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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Elektrode. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode.
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Stand der Technik
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Bei der Herstellung von Elektroden, wie beispielsweise von folienartigen Elektroden, etwa für Lithium-Ionen-Zellen, wird das Batteriematerial oftmals in Form einer Suspension beziehungsweise einer Slurry auf einen Stromsammler aufgebracht. Der Stromsammler ist dabei meist metallisch aufgebaut, wobei das Metall in Abhängigkeit der herzustellen Elektrode gewählt wird. Der Stromsammler kann dabei vor der Beschichtung von einer Rolle abgerollt und nach der Beschichtung wieder aufgerollt werden. Weiterhin erfolgt eine Trocknung der beschichteten Stromsammlerfolie, etwa mittels Konvektionstrocknung oder IR-Trocknung, bei der das Lösungsmittel der Slurry ausgetrieben werden kann. Anschließend erfolgt meist ein Kalandrieren, um die etwa bei dem Trocknen ausgebildete Porosität einzustellen. Anschließend erfolgt ein Formen der Elektrode.
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Aus den Dokumenten
DE 10 2010 062 140 A1 und
DE 10 2010 062 143 A1 ist beispielsweise ein Verfahren zum Herstellen einer Batterieelektrode bekannt. Bei einem derartigen Verfahren wird zunächst ein Kollektorsubstrat mit einem Aktivmaterial im Wesentlichen vollständig beschichtet und dieses beschichtete Produkt anschließend kalandriert. Weiterhin umfasst ein derartiges Verfahren einen Materialabtrag zum Ausbilden eines Ableiterbereichs und das Formen der Elektrode aus dem Kollektorsubstrat durch ein Ausschneiden beziehungsweise Ausstanzen der Elektrode.
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Das Dokument
DE 10 2011 003 722 A1 beschreibt einen Ableiter für eine Batteriezelle, welcher als Folie ausgebildet ist und Strukturelemente aufweist, welche die aktive Kontaktfläche zwischen der Folie und dem Aktivmaterial vergrößern. Bei einem Herstellungsverfahren für eine einen derartigen Ableiter aufweisende Batterie wird der Ableiter mit einem Aktivmaterial versehen.
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Offenbarung der Erfindung
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Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode, aufweisend die Verfahrensschritte:
- a) Bereitstellen einer vorgeformten Aktivmaterialschicht; und
- b) Aufbringen eines elektrisch leitfähigen Materials auf die Aktivmaterialschicht unter Ausbildung einer Stromsammlerschicht aufweisend das elektrisch leitfähige Material.
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Ein vorbeschriebenes Verfahren erlaubt es, eine Elektrode herzustellen, wobei der Stromsammler eine im Wesentlichen frei wählbare Dicke aufweist und dabei ferner besonders gut an der Aktivmaterialschicht haften kann.
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Hierzu umfasst das Verfahren zum Herstellen einer Elektrode gemäß Verfahrensschritt a) ein Bereitstellen einer vorgeformten Aktivmaterialschicht. Die Aktivmaterialschicht kann dabei an sich bekannte Komponenten für einen entsprechenden Energiespeicher aufweisen. Für den beispielhaften und nicht beschränkenden Fall des Herstellens einer Elektrode für eine Lithium-Ionen-Batterie kann das Aktivmaterial für eine Anode beispielsweise Graphit umfassen, wohingegen das Aktivmaterial für eine Kathode beispielsweise umfassen kann ein Lithiumsalz, wie etwa Lithiumnickelcobaltmanganoxid (NCM) oder Lithiummanganoxid (LMO). Das Aktivmaterial ist somit insbesondere ein Material beziehungsweise eine Substanz oder ein Substanzgemisch, welches an den aktiven Ladevorgängen beziehungsweise Entladevorgängen eines Energiesprechers teilnehmen kann. Dabei kann die Aktivmaterialschicht ferner neben dem eigentlichen Aktivmaterial einen Binder aufweisen, wie beispielsweise Polyvinylidenfluorid (PVDF), in welchem das vorbeschriebene Aktivmaterial verteilt ist. Darüber hinaus kann ein Leitzusatz, wie beispielsweise eine leitfähige Kohlenstoffverbindung, etwa Ruß, zugesetzt sein.
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Die bereitgestellte Aktivmaterialschicht kann dabei als solche bereits stabil sein, oder etwa auf einem entsprechenden Träger bereitgestellt werden. Die Stabilität, die nach dem Anwendungsgebiet wie gewünscht beeinflussbar sein kann, kann insbesondere eingestellt werden durch die Art und die Menge eines zugegebenen Bindermaterials.
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Weiterhin ist die Aktivmaterialschicht gemäß Verfahrensschritt a) vorgeformt. Eine vorgeformte Aktivmaterialschicht kann dabei im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere bedeuten, dass die Aktivmaterialschicht bereits zu diesem Zeitpunkt, also im Wesentlichen vor einem Versehen mit einem Stromsammlermaterial beziehungsweise mit der Stromsammlerschicht die gewünschte, insbesondere endgültige, Form der Elektrode aufweisen kann. Somit kann ein nachfolgendes Ausschneiden, Ausstanzen oder Ähnliches der Aktivmaterialschicht insbesondere mit einem in einem weiteren Verfahrensschritt aufgebrachten Stromsammler, wie dies nachfolgend erläutert ist, entfallen.
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In einem weiteren Verfahrensschritt b) erfolgt ein Aufbringen eines elektrisch leitfähigen Materials auf die Aktivmaterialschicht unter Ausbildung einer Stromsammlerschicht aufweisend das elektrisch leitfähige Material. Somit wird in diesem Verfahrensschritt ein elektrisch leitfähiges Material auf die vorgeformte Aktivmaterialschicht beziehungsweise auf definierte Bereiche derselben aufgebracht. Dieses Aufbringen kann grundsätzlich in jeder für die Elektrodenherstellung an sich geeigneten Weise erfolgen. Ein elektrisch leitfähiges Material kann dabei ferner insbesondere ein solches sein, welches eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, die in einem Bereich von größer oder gleich 35·106 S/m liegt.
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Der Stromsammler beziehungsweise das Material der Stromsammlerschicht kann dabei insbesondere ein Metall sein. Beispielsweise kann die Stromsammlerschicht, für den Fall, dass eine Kathode hergestellt wird, aus Aluminium ausgebildet sein, wohingegen der Stromsammler beispielsweise aus Kupfer ausgebildet sein kann, für den Fall dass eine Anode hergestellt wird.
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Das vorbeschriebene Verfahren basiert somit insbesondere darauf, eine bereits in Form gebrachte und damit insbesondere im Wesentlichen in der endgültigen Form beziehungsweise im Wesentlichen in der endgültigen Geometrie ausgestalteten Aktivmaterialschicht zu verwenden, und diese mit dem elektrisch leitfähigen Material unter Ausbildung einer Stromsammlerschicht zu versehen.
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Das vorbeschriebene Verfahren kann dabei unter anderem die Vorteile aufweisen, dass die Nachteile beziehungsweise die Risiken, welche mit einem Formen, wie beispielsweise einem Schneiden, der fertiggestellten Elektrode für ein späteres Betreiben mit sich bringen, reduziert oder vollständig verhindert werden können.
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Im Detail kann durch das vorbeschriebene Verfahren durch das Verwenden einer vorgeformten Aktivmaterialschicht verhindert werden, dass sich durch ein Schneiden oder Stanzen Stanzgrate ausbilden, welche einen negativen Einfluss auf das spätere Betreiben beziehungsweise die mögliche Leistungsfähigkeit der Elektrode aufweisen können. Ferner kann verhindert werden, dass Partikel, welche bei einem Formen sich von der Aktivmaterialschicht lösen können, an ungewünschter Stelle bei einem späteren Betreiben einen Kurzschluss in der Zelle auslösen und diese so beschädigen oder zerstören können. Erfindungsgemäß kann vielmehr ein besonders langlebiges und sicheres Betreiben einer Elektrode ermöglicht werden.
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Weiterhin kann nach dem Beschichten der Aktivmaterialschicht eine stabile Elektrode erhalten werden, bei welcher es nicht beispielsweise durch eine mechanische Beanspruchung durch Stanzen zu einem Abplatzen der Aktivmaterialschicht oder Bereichen derselben führt, oder etwa bei einem Laserschneiden Verformungen am Randbereich der Elektrode entstehen oder das Material beziehungsweise die Elektrodenzusammensetzung durch einen hohen laserbedingten Energieertrag sich verändert. Da derartige Beeinflussungen, wie vorstehend beschrieben, bei Elektroden unerwünscht sind, erfolgt gemäß dem Stand der Technik oftmals ein Verschnitt des beschichteten Materials. Ein derartiger Verschnitt kann jedoch erfindungsgemäß verhindert werden, was insbesondere aufgrund der hohen Materialkosten innerhalb der Wertschöpfungskette der Batteriekosten die Prozesskosten senken kann und dadurch ein besonders kostengünstiges Herstellen ermöglichen kann.
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Darüber hinaus kann eine besonders definierte Ausgestaltung ohne leistungsmindernde negative Einflüsse erfolgen, wodurch auch die Leistungsdaten besonders hoch und definiert ausgestaltet werden können.
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Dabei kann ferner eine besonders schlanke Prozessführung bei einfacher Prozesskontrolle ermöglicht werden, wobei im Wesentlichen auf bestehende Anlagentechnik zurückgegriffen werden kann, was besonders zuverlässig sein kann.
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Weiterhin ist durch das vorbeschriebene Verfahren eine besonders ausgeprägte Homogenität der Aktivmaterialschicht erzeugbar, wobei der Stromsammler ferner besonders gut an der Aktivmaterialschicht haften kann, was eine besonders stabile, gleichmäßige und definierte Leistungsfähigkeit der Elektrode ermöglichen kann.
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Ferner kann das Aufbringen der Stromsammlerschicht zweiseitig oder insbesondere vorteilhaft einseitig erfolgen, was im Sinne der vorliegenden Erfindung insbesondere bedeuten kann, dass nur eine Seite der Aktivmaterialschicht beschichtet wird, die weitere, der beschichteten Seite gegenüberliegend angeordnete Seite jedoch nicht beschichtet wird. Ferner können Seitenbereiche der Aktivmaterialschicht je nach Anwendungsgebiet beschichtet werden oder ausgespart bleiben.
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Zusammenfassend erlaubt es das vorstehend beschriebene Verfahren somit, Elektroden besonders stabil, kostengünstig, definiert und mit einer hohen Leistungsgüte der später zu betreibenden Elektroden zu erzeugen, wobei insbesondere ermöglicht werden kann ein verbesserter Kontakt zwischen Aktivmaterial und Stromsammler einhergehend mit einer verbesserten Leitfähigkeit zwischen Stromsammler und Aktivmaterial und einer verbesserten Haftung des Stromsammler an der Aktivmaterialschicht.
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Im Rahmen einer Ausgestaltung kann das elektrisch leitfähige Material auf die Aktivmaterialschicht aufgebracht werden durch Aufsprühen, Aufdampfen, Aufrakeln oder Aufdrucken. Insbesondere durch ein derartiges physikalisches Verfahren (Aufdampfen) oder chemisches Verfahren (Aufsprühen) oder die weiteren genannten Verfahren kann ein Aufbringen des elektrisch leitfähigen wie insbesondere metallischen Materials zu einer besonders dünnen Stromleiterschicht führen. Dies kann insbesondere das Gewicht der Elektrode reduzieren, was insbesondere bei mobilen Anwendungen von Vorteil sein kann, und dies kann ferner Material des abgeschiedenen Materials sparen, was die Kosten des Verfahrens weiter senken kann. Insbesondere derartige dünne Stromsammlerschichten sind mit Beschichtungsverfahren gemäß dem Stand der Technik nicht oder noch verbesserungswürdig möglich.
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Darüber hinaus kann durch ein derartiges Aufbringen des elektrisch leitfähigen Materials ein besonders inniger Kontakt durch eine ausgeprägte Verzahnung zwischen der Aktivmaterialschicht beziehungsweise dem Aktivmaterial selbst und dem elektrisch leitfähigen Material erzeugt werden, was auch durch eine große Kontaktoberfläche einen besonders geringen Kontaktwiderstand zur Folge hat und dabei eine besonders gute Leitfähigkeit ermöglicht. Dadurch kann ein besonders effektives Arbeiten eines Energiespeichers, welcher mit einer derartigen Elektrode ausgestattet ist, realisierbar sein.
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Ferner kann durch ein vorbeschriebenes Aufbringen und den vorbeschriebenen besonders innigen Kontakt des elektrisch leitfähigen Materials zu der Aktivmaterialschicht eine besonders gute Haftfestigkeit des Stromsammlers auf der Aktivmaterialschicht ermöglicht werden, was eine besonders hohe Langzeitstabilität auch nach vielen Lade- beziehungsweise Entladezyklen eines mit einer derartigen Elektrode ausgestatteten Energiespeichers ermöglicht.
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Weiterhin zeichnen sich die vorgenannten Verfahren dadurch aus, dass sie sehr gut handhabbar sind und dabei eine hohe Prozesssicherheit ermöglichen, was dazu führt, dass besonders definierte Produkte erzeugbar sein können. Darüber hinaus kann vorhandene Anlagetechnik zur Abscheidung des Metalls verwendet werden, so dass auch hier keine neuen Entwicklungen notwendig sind, sondern vielmehr auf einen bestehenden Erfahrungsschatz zurückgegriffen werden kann. Auch dies kann die Kosten des Verfahrens weiter senken. Schließlich sind derartige Verfahren anwendbar ohne Einschränkung durch die Geometrie der vorgelegten Aktivmaterialschicht, was eine weiter verbesserte Anpassbarkeit ermöglichen kann.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann bei Verfahrensschritt b) eine Stromsammlerschicht mit einem elektrisch leitfähigen Material erzeugt werden, die eine Dicke aufweist, die in einem Bereich von kleiner als 8µm liegt, die insbesondere in einem Bereich von größer oder gleich 1µm insbesondere bis kleiner oder gleich 5µm liegt, beispielsweise in einem Bereich von größer oder gleich 2µm bis kleiner oder gleich 3µm liegt. Insbesondere in dieser Ausgestaltung können somit Schichtdicken für den Stromsammler erzeugbar sein, welche durch aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren nicht möglich waren. Dabei kann der Vorteil einer derartig dünnen Schicht insbesondere in einem möglichst geringen Gewicht der hergestellten Elektrode gesehen werden, und ferner in einer besonders kostengünstigen Herstellbarkeit. Dabei kann die Schichtdicke insbesondere gewählt werden in Abhängigkeit der Anforderungen bezüglich der bei einem Betreiben der hergestellten Elektrode auftretenden abzuleitender Stromstärken. Die Dicke der Stromsammlerfolien kann dabei ferner gewählt werden insbesondere in Abhängigkeit der gewünschten Stabilität der Elektrode beziehungsweise der Stabilität der Aktivmaterialschicht als solcher. Wenn beispielsweise die Aktivmaterialschicht bereits eine ausreichende Stabilität aufweist, kann die Dicke der Stromsammlerschicht entsprechend gering gewählt werden. Wenn dagegen das Aktivmaterial beziehungsweise die Aktivmaterialschicht an sich nur eine begrenzte Stabilität aufweist, kann eine größere Dicke des Stromsammlers vorteilhaft sein.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann Verfahrensschritt b) durchgeführt wird unter Verwendung einer Maske. Insbesondere unter Verwendung einer Maske können durch eine Maskierung beziehungsweise Abdeckung nicht zu beschichtender Bereiche der Aktivmaterialschicht genau definierte Strukturen der Stromsammlerschicht auf die Aktivmaterialschicht aufgebracht werden. Somit können gewünschte und genau definierte Bereiche von einer Beschichtung ausgespart werden, welche beispielsweise nicht mit einem Stromsammlermaterial versehen werden sollen. Beispielsweise können Stromabnehmer oder andere Kontaktbereiche, oder Bereiche, welche mit weiteren Bauteilen versehen werden sollen, nicht mit Stromsammlermaterial versehen werden. In dieser Ausgestaltung kann somit auch bei dem vorstehend beschriebenen Verfahren eine besonders frei wählbare Elektrodenstruktur erzeugt werden, was die Anwendungsbreite des Verfahrens noch weiter vergrößern kann. Die Masken können beispielsweise aus form- und schneidbarem Metall ausgebildet sein, etwa daraus bestehen, wie etwa Aluminium oder auch Edelstahl.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Aktivmaterialschicht bereitgestellt werden durch ein Extrusionsverfahren. Insbesondere durch ein Extrusionsverfahren können Schichten aufweisend das Aktivmaterial erzeugbar sein, welche an sich bereits eine gute Stabilität aufweisen und somit besonders gut für das vorbeschriebene Verfahren geeignet sein können. Insbesondere in dieser Ausgestaltung können Schichten aufweisend das Aktivmaterial herstellbar sein beziehungsweise bereitgestellt werden, welche auch mit besonders geringen Dicken eine gute Stabilität aufweisen, so dass die entsprechende Schicht auch ohne das Vorsehen eines Trägermaterials, wie beispielsweise einer Trägerfolie, prozessierbar sind beziehungsweise mit einer Schicht aufweisend ein metallisches Material versehen werden können. Dabei kann eine Extrudierbarkeit etwa einstellbar sein durch die konkrete Zusammensetzung der Aktivmaterialschicht, wie etwa durch eine geeignete Einstellung der Menge des vorhandenen Binders.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Aktivmaterialschicht vorgeformt werden durch Schneiden oder Prägen. In dieser Ausgestaltung können dabei insbesondere hochgenaue Elektrodenstrukturen erzeugt werden, welche eine besonders definierte Geometrie aufweisen. Darüber hinaus sind die vorgenannten Verfahren im Wesentlichen technisch ausgereift und ferner problemlos bei Herstellungsverfahren von Elektroden anwendbar. Somit können die Vorteile dieser Formungsmethoden auch bei dem vorbeschriebenen Verfahren beibehalten werden, ohne dass jedoch deren Nachteile bei einem Formen eines mit Aktivmaterial beschichteten Stromsammlers auftreten.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann das Verfahren den weiteren Verfahrensschritt umfassen:
- c) Zusammenfügen des in Verfahrensschritt b) erhaltenen Produkts mit einer weiteren Schicht aufweisend ein Aktivmaterial und mit einem Kontaktelement derart, dass die Stromsammlerschicht mit dem abgeschiedenen elektrisch leitfähigen Material zwischen zwei Schichten aufweisend ein Aktivmaterial angeordnet ist, und dass das Kontaktelement zum Kontaktieren zumindest teilweise freiliegt und mit der Stromsammlerschicht mit dem abgeschiedenen elektrisch leitfähigen Material in Kontakt ist, oder wobei
das Verfahren den weiteren Verfahrensschritt umfasst:
- d) Anordnen eines Kontaktelements auf zumindest einem Teil der Aktivmaterialschicht vor Verfahrensschritt b) und in Kontakt bringen der Stromsammlerschicht des nach Verfahrensschritt b) erhaltenen Produkts mit einer weiteren Aktivmaterialschicht.
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Somit wird bei Verfahrensschritt c) das in Verfahrensschritt b) erhaltene Produkt, also die Aktivmaterialschicht mit aufgebrachtem elektrisch leitfähigem Material als Stromsammlerschicht, mit einer weiteren Aktivmaterialschicht zusammengefügt. Dabei können insbesondere die gleichen Aktivmaterialschichten beziehungsweise gleich ausgestaltete Aktivmaterialschichten verwendet werden. Dabei wird zwischen die Aktivmaterialschichten und den Stromsammler kontaktierend, also insbesondere in elektrisch leitendem Kontakt zu der Stromsammlerschicht, ein Kontaktelement beziehungsweise ein Stromabnehmer eingefügt. Das Kontaktelement kann beispielsweise eine Folie eines elektrisch leitendenden Materials sein, wie beispielsweise des gleichen Materials, wie dies vorher abgeschieden wurde. Insbesondere kann eine so genannte Stromsammlerfahne verwendet werden. Grundsätzlich kann als Kontaktelement jedoch jegliches zumindest teilweise elektrisch leitende Bauteil verwendet werden, welches in die Schichtfolge einarbeitbar ist und welches extern elektrisch kontaktierbar ist dadurch, dass es zum Kontaktieren zumindest teilweise freiliegt, also insbesondere bezüglich der Aktivmaterialschichten hervorragt. Die in Verfahrensschritt c) erzeugte Schichtfolge umfasst dabei zumindest in dem Bereich des Kontaktelements die Schichten Aktivmaterial, elektrisch leitfähiges Material, Kontaktelement, Aktivmaterial. Beispielsweise besteht die Schichtfolge aus diesen Schichten in der vorgenannten Abfolge.
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Eine derartige Schichtfolge kann gleichermaßen erzielbar sein, indem ein Kontaktelement auf zumindest einem Teil beziehungsweise zumindest lokal begrenzt oder auch vollständig auf der Aktivmaterialschicht vor Verfahrensschritt b) angeordnet wird. Daraufhin kann ein in Kontakt bringen des nach Verfahrensschritt b) erhaltenen Produkts mit einer weiteren Aktivmaterialschicht
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erfolgen. In dieser Ausgestaltung wird das Kontaktelement beziehungsweise der Stromabnehmer somit vor einem Aufbringen des elektrisch leitfähigen Materials beziehungsweise des Stromsammlers realisiert. Dabei kann das Aufbringen des elektrisch leitfähigen Materials nicht nur auf die Aktivmaterialschicht erfolgen sondern gleichermaßen auf den Bereich des Kontaktelements, welcher auf der Aktivmaterialschicht angeordnet ist. Bei einem vollständigen Aufbringen des Kontaktelements auf die Aktivmaterialschicht erfolgt in Verfahrensschritt b) somit ein indirektes beziehungsweise mittelbares Aufbringen des elektrisch leitfähigen Materials auf die Aktivmaterialschicht.
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Nach dem Verfahrensschritt b) beziehungsweise c) kann die Elektrode fertiggestellt sein. Dabei ist es für den Fachmann ersichtlich, dass insbesondere die Schicht aufweisend das Aktivmaterial und das aufgebrachte elektrisch leitfähige Material, insbesondere durch Auswahl und erzeugter Schichtdicke des elektrisch leitfähigen Materials, sowie Auswahl, Schichtdicken und Zusammensetzung, beispielsweise Anteil des Binders, der Aktivmaterialschicht, derart ausgestaltet sein kann, dass die fertiggestellte Elektrode gemäß dem gewünschten Anwendungsgebiet, wie beispielsweise als stabile feststehende Elektrode oder auch als biegsame Folie ausgestaltet werden kann, wie dies dem Fachmann für Elektroden an sich bekannt ist.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann Verfahrensschritt c) durchgeführt werden durch ein Laminieren. Insbesondere durch ein Laminieren der Schichten wird es möglich, auch dünnste Schichten miteinander zu verbinden, wobei ferner ein besonders fester Verbund erhältlich ist. Somit kann in dieser Ausgestaltung ein besonders stabiles Gebilde für die Elektrode erhalten werden, auch wenn die Schichtdicken sehr gering sind. Darüber hinaus ist ein Laminieren ein besonders ausgereiftes und kostengünstiges Verfahren. Ein Laminieren kann dabei durchgeführt werden, indem die einzelnen Schichten insbesondere zusammen mit dem Kontaktelement durch eine Walzenpresse geführt oder in einer Presse gepresst werden. Dabei kann ein Pressen insbesondere unter einem Erwärmen der Schichten erfolgen derart, dass ein vorhandener Binder erweicht, um so eine Adhäsion beziehungsweise eine feste Verbindung der Schichten zu erreichen. Mögliche und nicht beschränkende Parameter umfassen dabei eine Temperatur in einem Bereich von ungefähr 160°C und ein Pressdruck in einem Bereich von ungefähr 100kg.
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Im Rahmen einer weiteren Ausgestaltung kann die Aktivmaterialschicht lösbar auf einem Trägermaterial aufgebracht bereitgestellt werden. Insbesondere in dieser Ausgestaltung kann eine besonders dünne Aktivmaterialschicht bereitgestellt werden, die keine allzu hohen Anforderungen an ihre Stabilität zu erfüllen braucht. Somit kann die Aktivmaterialschicht insbesondere in dieser Ausgestaltung besonders frei und im Wesentlichen ohne Einschränkungen bezüglich des Herstellungsverfahrens erzeugbar sein, was eine besonders große Anwendungsvielfalt der herzustellenden Elektroden beziehungsweise des herzustellenden Energiespeichers erlauben kann. Dabei kann eine ausreichende Stabilität der Elektrode erzielt werden nach einem Zusammenfügen sämtlicher Schichten gemäß Verfahrensschritt b) oder c).
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Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit der erfindungsgemäßen Elektrode sowie der Figur verwiesen. Auch sollen erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens auch für die erfindungsgemäße Elektrode anwendbar sein und als offenbart gelten und umgekehrt. Unter die Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder in der Figur offenbarten Merkmalen.
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Gegenstand der Erfindung ist ferner eine Elektrode die wie vorstehend beschrieben hergestellt ist. Insbesondere derartige Elektroden können besonders kostengünstig herstellbar sein und dabei eine besonders definierte und stabile Struktur aufweisen. Darüber hinaus sind derartige Elektroden besonders einfach maßschneiderbar, so dass sie ein besonders breites Anwendungsgebiet aufweisen.
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Dadurch kann eine vorbeschriebene Elektrode und damit auch ein mit einer derartigen Elektrode ausgestatteter Energiespeicher kostengünstig herstellbar sein und ein besonders breites Anwendungsgebiet aufweisen und dabei insbesondere für mobile Anwendungen vorteilhaft sein. Beispielsweise können folienartige auch als Tapes bezeichnete Elektroden, wie insbesondere Anoden hergestellt werden, die insbesondere in Pouch-Zellen Anwendung finden können.
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Hinsichtlich weiterer Vorteile und Merkmale wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren sowie der Figur verwiesen. Auch sollen erfindungsgemäße Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Elektrode auch für das erfindungsgemäße Verfahren anwendbar sein und als offenbart gelten und umgekehrt. Unter die Erfindung fallen auch sämtliche Kombinationen aus zumindest zwei von in der Beschreibung, den Ansprüchen und/oder in der Figur offenbarten Merkmalen.
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Zeichnung
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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
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1 eine schematische Darstellung eines Verfahrensschritts des erfindungsgemäßen Verfahrens.
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In der 1 ist ein Verfahrensschritt zum Herstellen einer Elektrode gezeigt. Eine derartig erzeugbare Elektrode kann beispielsweise Bestandteil sein einer Lithium-Batterie und als solche Anwendung finden etwa in der Consumer-Elektronik als auch bei elektrisch angetriebenen Fahrzeugen. Insbesondere ist in der 1 eine vorgeformte beziehungsweise fertig konfektionierte Aktivmaterialschicht 10 gezeigt. Die Aktivmaterialschicht 10 umfasst eine Oberfläche 12, auf welcher ein Stromableiter 14 angeordnet ist. Der Stromableiter 14 kann beispielsweise an dem Kontaktbereich 16 perforiert sein, wohingegen er einen nicht perforierten Bereich 18 aufweisen kann, der bezüglich der Aktivmaterialschicht 10 freiliegen kann. Der perforierte Kontaktbereich 16 kann etwa einer verbesserten Stabilität der erzeugten Schichtstruktur dienen, wohingegen der nicht perforierte Bereich 18 einer besseren elektrischen Kontaktierung dienen kann. Insgesamt dient der Stromableiter 14 einem Stromzugang beziehungsweise Stromabgang von der Elektrode nach außen hin.
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Das in 1 gezeigte Bauteil kann nun mit einer Stromsammlerschicht versehen werden. Hierzu kann auf die Oberfläche 12 und auf den insbesondere perforierten Kontaktbereich 18 ein elektrisch leitfähiges Material aufgebracht werden, etwa durch Aufsprühen, Aufdampfen, Aufrakeln oder Aufdrucken, beispielsweise mittels Siebdruck.
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Rein beispielhaft kann das Applizieren eines metallischen Lacks mittels eines Sprühverfahrens realisiert werden. Hierzu kann nicht beschränkend die in einem Behälter unter Überdruck stehende Lackmischung durch eine Düse auf die Oberfläche aufgetragen werden. Alternativ kann der Lack auch durch eine Schlitzdüse aufgetragen werden, wobei das metallische Material vorher in einem Lösungsmittel beziehungsweise Lösungsmittelgemisch dispergiert werden kann. Als Treibgasanteile, etwa für ein Aufsprühen, können Propan und Butan zum Einsatz kommen.
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Bezüglich eines Rakelverfahrens kann ein Rakeltrog mit einer Dispersion befüllt und über die zu beschichtende Oberfläche 12 gezogen werden.
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Für den Fall gemäß 1 des Herstellens einer Kathode mit einem Aluminiumableiter kann der aufgebrachte Lack beziehungsweise das aufgebrachte elektrisch leitfähige Material Reinst-Aluminiumpartikel, etwa mit einer Größe von kleiner als 5µm, mit einer Reinheit von 99,5% und in einem Gehalt in der aufgebrachten Mischung von ungefähr 20 Gew.-% aufweisen. Eine Trocknung der Elektrode kann nach dem Aufbringen des Lacks bei Raumtemperatur erfolgen und nach 20 Minuten abgeschlossen sein, wonach eine Weiterverarbeitung möglich sein kann.
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Für den Fall des Herstellens einer Anode kann der Lack Kupferpartikel aufweisen, insbesondere in einem Gemisch mit organischen Bestandteilen, wobei die Partikelgröße der Kupfer-Partikel in einem Bereich von kleiner oder gleich 5µm liegen kann.
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Die organischen Bestandteile eines aufzubringenden Lacks umfassen für die Anode wie auch für die Kathode insbesondere Lösungsmittel und Binder, wie insbesondere Aceton, Xylol und/oder Ethylacetat und können dabei in einer Menge in einem Bereich von 80 Gew.-% neben den 20 Gew.-% des jeweiligen elektrisch leitfähigen Materials wie insbesondere Metalls vorliegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010062140 A1 [0003]
- DE 102010062143 A1 [0003]
- DE 102011003722 A1 [0004]
