Zellen der Schritt des Durchführens der ersten vorbestimmten Behandlung des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle auf: ein Zuführen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle an eine Alterungsvorrichtung und ein Durchführen eines zweiten Alterns des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle, insbesondere eines zweiten Temperns des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle. Besonders bevorzugt weist das Herstellungsverfahren elektrochemischer Zellen nach dem Schritt des Durchführens des zweiten Alterns des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle auf: ein Zuführen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle an die Walzvorrichtung und ein Walzen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle mit mindestens einer, vorzugsweise zwei rollierenden Walzen.Preferably, in the electrochemical cell fabrication process, the step of performing the first predetermined electrochemical cell precursor treatment comprises supplying the electrochemical cell precursor to an aging device and performing a second aging of the electrochemical cell precursor, particularly a second annealing of the precursor the electrochemical cell. More preferably, the electrochemical cell manufacturing process comprises, after the step of performing the second aging of the electrochemical cell precursor, feeding the precursor of the electrochemical cell to the rolling apparatus and rolling the electrochemical cell precursor with at least one, preferably two, rolling rollers.
Bevorzugt weist bei dem Herstellungsverfahren elektrochemischer Zellen der Schritt des Durchführens der ersten vorbestimmten Behandlung des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle auf: ein Zuführen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle an eine Formierungsvorrichtung und ein Durchführen einer Formierbehandlung des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle. In diesem Zusammenhang weist besonders bevorzugt der Schritt des Durchführens einer Formierbehandlung des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle auf: ein Durchführen eines ersten Formierens des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle in einem Bereich von 25 bis 40% der Nennkapazität, ein Durchführen eines zweiten Formierens des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle in einem Bereich von 75 bis 90% der Nennkapazität und ein Durchführen eines dritten Formierens des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle auf 100% der Nennkapazität.Preferably, in the electrochemical cell manufacturing method, the step of performing the first predetermined treatment of the precursor of the electrochemical cell comprises supplying the precursor of the electrochemical cell to a forming device and performing a forming treatment of the precursor of the electrochemical cell. In this connection, particularly preferably, the step of performing a forming treatment of the precursor of the electrochemical cell comprises: performing a first forming of the precursor of the electrochemical cell in a range of 25 to 40% of the rated capacity, performing a second forming of the precursor of the electrochemical cell in a range of 75 to 90% of the rated capacity and performing a third forming of the precursor of the electrochemical cell to 100% of the rated capacity.
Bevorzugt weist das Durchführen der vorbestimmten Behandlung des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle in Abhängigkeit von mindestens einem Ergebnis der Bestimmungsschritte auf: ein Weiterführen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle an nachfolgende Fertigungsstationen, wenn ein Vorliegen der vorbestimmten Beziehung der Parameterdaten in Bezug auf die vorbestimmten Parameterwerte bestimmt worden ist.Preferably, performing the predetermined treatment of the precursor of the electrochemical cell in response to at least one of the determining steps comprises: advancing the electrochemical cell precursor to subsequent manufacturing stations when the presence of the predetermined relationship of the parameter data with respect to the predetermined parameter values has been determined ,
Nach einem zweiten Gesichtspunkt wird diese Aufgabe bei einem System zur Herstellung elektrochemischer Zellen dadurch gelöst, dass das System aufweist: eine Befüllungsvorrichtung ausgestaltet zum Befüllen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle mit einem Elektrolyten, ein erste Zuführungsvorrichtung ausgestaltet zum Zuführen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle an die Befüllungsvorrichtung, eine Anladevorrichtung ausgestaltet zum Durchführen eines ersten Anladens des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle, eine zweite Zuführungsvorrichtung ausgestaltet zum Zuführen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle an die Anladevorrichtung, eine Walzvorrichtung mit mindestens einer, vorzugsweise zwei rollierenden Walzen angeordnet und ausgestaltet zum Walzen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle, eine vierte Zuführungsvorrichtung ausgestaltet zum Zuführen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle an die Walzvorrichtung, eine Messvorrichtung ausgestaltet zum Erfassen von Parameterdaten des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle zur Bestimmung mindestens einer nachfolgenden Behandlung des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle, eine fünfte Zuführungsvorrichtung ausgestaltet zum Zuführen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle an die Messvorrichtung, eine Steuereinheit, an welche die erfassten Parameterdaten des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle übermittelt werden und welche ausgestaltet ist, ein Zuweisen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle zu den Parameterdaten, vorzugsweise ein Abspeichern der Parameterdaten zu dem Vorprodukt der elektrochemischen Zelle durchzuführen, wobei die Steuereinheit weiterhin ausgestaltet ist, zu bestimmen, ob für das den Parameterdaten zugewiesene Vorprodukt der elektrochemischen Zelle eine vorbestimmte Beziehung der Parameterdaten in Bezug auf vorbestimmte Parameterwerte vorliegt, und eine Durchführung einer ersten vorbestimmten Behandlung des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle anzuweisen, wenn ein Vorliegen der vorbestimmten Beziehung der Parameterdaten in Bezug auf die vorbestimmten Parameterwerte bestimmt worden ist, und vorzugsweise eine Durchführung einer zweiten vorbestimmten Behandlung des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle anzuweisen, wenn ein Nicht-Vorliegen der vorbestimmten Beziehung der Parameterdaten in Bezug auf die vorbestimmten Parameterwerte bestimmt worden ist.In a second aspect, this object is achieved in a system for producing electrochemical cells in that the A system comprising: a filling device configured to charge the precursor of the electrochemical cell with an electrolyte, a first delivery device configured to supply the precursor of the electrochemical cell to the charging device, a charging device configured to perform a first charging of the precursor of the electrochemical cell, a second delivery device for feeding the preliminary product of the electrochemical cell to the charging device, a rolling device with at least one, preferably two rolling rollers arranged and configured for rolling the precursor of the electrochemical cell, a fourth feeding device configured to supply the precursor of the electrochemical cell to the rolling device, a measuring device designed for acquiring parameter data of the precursor of the electrochemical cell for determining at least one subsequent treatment of the Precursor of the electrochemical cell, a fifth feeder designed to supply the precursor of the electrochemical cell to the measuring device, a control unit to which the detected parameter data of the precursor of the electrochemical cell are transmitted and which is configured, assigning the precursor of the electrochemical cell to the parameter data preferably, storing the parameter data to the precursor of the electrochemical cell, the controller further configured to determine whether there is a predetermined relationship of the parameter data with respect to predetermined parameter values for the precursor of the electrochemical cell assigned to the parameter data, and performing a first predetermined treatment of the precursor of the electrochemical cell when determining the presence of the predetermined relationship of the parameter data with respect to the predetermined parameter values and preferably to direct execution of a second predetermined treatment of the precursor of the electrochemical cell when non-existence of the predetermined relationship of the parameter data with respect to the predetermined parameter values has been determined.
Bevorzugt ist bei dem System zur Herstellung elektrochemischer Zellen die Messvorrichtung zu Erfassung mindestens eines der folgenden Parameter ausgestaltet: Änderung des Innenwiderstandes des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle nach Anlegen eines Druckes, insbesondere Änderung des Innenwiderstandes nach Anlegen eines Druckes auf Seitenflächen des vorzugsweise flach ausgestalteten Vorproduktes der elektrochemischen Zelle, Innenwiderstand des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle, Härte des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle, Innendruck des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle, Ruhespannung des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle, Kapazität des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle oder innere Strukturen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle.In the system for producing electrochemical cells, the measuring device is preferably designed to detect at least one of the following parameters: Change of the internal resistance of the precursor of the electrochemical cell after application of a pressure, in particular change of the internal resistance after application of pressure to side surfaces of the preferably flat precursor of the electrochemical cell Cell, internal resistance of the precursor of the electrochemical cell, hardness of the precursor of the electrochemical cell, internal pressure of the precursor of the electrochemical cell, rest voltage of the precursor of the electrochemical cell, capacity of the precursor of the electrochemical cell or internal structures of the precursor of the electrochemical cell.
Bevorzugt weist das System zur Herstellung elektrochemischer Zellen mindestens eine der folgenden Vorrichtungen auf: eine Alterungsvorrichtung ausgestaltet zum Altern, insbesondere zum Tempern des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle und eine dritte Zuführungsvorrichtung ausgestaltet zum Zuführen des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle an die Alterungsvorrichtung.Preferably, the system for producing electrochemical cells comprises at least one of the following devices: an aging device designed for aging, in particular for tempering the precursor of the electrochemical cell and a third supply device configured for supplying the precursor of the electrochemical cell to the aging device.
Nach einem dritten Gesichtspunkt wird für eine Batterie die Aufgabe dadurch gelöst, dass deren elektrochemischen Zellen nach einem der vorstehend aufgeführten Herstellungsverfahren und/oder mit einem der vorstehend aufgeführten Herstellungssysteme hergestellt worden sind.According to a third aspect, the object is achieved for a battery in that their electrochemical cells have been prepared according to one of the manufacturing methods listed above and / or with one of the manufacturing systems listed above.
Im Folgenden werden Gesichtspunkte der Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und mit Hilfe von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigt:Aspects of the invention will be described in more detail below with reference to preferred embodiments and with the aid of figures. Showing:
Falls die Parameterdaten DPar. die vorbestimmte Beziehung in Bezug auf die vorbestimmten Parameterwerte WPar., WPar.1, WPar.2, WPar.3, WPar.4, WPart.5 aufweisen, wird für dieses Vorprodukt der elektrochemischen Zelle eine erste vorbestimmte Behandlung ausgewählt und durchgeführt. Anderenfalls, wenn die Parameterdaten DPar. die vorbestimmte Beziehung in Bezug auf die vorbestimmten Parameterwerte WPar., WPar.1, WPar.2, WPar.3, WPar.4, WPart.5 nicht aufweisen, kann für dieses Vorprodukt der elektrochemischen Zelle wahlweise eine zweite vorbestimmte Behandlung ausgewählt und durchgeführt werden. Wenn in dem Schritt S16 bestimmt wird, dass die Parameterdaten DPar. die vorbestimmte Beziehung in Bezug auf die vorbestimmten Parameterwerte WPar., WPar.1, WPar.2, WPar.3, WPar.4, WPart.5 aufweisen, wird in einem Schritt S17a eine erste vorbestimmte Behandlung an dem Vorprodukt der elektrochemischen Zelle
Bei den gezeigten Ausführungsformen wurde für den Schritt S9 des ersten Alterns des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle
Bei den gezeigten Ausführungsformen wurde für den Schritt S5 des ersten Anladens des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle
Bei den gezeigten Ausführungsformen wurde für die Schritte S7, S11, S21 und S25 des Walzens des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle
Weiterhin können die in den
Die erste vorbestimmte Behandlung weist einen Schritt S27 des Durchführens einer Formierbehandlung des Vorproduktes der elektrochemischen Zelle
Die vorliegende Erfindung betrifft weiterhin eine Batterie, welche diese elektrochemischen Zellen aufweist, insbesondere eine zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug ausgestaltete Batterie, welche diese elektrochemischen Zellen aufweist.The present invention further relates to a battery having these electrochemical cells, in particular a designed for use in a motor vehicle battery having these electrochemical cells.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- 11
- elektrochemische Zelleelectrochemical cell
- 22
- erster Stromableiterfirst current conductor
- 33
- zweiter Stromableitersecond current collector
- 44
- Zellenverpackungpackaging cells
- 55
- aktiver Bereichactive area
- 1010
- erste Zuführungsvorrichtungfirst feeding device
- 1111
- Befüllungsvorrichtungfilling device
- 1212
- zweite Zuführungsvorrichtungsecond feeding device
- 1313
- AnladevorrichtungAnladevorrichtung
- 1414
- dritte Zuführungsvorrichtungthird feeder
- 1515
- Alterungsvorrichtungaging apparatus
- 1616
- vierte Zuführungsvorrichtungfourth feeding device
- 1717
- Walzvorrichtungrolling device
- 1818
- erste Walzefirst roller
- 1919
- zweite Walzesecond roller
- 2020
- fünfte Zuführungsvorrichtungfifth feeder
- 2121
- Messvorrichtungmeasuring device
- 2222
- Steuereinheitcontrol unit
- 100100
- Herstellungssystemmanufacturing system
- S1S1
- Aufbringen des Vorproduktes auf einen WerkstückträgerApplying the precursor to a workpiece carrier
- S2S2
- Zuführen des Vorproduktes an eine BefüllungsvorrichtungFeeding the precursor to a filling device
- S3S3
- Befüllen des Vorproduktes mit einem ElektrolytenFilling the precursor with an electrolyte
- S4S4
- Zuführen des Vorproduktes an eine AnladevorrichtungFeeding the precursor to a loading device
- S5S5
- Durchführen eines erstes Anladens des VorproduktesPerforming a first loading of the precursor
- S6S6
- Zuführen des Vorproduktes an eine WalzvorrichtungFeeding the precursor to a rolling device
- S7S7
- Walzen des Vorproduktes mit rollierenden WalzenRolling of the precursor with rolling rolls
- S8S8
- Zuführen des Vorproduktes an eine AlterungsvorrichtungFeeding the precursor to an aging device
- S9S9
- Durchführen eines erstes Alterns des VorproduktesPerforming a first aging of the precursor
- S10S10
- Zuführen des Vorproduktes an eine WalzvorrichtungFeeding the precursor to a rolling device
- S11S11
- Walzen des Vorproduktes mit rollierenden WalzenRolling of the precursor with rolling rolls
- S12S12
- Zuführen des Vorproduktes an eine MessvorrichtungFeeding the precursor to a measuring device
- S13S13
- Erfassen von Parameterdaten des VorproduktesAcquisition of parameter data of the primary product
- S13aS13a
- Erfassen einer Änderung des Innenwiderstandes des Vorproduktes nach Anlegen eines DruckesDetecting a change in the internal resistance of the precursor after applying a pressure
- S13bS13b
- Erfassen eines Innenwiderstandes des VorproduktesDetecting an internal resistance of the precursor
- S13cS13c
- Erfassen einer Härte des VorproduktesDetecting a hardness of the precursor
- S13dS13d
- Erfassen eines Innendruckes des VorproduktesDetecting an internal pressure of the precursor
- S13eS13e
- Erfassen einer Ruhespannung des VorproduktesDetecting a rest voltage of the precursor
- S13fS13f
- Erfassen einer Kapazität des VorproduktesDetecting a capacity of the precursor
- S13gS13g
- Erfassen innerer Strukturen des VorproduktesCapture internal structures of the precursor
- S14S14
- Übermitteln der Parameterdaten an eine SteuereinheitTransmitting the parameter data to a control unit
- S15S15
- Zuweisen des Vorproduktes zu den ParameterdatenAssign the precursor to the parameter data
- S16S16
- Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten eine vorbestimmte Beziehung in Bezug auf vorbestimmte Parameterwerte aufweisenDetermining whether the transmitted parameter data has a predetermined relationship with respect to predetermined parameter values
- S16aS16a
- Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten vorbestimmte erste Parameterwerte aufweisenDetermining whether the transmitted parameter data has predetermined first parameter values
- S16bS16b
- Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten vorbestimmte zweite Parameterwerte nicht aufweisenDetermining whether the transmitted parameter data does not have predetermined second parameter values
- S16cS16c
- Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten vorbestimmte dritte Parameterwerte überschreitenDetermining whether the transmitted parameter data exceeds predetermined third parameter values
- S16dS16d
- Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten vorbestimmte vierte Parameterwerte unterschreitenDetermining whether the transmitted parameter data falls below predetermined fourth parameter values
- S16eS16e
- Bestimmen, ob die übermittelten Parameterdaten sich innerhalb eines vorbestimmten Parameterwertebereiches um einen vorbestimmten fünften Parameterwert befindenDetermining whether the transmitted parameter data is within a predetermined parameter value range by a predetermined fifth parameter value
- S17aS17a
- Auswählen und Durchführen einer vorbestimmten ersten Behandlung des Vorproduktes der elektrochemischen ZelleSelecting and performing a predetermined first treatment of the precursor of the electrochemical cell
- S17bS17b
- Auswählen und Durchführen einer vorbestimmten zweiten Behandlung des Vorproduktes der elektrochemischen ZelleSelecting and performing a predetermined second treatment of the precursor of the electrochemical cell
- S18S18
- Zuführen des Vorproduktes an eine AnladevorrichtungFeeding the precursor to a loading device
- S19S19
- Durchführen eines zweiten Anladens des VorproduktesPerforming a second loading of the precursor
- S20S20
- Zuführen des Vorproduktes an eine WalzvorrichtungFeeding the precursor to a rolling device
- S21S21
- Walzen des Vorproduktes mit rollierenden WalzenRolling of the precursor with rolling rolls
- S22S22
- Zuführen des Vorproduktes an eine AlterungsvorrichtungFeeding the precursor to an aging device
- S23S23
- Durchführen eines zweiten Alterns des VorproduktesPerform a second aging of the precursor
- S24S24
- Zuführen des Vorproduktes an eine WalzvorrichtungFeeding the precursor to a rolling device
- S25S25
- Walzen des Vorproduktes mit rollierenden WalzenRolling of the precursor with rolling rolls
- S26S26
- Zuführen des Vorproduktes an eine FormierungsvorrichtungFeeding the precursor to a forming device
- S27S27
- Durchführen einer Formierbehandlung des VorproduktesPerforming a forming treatment of the precursor
- S27aS27a
- Durchführen eines ersten Formierens des Vorproduktes in einem Bereich von 25 bis 40% der NennkapazitätPerforming a first forming of the precursor in a range of 25 to 40% of the nominal capacity
- S27bS27b
- Durchführen eines zweiten Formierens des Vorproduktes in einem Bereich von 75 bis 90% der NennkapazitätPerforming a second forming of the precursor in a range of 75 to 90% of the nominal capacity
- S27cS27c
- Durchführen eines dritten Formierens des Vorproduktes auf 100% der NennkapazitätPerforming a third forming of the precursor to 100% of the nominal capacity
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-
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