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Bisher werden Elektrodenblätter für Batteriezellen in einem linearen Prozess nacheinander aus einem zugeführten Bahnmaterial ausgeschnitten oder ausgestanzt und dann zur weiteren Verarbeitung weitertransportiert oder in ein Magazin abgelegt. Nach dem Schneid- oder Stanzvorgang zur Herstellung der Elektrodenblätter bleibt ein bahnförmiges Abfallgitter zurück, das nur schwer zu entsorgen ist. Dies gilt umso mehr, wenn der Schneidvorgang in einer Umgebung stattfindet, die eine extrem niedrige Luftfeuchtigkeit aufweist. Die statischen Aufladungen des Abfallgitters können dann nur sehr schwer abgeleitet werden. Weiter sind die Materialien für die Elektrodenblätter häufig nicht sehr zugfest, sodass ein Herausziehen oder Aufwickeln des bahnförmigen Abfallgitters schwierig ist. Das Gitter kann leicht abreißen und sich dann in der Vorrichtung stauen. Ein weiterer Nachteil des Schneidens aus einem Bahnmaterial besteht darin, dass es durch unterschiedliche Bahnspannungen relativ schwierig ist, die geforderten Maße der Elektrodenblätter reproduzierbar einzuhalten.
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Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung von Elektrodenblättern für Batteriezellen aus einem Bahnmaterial wird daher das Bahnmaterial zunächst quer zur Bahnlängsrichtung in einzelne separate Grundblätter geschnitten, bevor in einem zweiten Arbeitsschritt aus den Grundblätter die Elektrodenblätter ausgeschnitten und die Abfallgitter der Grundblätter entfernt werden. Im ersten Schritt wird also das von einer Rolle abgezogene Bahnmaterial in einzelne Grundblätter geschnitten, die ein Übermaß gegenüber den späteren maßgenauen Elektrodenblättern aufweisen. In einem zweiten Arbeitsschritt werden aus den Grundblättern durch einen Präzisionsschnitt maßgenaue Elektrodenblätter ausgeschnitten.
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Die pro Grundblatt entstehenden Abfallgitter sind einfach zu handhaben und können beispielsweise abgebürstet, abgeblasen, abgeschabt etc. werden. Dies ist auch bei einer statischen Aufladung des Materials des Abfallgitters leicht möglich. Das Abfallgitter ist als blas- und saugfähiges Material einfach zu handhaben. Speziell bei Materialien mit sehr niedriger Zugfestigkeit ist dies ein Vorteil gegenüber Abfallgitter-Bahnmaterial, das überwiegend ziehend abtransportiert werden und daher eine Mindestzugfestigkeit aufweisen muss. Weiter erlaubt der gestaffelte Schnitt mit einem Vorschnitt und einem Präzisionsschnitt eine höhere Genauigkeit des Präzisionsschnitts, da das überstehende Material aus dem Abfallgitter praktisch keinerlei Zugkräfte aufweist. Dies ist insbesondere vorteilhaft beim Stanzen. Eventuell auftretende Ruckbewegungen der Bahnspannmechanik wirken sich nicht auf die Schnittqualität aus, da das Grundblatt ja bereits vom Bahnmaterial getrennt ist und gegenüber dem Elektrodenblatt ein Übermaß aufweist. Durch den Vorschnitt ist das Grundblatt vom Rollenmaterial getrennt und damit auch die elektrische Leitfähigkeit unterbrochen. Beim Präzisionsschnitt wiederum wird das maßhaltige Elektrodenblatt aus dem Grundblatt ausgeschnitten, und die Vollständigkeit des Schnittes kann durch zum Beispiel eine elektrische Kontaktierung sehr einfach kontrolliert werden. Wird der Präzisionsschnitt direkt in das Bahnmaterial durchgeführt, ist dies schwieriger.
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Prinzipiell ist es möglich, ein oder mehrere Elektrodenblätter aus einem Grundblatt auszuschneiden. Dies sollte jedoch nur für eine begrenzte Anzahl von vier bis sechs Elektrodenblättern aus einem Grundblatt erfolgen. Die besten Ergebnisse werden dagegen erzielt, wenn jeweils nur ein Elektrodenblatt aus einem Grundblatt ausgeschnitten wird.
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Die Schnittführung zur Herstellung des Elektrodenblatts aus dem Grundblatt kann in einem oder mehreren Schnitten ringförmig erfolgen, sodass ein geschlossenes Abfallgitterblatt zurückbleibt. Dies lässt sich sehr gut entsorgen. Die Schnittführung kann auch c-förmig oder linear sein. Es entstehen dann jedoch separate Abfallgitterteile.
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Der Präzisionsschnitt zur Herstellung des Elektrodenblatts kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Eine Möglichkeit ist ein Stanzvorgang. Es kann jedoch auch ein Laser-Scanner-System dafür eingesetzt werden. Ein solches System erlaubt einen qualitativ hochwertigen Schnitt mit einem Minimum an Stanzkleinpartikeln, die die Elektrode verunreinigen können. Außerdem weist ein Laser-Scanner-System gegenüber herkömmlichen Stanzen, Messerschnitten usw. den Vorteil auf, dass kein Verschleiß der Schneidmittel auftritt und damit Elektrodenblätter gleichbleibend hoher Qualität hergestellt werden können. Außerdem entfallen damit die regelmäßigen und kostenintensiven Kontrollen und Wartungsarbeiten der Schneidmittel, die sich auch auf die Maschinenverfügbarkeit ungünstig auswirken.
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Zur Handhabung der grob abgelängten Grundblätter und der präzise zugeschnittenen Elektrodenblätter eignen sich alle bekannten Handhabungssysteme wie Bänder, Greifersysteme, Rollengänge usw. mit oder ohne Vakuumbeaufschlagung und/oder adhäsiven Oberflächen. Besonders vorteilhaft ist jedoch die Handhabung der Blätter auf Rundtaktern, die aus Metall hergestellt werden können und somit eine niederohmige Erdung der Blätter erlauben. Die statische Aufladung der Blätter wird abgeführt. Die Grundblätter können auf den Rundtaktern geschnitten und von diesen anschließend weitertransportiert werden. Dadurch entfallen Relativbewegungen zwischen Transport- und Greifersystemen, die zu einem Abrieb auf den Blattoberflächen führen können. Solche Abriebe auf den Elektrodenblättern einer Batteriezelle können zu einer vorzeitigen Alterung der Batteriezelle führen. Rundtakter können auch mit Vakuum beaufschlagt werden, wobei es gegenüber Greifersystemen sehr viel einfacher ist, hohe Volumenströme zum Halten der Blätter auf dem Rundtakttisch zuzuführen. Dies wirkt sich in höheren Haltekräften für die Blätter aus, die mit geringem Energieaufwand erzeugt werden können.
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Nachfolgend wird das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren von Elektrodenblättern sowie eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens anhand der Zeichnung näher beschrieben.
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Es zeigen:
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1 eine schematische Draufsicht auf ein Elektrodenbahnmaterial, ein Grundblatt und ein fertiges Elektrodenblatt;
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2 eine schematische Ansicht einer Anlage zur Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens.
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1 zeigt unter a) ein Bahnmaterial 10 für Batterieelektroden. Das Bahnmaterial 10 weist einen unbeschichteten Randstreifen 11 sowie einen breiten beschichteten Bereich 12 auf. In einem ersten Schnitt wird das Bahnmaterial 10 entlang der Linien 13, 14 quer zur Bahnlängsrichtung in das in 1b gezeigte Grundblatt 15 zerschnitten. Das Grundblatt 15 weist gegenüber dem in 1c gezeigten fertigen Elektrodenblatt 20 ein Übermaß auf. In einem zweiten Schnitt wird aus dem Grundblatt 15 das Elektrodenblatt 20 ausgeschnitten, wobei das Elektrodenblatt 20 eine kleine, im unbeschichteten Randbereich 11 des Grundblatts 15 liegende Kontaktfläche 16 und eine beschichtete Hauptfläche 17 aufweist. Wie 1c zeigt, bleibt nach Entnahme des Elektrodenblatts 20 ein geschlossenes Stanzgitter 18 zurück, das entsorgt wird. Auf diese Weise wird das gesamte Bahnmaterial 10 durch Schnitte quer zur Bahnlängsrichtung in Grundblätter 15 unterteilt, aus denen in einem zweiten Arbeitsgang jeweils Elektrodenblätter 20 ausgeschnitten werden.
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2 zeigt eine Vorrichtung 30, mit der ein erfindungsgemäßes Verfahren, beispielsweise das Verfahren aus 1, ausführbar ist. Das Bahnmaterial 10 für die Elektrodenblätter wird von einer hier nicht näher dargestellten Rolle über eine Bahnspanneinrichtung 31 der Vorrichtung 30 zugeführt. Das Bahnmaterial 10 wird dann an einer ersten Einrichtung 32 vorbeigeführt, die die Lage des unbeschichteten Randstreifens 11 ermittelt. Anschließend wird vom Bahnmaterial 10 durch ein Messer 32 ein Grundblatt abgetrennt und durch eine Einrichtung 33 lagegenau an einen ersten Rundtakter 34 übergeben. Dazu fährt die Vorrichtung 33 auf den Rundtakter 34 in Pfeilrichtung 35 zu. Der Rundtakter 34 saugt das Grundblatt mit Vakuum an und taktet es zu einer Präzisionsschneideinrichtung, hier einem 3D-Scanner für Laserschnitt 36, der aus dem Grundblatt das Elektrodenblatt 20 ausschneidet. Das Elektrodenblatt 20 wird anschließend durch eine Prüfeinrichtung 37 kontaktiert und geprüft. Anschließend wird das Elektrodenblatt 20 zusammen mit dem noch vorhandenen Stanzgitter 18 zu einem zweiten Rundtakter 38 weitergetaktet und an diesen das Elektrodenblatt 20 allein übergeben. Das noch auf dem Rundtakter 34 verbliebene Stanzgitter 18 wird zu einer Absaugeinrichtung 39 weitergetaktet und dort entsorgt. Anschließend wird die Oberfläche durch eine Einrichtung 40 des Rundtaktersegments gereinigt, sodass dieses Segment zur Aufnahme eines weiteren Grundblatts 15 bereit ist. Parallel dazu könnten bereits weitere Grundblätter 15 an den Rundtakter 34 übergeben werden. Das an den Rundtakter 38 übergebene Elektrodenblatt 20 wird in Pfeilrichtung 41 zu einer Reinigungseinrichtung 42 weitergetaktet. Dort wird die äußere Oberfläche des Elektrodenblatts 20 gereinigt und dann an einen dritten Rundtakter 43 übergeben, der das Elektrodenblatt 20 in Uhrzeigerrichtung zunächst zu einer zweiten Reinigungseinrichtung 43 zur Reinigung seiner zweiten Oberfläche weitertaktet und sodann zu einer optischen Kontrolleinrichtung 45, die die Geometrie und die Lage des Elektrodenblatts 20 prüft. Danach wird im dargestellten Beispiel das Elektrodenblatt 20 an einen vierten Rundtakter 46 übergeben, von dem aus das Elektrodenblatt entweder auf ein Transportband oder ein Magazin übergeben oder in sonstiger Weise weiterverarbeitet werden kann.
