DE102012212419A1 - Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers und Energiespeicher - Google Patents

Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers und Energiespeicher Download PDF

Info

Publication number
DE102012212419A1
DE102012212419A1 DE201210212419 DE102012212419A DE102012212419A1 DE 102012212419 A1 DE102012212419 A1 DE 102012212419A1 DE 201210212419 DE201210212419 DE 201210212419 DE 102012212419 A DE102012212419 A DE 102012212419A DE 102012212419 A1 DE102012212419 A1 DE 102012212419A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
anode
cathode
defect
layers
laser
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE201210212419
Other languages
English (en)
Inventor
Sonja Dudziak
Thomas Kretschmar
Christof Kobler
Andreas Netz
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Robert Bosch GmbH filed Critical Robert Bosch GmbH
Priority to DE201210212419 priority Critical patent/DE102012212419A1/de
Priority to CN201310295118.7A priority patent/CN103545557B/zh
Publication of DE102012212419A1 publication Critical patent/DE102012212419A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • H01M10/0585Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052Li-accumulators
    • H01M10/0525Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058Construction or manufacture
    • H01M10/0587Construction or manufacture of accumulators having only wound construction elements, i.e. wound positive electrodes, wound negative electrodes and wound separators
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/06Electrodes for primary cells
    • H01M4/08Processes of manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139Processes of manufacture
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01MPROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00Electrodes
    • H01M4/02Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04Processes of manufacture in general
    • H01M4/0471Processes of manufacture in general involving thermal treatment, e.g. firing, sintering, backing particulate active material, thermal decomposition, pyrolysis
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02EREDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10Energy storage using batteries
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Secondary Cells (AREA)

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers (10), insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, umfassend die Verfahrensschritte: a) Bereitstellen einer Anode und einer Kathode; b) Detektieren von Defektstellen (18) in der Anode und/oder in der Kathode; c) lokal begrenztes Entfernen der Defektstellen (18) aus der Anode und/oder der Kathode; und d) Übereinanderschichten von Anode und Kathode mit dazwischen angeordnetem Separator. Durch das vorliegende Verfahren kann es möglich werden, einen Energiespeicher (10) herzustellen, wobei bei dem Herstellungsverfahren ein Ausschuss an Anodenmaterial beziehungsweise an Kathodenmaterial in weitem Umfang reduziert beziehungsweise vollständig verhindert werden kann. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Energiespeicher (10).

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers, insbesondere zum Herstellen einer Lithium-Ionen-Batterie. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Energiespeicher, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie.
  • Stand der Technik
  • Energiespeicher, wie etwa Lithium-Ionen-Batterien, sind bekannt und weit verbreitet. Sie liefern insbesondere den Vorteil einer sehr hohen Energiedichte. Derartige Energiespeicher umfassen im Wesentlichen eine Kathode, eine Anode, einen zwischen Anode und Kathode angeordneten Separator und einen zwischen Anode und Kathode angeordneten Elektrolyten.
  • Dabei ist es bekannt, dass Energiespeicher etwa durch Stapeln oder durch Aufrollen von Anode und Kathode mit dazwischen angeordnetem Separator beziehungsweise Elektrolyt ausgebildet werden. Die Anode und die Kathode werden somit durch die Elektrolytschicht beziehungsweise Separatorschicht räumlich voneinander getrennt beziehungsweise separiert.
  • Somit werden Energiespeicher oftmals ausgebildet durch das Aufeinanderschichten einer Mehrzahl an Anodenlagen beziehungsweise Kathodenlagen. Um einen fehlerfreien Betrieb zu gewährleisten, kann es dabei vorteilhaft sein, dass die Anodenlagen wie auch die Kathodenlagen im Wesentlichen defektfrei ausgestaltet sind.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers, insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, umfassend die Verfahrensschritte:
    • a) Bereitstellen einer Anode und einer Kathode;
    • b) Detektieren von Defektstellen in der Anode und/oder in der Kathode;
    • c) lokal begrenztes Entfernen der Defektstellen aus der Anode und/oder der Kathode; und
    • d) Übereinanderschichten von Anode und Kathode mit dazwischen angeordnetem Separator.
  • Unter einem Energiespeicher kann im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere sowohl eine Primärbatterie, als auch eine Sekundärbatterie verstanden werden. Insbesondere kann unter einem Energiespeicher somit ein wieder aufladbarer Akkumulator verstanden werden.
  • Unter einer Lithium-Ionen-Batterie kann ferner im Rahmen der vorliegenden Erfindung eine zumindest teilweise auf Lithium basierende Batterie verstanden werden, wobei unter dem Begriff Batterie insbesondere ein wieder aufladbarer Akkumulator verstanden werden kann. Unter einer auf Lithium basierenden Batterie kann dabei insbesondere eine Batterie verstanden werden, welche in dem elektrochemischen Prozess des Lade- beziehungsweise Entladezyklus Lithium beziehungsweise Lithium-Ionen verwendet. Beispielhaft kann als Lithium-Ionen-Batterie eine Lithium-Schwefel-Batterie genannt werden.
  • Unter einer Defektstelle kann im Sinne der Erfindung ferner verstanden werden eine Stelle beziehungsweise ein lokal begrenzter Bereich der Anode und/oder der Kathode, welche nicht wie gewünscht ausgestaltet ist, sondern einen Defekt aufweist. Derartige Defektstellen können somit exemplarisch umfassen Lufteinschlüsse, Verunreinigungen, etwa durch Metallspäne, oder Zusammenballungen von Kohlenstoff und/oder anderen Materialien. Defektstellen können beispielsweise durch ungewollte Beeinflussungen beziehungsweise Fehler in einem Herstellungsverfahren von Anode beziehungsweise Kathode, insbesondere während einer Beschichtung etwa einer Metallfolie, entstehen.
  • Durch das vorliegende Verfahren kann es möglich werden, einen Energiespeicher herzustellen, wobei bei dem Herstellungsverfahren ein Ausschuss an Anodenmaterial beziehungsweise an Kathodenmaterial in weitem Umfang reduziert beziehungsweise vollständig verhindert werden kann.
  • Dies kann insbesondere durch die folgenden Verfahrensschritte realisiert werden. In einem ersten Verfahrensschritte a) erfolgt ein Bereitstellen einer Anode und einer Kathode. Dabei können die Anode und die Kathode grundsätzlich in an sich bekannter Weise für den jeweiligen Energiespeicher geeignet ausgebildet sein. Beispielsweise können die entsprechenden Elektroden einen Stromableiter aufweisen, auf dem eine Schicht umfassend ein Aktivmaterial aufgebracht ist.
  • Für den rein beispielhaften Fall einer Lithium-Ionen-Batterie etwa kann die Anode als metallische Lithium-Anode ausgebildet sein oder etwa Graphit umfassen, in welches Lithiumionen interkaliert werden können, wohingegen die Kathode, etwa bei einer Lithium Schwefel-Batterie, einen Stromableiter aus Aluminium aufweisen kann, auf dem Schwefel in einem Binder und einem Leitzusatz angeordnet ist. Der Binder kann beispielsweise N-Methyl-2-pyrrolidon (NMP) umfassen. Ferner kann der Leitzusatz beispielsweise Ruß oder Graphit umfassen, um eine ausreichende Leitfähigkeit in dem Kathodenaktivmaterial zu ermöglichen.
  • Dabei sind die Anode und die Kathode jedoch nicht auf die vorbeschriebenen Beispiele beschränkt, sondern können in einer für den Fachmann verständlichen Weise in Abhängigkeit des herzustellenden Energiespeichers gewählt werden.
  • In einem weiteren Verfahrensschritte b) erfolgt ein Detektieren von Defektstellen in der Anode und/oder in der Kathode. In diesem Verfahrensschritte wird somit die Anode beziehungsweise die Kathode daraufhin untersucht, ob sie vollständig wie gewünscht ausgestaltet ist, oder ob Defektstellen vorliegen. Insbesondere können Anode und Kathode daraufhin untersucht werden, ob an jeder Stelle der Anode oder der Kathode die gewünschte Materialzusammensetzung vorliegt, oder ob beispielsweise Metallspäne, Lufteinschlüsse oder Zusammenballungen einzelner oder mehrerer verschiedener Materialien vorliegen.
  • Für den Fall des Vorliegens derartiger Defektstellen kann der hergestellte Energiespeicher aufgrund der veränderten Struktur und damit der veränderten elektrochemischen Eigenschaften von Anode oder beziehungsweise Kathode eine Fehlfunktion ausführen beziehungsweise kann eine Fehlfunktion auftreten. Dadurch kann unter Umständen die Gefahr bestehen, dass ein elektrisches Bauteil, das mit einem derartig hergestellten Energiespeicher betrieben wird, beschädigt oder zerstört werden kann. Insbesondere kann eine Defektstelle, wie beispielsweise Metallspäne oder eine „spitze“ Materialaufhäufung den Separator, unmittelbar oder nach einer bestimmten Betriebsdauer, also nach einer gewissen Anzahl an Lade- beziehungsweise Entladezyklen, durchdringen, was zu einem elektrischen Kurzschluss und im Extremfall zu einer Zerstörung der Batterie führen kann.
  • Da für einen Aufbau des Energiespeichers insbesondere große fehlerfreie Anodenbereiche beziehungsweise Kathodenbereiche notwendig sind, werden oftmals wegen kleiner Defekte große Anodenstücke beziehungsweise Kathodenstücke in einem Herstellungsprozess nicht verwendet. Vielmehr werden gemäß dem Stand der Technik, um ein Herstellen des Energiespeichers mit einer Defektstelle und dadurch die Gefahr einer Fehlfunktion des hergestellten Energiespeichers zu verhindern, das Anodenmaterial beziehungsweise Kathodenmaterial umfassend eine Defektstelle als großflächiger Ausschuss aus dem Herstellungsprozess des Energiespeichers entfernt.
  • Um einen derartigen Ausschuss zu reduzieren oder vollständig zu verhindern, erfolgt gemäß dem vorbeschriebenen Herstellungsverfahren für einen Energiespeicher in einem Verfahrensschritt c) ein lokal begrenztes Entfernen der Defektstellen aus der Anode und/oder der Kathode. In anderen Worten werden derartige Stellen beziehungsweise Positionen der Anode beziehungsweise der Kathode aus dem Anodenmaterial beziehungsweise Kathodenmaterial entfernt, so dass das Material beziehungsweise die Anode oder die Kathode im Folgenden keine Defektstelle mehr aufweist. Dabei kann ein lokal begrenztes Entfernen von Defektstellen insbesondere bedeuten ein Entfernen lediglich der Defektstellen beziehungsweise der beschädigten Bereiche, wobei das um die Defektstellen herum liegende Material im Wesentlichen verschont bleibt und weiter verwendet werden kann.
  • Das Entfernen der Defektstellen führt somit aufgrund der lokalen Begrenzung lediglich zu einer geringfügigen Reduzierung der Kapazität beziehungsweise der Speicherkapazität eines derartigen Energiespeichers, was jedoch grundsätzlich aufgrund der geringen räumlichen Ausdehnung derartiger Defektstellen zu vernachlässigen ist. Ferner wird auch das Lade- beziehungsweise Endladeverhalten derartiger Energiespeicher nicht wesentlich negativ beeinflusst, da lediglich die Defektstellen entfernt werden, das weitere Anodenmaterial beziehungsweise Kathodenmaterial jedoch unverändert einer elektrochemischen Reaktion zugänglich ist. Dabei können die Defektstellen in für den Fachmann verständlicher Weise zwar unmittelbar entfernt werden, wobei jedoch ein gewisser Überhang von Vorteil sein kann. Beispielsweise kann ein Überhang des Entfernens etwa in einer Menge von größer oder gleich 1mm bis kleiner oder gleich 5mm gewählt werden. Die Funktionsfähigkeiten von Energiespeichern, die wie vorstehend beschrieben hergestellt werden, werden somit nicht negativ beeinflusst, beziehungsweise eine negative Beeinflussung kann in weiten Maßen vernachlässigt werden. Dabei können jedoch die Herstellungskosten signifikant reduziert werden, da das Anodenmaterial beziehungsweise Kathodenmaterial im Wesentlichen vollständig verwendet wird beziehungsweise in Energiespeichern verbaut wird, und nicht als Ausschuss vernichtet werden braucht.
  • Somit findet kein Ausschuss einer derartigen Anode beziehungsweise Kathode statt, sondern das Material wird weiterverwendet, wobei lediglich die mit der Defektstelle versehenen Bereiche des Anodenmaterials beziehungsweise Kathodenmaterials entfernt werden.
  • Nachdem die Defektstellen aus der Anode und der Kathode entfernt worden sind, erfolgt in dem vorbeschriebenen Verfahren gemäß Verfahrensschritt d) ein Übereinanderschichten von Anode und Kathode mit einem dazwischen angeordneten Separator. Ferner kann insbesondere in an sich bekannter Weise ein Elektrolyt vorgesehen sein, welcher zwischen den Elektroden angeordnet ist. Dieser kann beispielsweise gelartig ausgebildet sein und etwa in dem Separator angeordnet beziehungsweise aufgesogen sein. In diesem Verfahrensschritt wird der Energiespeicher somit im Wesentlichen fertig gestellt.
  • Ein Separator kann dabei beispielsweise und für den rein exemplarischen Fall einer Lithium-Ionen-Batterie etwa mikroporöse Folien oder Vliesstoffe umfassen beziehungsweise kann daraus ausgebildet sein. Weiterhin kann der Elektrolyt ein Festkörperelektrolyt sein oder ein flüssiger Elektrolyt. Als Beispiel können ebenfalls für den exemplarischen und nicht beschränkten Fall einer Lithium-Ionen-Batterie als Elektrolyt zyklische Ether, acyclische Ether und Kombinationen davon als Lösungsmittel, und/oder Lithiumbis(trifluormethylsulphonyl)imid (LiTFSI) als Leitsalz verwendet werden.
  • Ein vorbeschriebenes Verfahren erlaubt somit, auf einfache und kostengünstige Weise Defektstellen aus einem Anodenmaterial beziehungsweise Kathodenmaterial im Rahmen eines Herstellungsverfahrens eines Energiespeichers zu entfernen. Dadurch wird das Herstellungsverfahren für einen Energiespeicher als solches besonders kostengünstig möglich, da großflächiger Ausschuss vermieden werden kann, sondern vielmehr lediglich Defektstellen von dem Elektrodenmaterial entfernt werden.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung können die Anode, die Kathode und der Separator folienartig ausgestaltet sein. Insbesondere unter Verwendung eines folienartigen Elektrodenmaterials können Defekte aufgrund des Herstellungsprozesses oftmals zu großflächigem Ausschuss führen, weshalb insbesondere bei derartigen Materialien das erfindungsgemäße Verfahren vorteilhaft sein kann. Unter einer folienartigen Ausgestaltung kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Ausgestaltung verstanden werden, bei der die Anode beziehungsweise Kathode eine bezüglich ihrer Dicke große Breite beziehungsweise Länge aufweist. Darüber hinaus können folienartige Ausgestaltungen insbesondere dadurch gekennzeichnet sein, dass sie nicht starr sind sondern insbesondere unelastisch verformbar beziehungsweise verbiegbar sind. Die Anode kann dabei als Kupferfolie ausgestaltet sein und etwa eine Dicke in einem Bereich von größer oder gleich 5µm bis kleiner oder gleich 30µm, beispielsweise 12µm, aufweisen und beidseitig mit Aktivmaterial beschichtet sein, etwa in einer Dicke in einem Bereich von größer oder gleich 30 µm bis kleiner oder gleich 75µm, beispielsweise 53µm. Die Kathode kann ferner als Aluminiumfolie ausgestaltet sein und etwa eine Dicke in einem Bereich von größer oder gleich 10µm bis kleiner oder gleich 35µm, beispielsweise 15µm, aufweisen und beidseitig mit Aktivmaterial beschichtet sein, etwa in einer Dicke in einem Bereich von größer oder gleich 40µm bis kleiner oder gleich 80µm, beispielsweise 59µm. Zwischen diesen Folienlagen kann ein folienartiger Separator, wie beispielsweise ein Polymerseparator, angeordnet sein, in welchem beispielsweise der Elektrolyt aufgesaugt ist.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Entfernen der Defektstellen unter Anwendung eines Lasers realisiert werden. Insbesondere unter Verwendung eines Lasers kann die Defektstelle höchst präzise entfernt werden, wobei ein Entfernen des Anodenmaterials beziehungsweise Kathodenmaterials sich insbesondere unter Verwendung eines Lasers räumlich beziehungsweise lokal auf die Defektestelle beziehungsweise eine umliegende Umgebung begrenzen kann, ein flächiger Ausschuss jedoch nicht notwendig ist. Darüber hinaus sind Laser heutzutage leicht und sicher anwendbar, was das Verfahren in dieser Ausgestaltung besonders einfach gestaltet. Ferner sind Laser dazu geeignet, das Verfahren insbesondere computerbasiert und damit zumindest teilweise oder insbesondere vollständig automatisiert durchführen zu können.
  • Dabei kann das Entfernen der Defektstellen durch einen Laserschneideprozess und/oder ein laserbasiertes Abtragen der Defektstellen realisiert werden. Ein Laserschneideprozess kann dabei dazu dienen, die Defektstelle beziehungsweise den Bereich der Defektstelle vollständig beziehungsweise komplett aus der Folie herauszuschneiden. Dabei kann beispielsweise der defekte Bereich der Anode beziehungsweise der Kathode in ihrer gesamten Dicke ausgeschnitten beziehungsweise herausgetrennt werden, also die Metallfolie beziehungsweise Trägerfolie zusammen mit der defekten Beschichtung. In dieser Ausgestaltung ist das Verfahren besonders einfach und schnell möglich, was einen hohen Durchsatz bei der Herstellung eines Energiespeichers erlaubt. Geeignete Prozessparameter umfassen dabei etwa eine Wellenlänge des Laserstrahls von beispielsweise größer oder gleich 1000nm bis kleiner oder gleich 1100nm, beispielsweise 1070nm bei einer Dauerleistung von etwa 400W mit einem exemplarischen Spotdurchmesser von beispielsweise größer oder gleich 5µm bis kleiner oder gleich 40µm, beispielsweise 10µm oder 34µm, oder aber unter Verwendung eines gepulsten Laserstrahls mit einer Wellenlänge des Laserstrahls von beispielsweise größer oder gleich 1000nm bis kleiner oder gleich 1100nm, beispielsweise 1064nm, bei einer Pulslänge von etwa größer oder gleich 150ns bis kleiner oder gleich 300ns, beispielsweise 220ns, und einer Leistung von 20W und einer Rep-Rate von 35 kHz. Die vorbeschriebenen Parameter sind dabei rein exemplarisch und nicht beschränkend und können in Abhängigkeit der Schnittqualität angepasst werden.
  • Ein laserbasiertes Abtragen kann ferner dazu dienen, die Anode beziehungsweise Kathode nicht in ihrer gesamten Dicke herauszutrennen, sondern lediglich eine Dicke entsprechend der Defektstelle beziehungsweise des nicht wunschgemäß ausgebildeten Materials räumlich begrenzt zu entfernen. Dadurch kann die Anode beziehungsweise Kathode auch im Bereich der Defektstelle nach dem Entfernen letzterer nicht vollständig entfernt sein, sondern kann lediglich eine verringerte Dicke aufweisen. Darüber hinaus ist insbesondere ein laserbasiertes Abtragen der Defektstelle besonders genau möglich, so dass nur eine minimale Menge an räumlicher Ausdehnung an Material herausgetrennt beziehungsweise abgetragen werden braucht. Diesbezüglich sind erheblich niedrigere Intensitäten des Lasers als die vorbeschriebenen ausreichend und zu wählen in Abhängigkeit der Defektstelle.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann der Energiespeicher unter Erzeugung einer Stapelzelle oder Wickelzelle ausgebildet werden. Insbesondere bei Stapelzellen oder Wickelzellen werden oftmals sehr große räumliche Bereiche an fehlerfreiem Anodenmaterial beziehungsweise Kathodenmaterial benötigt. Dabei ist das vorbeschriebene Verfahren insbesondere bei der Herstellung von als Wickelzelle oder Stapelzelle ausgestalteten Energiespeichern von Vorteil, um hier einen großen Ausschuss zu vermeiden, und das Verfahren somit besonders kostengünstig realisierbar zu machen. Eine Stapelzelle kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere eine Vielzahl von Anodenschichten und Kathodenschichten mit dazwischen angeordneten Separatorschichten beziehungsweise Elektrolytschichten bedeuten. Eine Wickelzelle kann ferner im Sinne der vorliegenden Erfindung eine Zelle sein, bei der eine übereinander geschichtete Anordnung von Anode, Separator und Kathode aufgewickelt ist, wodurch ebenfalls ein System mit einer Vielzahl an übereinander angeordneten Anodenschichten, Kathodenschichten, Elektrolytschichten und Separatorschichten ausgebildet wird.
  • Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Anode und/oder die Kathode auf Defektstellen untersucht werden unter Verwendung eines optischen Verfahrens. Unter einem optischen Verfahren kann dabei beispielhaft das Verwenden einer eine Kamera verstanden werden oder auch das Verwenden von Reflektionsverfahren, wie beispielsweise unter Verwendung einer Grau-Feld-Analyse im Hell- oder Dunkelfeld. Die Verwendung einer Kamera kann dabei besonders einfach und kostengünstig sein, wohingegen das Verwenden von Reflektionsverfahren wie beispielsweise einer Grau-Feld-Analyse im Hell- oder Dunkelfeld besonders genau und hochskalierbar sein kann. Bei letzterem Verfahren kann insbesondere die Stärke einer Reflektion über die Bahnbreite etwa einer zu vermessenden Folie vermessen werden, wobei Störstellen beziehungsweise Defektstellen in Form verminderter oder erhöhter Stärke der Reflektion detektierbar sein können.
  • Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des erfindungsgemäßen Verfahrens zum Herstellen eines Energiespeichers wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicher, der Figur sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Energiespeicher, insbesondere eine Lithium-Ionen-Batterie, hergestellt nach einem wie vorstehend beschrieben ausgestalteten Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers, bei dem Defektstellen von Anode und/oder Kathode lokal begrenzt entfernt sind, insbesondere unter Verwendung eines Lasers.
  • Ein derartiger Energiespeicher ist besonders sicher betreibbar, da keine Defektstellen in dem Anodenmaterial beziehungsweise Kathodenmaterial vorliegen. Dabei ist ein derartiger Energiespeicher ferner besonders kostengünstig herstellbar, da auf einen großflächigen Ausschuss verzichtet werden kann, welcher im Stand der Technik aufgrund von Defektstellen oftmals notwendig wird. Weiterhin können so Ressourcen geschont werden, was die Umwelt schont.
  • Im Rahmen einer Ausgestaltung kann der Energiespeicher eine Stapelzelle oder Wickelzelle aufweist. Insbesondere bei Stapelzellen oder Wickelzellen werden oftmals sehr große räumliche Bereiche an fehlerfreiem Anodenmaterial beziehungsweise Kathodenmaterial benötigt. Dabei ist ein Energiespeicher insbesondere in dieser Ausgestaltung von Vorteil, um hier einen großen Ausschuss zu vermeiden, und ein entsprechendes Herstellungsverfahren somit besonders kostengünstig realisierbar zu machen. Ferner bieten insbesondere Stapelzellen beziehungsweise Wickelzellen oftmals einen großen Energieinhalt beziehungsweise eine große Kapazität.
  • Hinsichtlich weiterer Vorteile und technischer Merkmale des erfindungsgemäßen Energiespeichers wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers, der Figur sowie der Figurenbeschreibung verwiesen.
  • Zeichnungen und Beispiele
  • Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Gegenstände werden durch die Zeichnung veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnung nur beschreibenden Charakter hat und nicht dazu gedacht ist, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigt
  • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäß hergestellten Energiespeichers unter Andeutung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • In 1 ist schematisch ein erfindungsgemäßer Energiespeicher 10 gezeigt, der nach einem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Ein derartiger Energiespeicher 10 kann beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie sein. Mögliche Anwendungsgebiete für einen derartigen Energiespeicher 10 umfassen exemplarisch Elektro- oder Hybridfahrzeuge, Elektrowerkzeuge, Computer und/oder Telekommunikationsgeräte oder auch stationäre Speichersysteme, wie Hochenergiespeichersysteme für Häuser oder Anlagen.
  • Der Energiespeicher 10 umfasst gemäß 1 insbesondere eine Stapelzelle, und umfasst als solche eine Vielzahl an insbesondere folienartig ausgestalteten Anodenschichten 12, Kathodenschichten 14 und dazwischen angeordneten Separatorschichten 16. Zusätzlich zu den Separatorschichten 16 ist in für den Fachmann verständlicher Weise zwischen den Anodenschichten 12 und den Kathodenschichten 14 ein Elektrolyt angeordnet.
  • In 1 ist ferner das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren für einen derartigen Energiespeicher 10 schematisch angedeutet.
  • Gemäß einem Verfahren zum Herstellen eines in 1 gezeigten Energiespeichers 10 wird zunächst eine Anode 12 und eine Kathode 14 bereitgestellt. Diese werden dann auf Defektstellen 18 hin untersucht und somit Defektstellen 18 in der Anode und oder in der Kathode detektiert. Dies kann etwa unter Verwendung optischer Detektionsverfahren realisierbar sein. Eine derartige Defektstelle 18 ist in 1 ebenfalls angedeutet wobei die Defektstelle 18 gemäß 1 rein exemplarisch in der Anode 12 angeordnet ist.
  • Nach dem Detektieren der Defektstelle 18 in der Anode wird diese aus der Anode entfernt, wie dies durch den Pfeil 20 angedeutet werden soll. Ein Entfernen der Defektstelle 18 kann dabei realisiert werden unter Anwendung eines Lasers. Im Detail kann ein Entfernen der Defektstelle 18 realisiert werden durch einen Laserschneideprozess und/oder ein laserbasiertes Abtragen der Defektstelle. In 1 ist dabei ein Laserschneideprozess gezeigt, mit dem der Bereich um die Defektstelle 18 herausgeschnitten wird, wodurch der Bereich der Anodenschicht 12 umfassend die Defektstelle 18 entfernt werden kann. Dadurch verbleibt an der Position der Defektstelle 18 eine Aussparung 22, wie dies rein exemplarisch in einer Kathodenschicht 14 des Energiespeichers 10 in 1 gezeigt ist.
  • Nachdem insbesondere sämtliche Defektstellen 18 entfernt sind, kann, um einen Energiespeicher 10 herzustellen, ein Übereinanderschichten von Anodenschichten 12 und Kathoden 14 mit dem dazwischen angeordneten Separatorschichten 16 beziehungsweise Elektrolyt erfolgen.

Claims (8)

  1. Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers (10), insbesondere einer Lithium-Ionen-Batterie, umfassend die Verfahrensschritte: a) Bereitstellen einer Anode und einer Kathode; b) Detektieren von Defektstellen (18) in der Anode und/oder in der Kathode; c) lokal begrenztes Entfernen der Defektstellen (18) aus der Anode und/oder der Kathode; und d) Übereinanderschichten von Anode und Kathode mit dazwischen angeordnetem Separator.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Anode, die Kathode und der Separator folienartig ausgestaltet sind.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Entfernen der Defektstellen (18) unter Anwendung eines Lasers realisiert wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei das Entfernen der Defektstellen (18) durch einen Laserschneideprozess und/oder ein laserbasiertes Abtragen der Defektstellen (18) realisiert wird.
  5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Energiespeicher (10) unter Erzeugung einer Stapelzelle oder Wickelzelle ausgebildet wird.
  6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei die Anode und/oder die Kathode auf Defektstellen (18) untersucht wird unter Verwendung eines optischen Verfahrens.
  7. Energiespeicher, insbesondere Lithium-Ionen-Batterie, hergestellt nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, bei dem Defektstellen (18) von Anode und/oder Kathode lokal begrenzt entfernt sind, insbesondere unter Verwendung eines Lasers.
  8. Energiespeicher nach Anspruch 7, wobei der Energiespeicher (10) eine Stapelzelle oder eine Wickelzelle aufweist.
DE201210212419 2012-07-16 2012-07-16 Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers und Energiespeicher Pending DE102012212419A1 (de)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210212419 DE102012212419A1 (de) 2012-07-16 2012-07-16 Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers und Energiespeicher
CN201310295118.7A CN103545557B (zh) 2012-07-16 2013-07-15 用于制造储能器的方法和储能器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE201210212419 DE102012212419A1 (de) 2012-07-16 2012-07-16 Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers und Energiespeicher

Publications (1)

Publication Number Publication Date
DE102012212419A1 true DE102012212419A1 (de) 2014-01-16

Family

ID=49781561

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE201210212419 Pending DE102012212419A1 (de) 2012-07-16 2012-07-16 Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers und Energiespeicher

Country Status (2)

Country Link
CN (1) CN103545557B (de)
DE (1) DE102012212419A1 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180026273A1 (en) * 2015-02-02 2018-01-25 Nissan Motor Co., Ltd. Method and device for modifying catalyst layer

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112792006B (zh) * 2020-12-29 2022-01-07 比亚迪股份有限公司 极片活性物质的清除方法及清除设备

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
SE9100661L (sv) * 1991-03-06 1992-09-07 Varta Batteri Ab Foerfarande foer undanroejande av defekter i ett skyddsskikt
US7179553B2 (en) * 2002-09-06 2007-02-20 General Motors Corporation Method for detecting electrical defects in membrane electrode assemblies
CN101933154B (zh) * 2008-03-31 2012-06-20 株式会社爱发科 太阳能电池的制造方法、太阳能电池的制造装置以及太阳能电池
EP2159583A1 (de) * 2008-08-29 2010-03-03 ODERSUN Aktiengesellschaft System und Verfahren zur Lokalisierung und Passivierung von Fehlern in einem photovoltaischen Element
KR101392622B1 (ko) * 2010-08-19 2014-05-07 코마츠 엔티씨 가부시끼가이샤 전극 와인딩 방법 및 전극 와인딩 장치

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20180026273A1 (en) * 2015-02-02 2018-01-25 Nissan Motor Co., Ltd. Method and device for modifying catalyst layer
US10553876B2 (en) * 2015-02-02 2020-02-04 Nissan Motor Co., Ltd. Method and device for modifying catalyst layer

Also Published As

Publication number Publication date
CN103545557A (zh) 2014-01-29
CN103545557B (zh) 2018-03-02

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2647070A1 (de) Verfahren und system zum schneiden von blatt- oder plattenförmigen objekten
DE102010044080A1 (de) Herstellungsverfahren für Elektroden
EP3357116B1 (de) Elektrisch leitfähiges basismaterial und schichtverbund, verfahren zur ihrer herstellung und ihre verwendung
EP3869603A1 (de) Inspektionssystem für batterieelektroden
DE112015000539T5 (de) Zylindrische elektrochemische zellen und verfahren zur herstellung
WO2012072221A1 (de) Batterieelektrode und verfahren zum herstellen derselben
DE102009055944B4 (de) Separator für eine elektrochemische Zelle und elektrochemische Zelle mit einem solchen Separator
WO2015188959A1 (de) Verfahren zur herstellung einer lithium-ionen-zelle mit wickelstruktur und zelle
DE102010040538A1 (de) Verbesserte Ableitestruktur bei Batterien
EP3520157A1 (de) Verfahren zur herstellung eines folienstapels für eine batteriezelle
WO2019072811A1 (de) Verfahren zur herstellung eines stromableiters, elektrode und batteriezelle
DE112018001802T5 (de) Wiederaufladbare feststoff-lithiumionen-batterie und zusammengesetzter körper
EP2764561A1 (de) Verfahren und system zum schneiden von blatt- oder plattenförmigen objekten
EP1302993A2 (de) Verfahren zur Herstellung eines Elektroden-/Separatorverbundes für galvanische Elemente
DE102012212419A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers und Energiespeicher
DE102009008859A1 (de) Knopfzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung
EP3447820B1 (de) Verfahren zur bestimmung eines zustands oder einer zustandsänderung einer elektrochemischen energiespeichervorrichtung
EP2953184B1 (de) Verfahren zum Laserschneiden von Elektrodenfolien und/oder Separatorenfolien
EP2633571A2 (de) Elektrochemische zelle und verfahren zu deren herstellung
DE102013207351B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer Energiespeicherzelle
DE102010053341A1 (de) Verfahren und System zum Schneiden von blatt- oder plattenförmigen Objekten
DE102012213420A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Anschlusskontaktierung für eine Elektrode eines elektrochemischen Speichers, Verfahren zum Herstellen eines elektrochemischen Speichers und elektrochemischer Speicher
DE102017207766A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle und Batteriezelle
WO2023016769A1 (de) Energiespeicherelement, verbund aus energiespeicherelementen und herstellungsverfahren
DE102022210648A1 (de) Verfahren zur Fertigung einer Lithium-Ionen-Batteriezelle sowie Lithium-Ionen-Batteriezelle

Legal Events

Date Code Title Description
R012 Request for examination validly filed