DE102013209887A1

DE102013209887A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Handhaben von Elektrodenmaterial, Elektrode und Energiespeicher

Info

Publication number: DE102013209887A1
Application number: DE102013209887.1A
Authority: DE
Inventors: Michael Roscher; Lars Ebert; Thomas Echelmeyer
Original assignee: ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Current assignee: ThyssenKrupp System Engineering GmbH
Priority date: 2013-05-28
Filing date: 2013-05-28
Publication date: 2014-12-04

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Handhabung von Elektrodenmaterial, insbesondere zur Herstellung von Energiespeicherzellen, vorgeschlagen, wobei in einem ersten Verfahrensschritt das Elektrodenmaterial bereitgestellt wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt wenigstens ein Abschnitt des Elektrodenmaterials mittels einer Prüfvorrichtung geprüft wird und wobei in einem dritten Verfahrensschritt der geprüfte Abschnitt des Elektrodenmaterials von einer Kennzeichnungsvorrichtung in Abhängigkeit des ermittelten Prüfergebnisses gekennzeichnet wird.

Description

Stand der Technik
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Handhabung von Elektrodenmaterial.
In der Fahrzeugindustrie gewinnt die Verwendung von Elektromotoren als alternatives Antriebskonzept zu konventionellen Verbrennungsmotoren zunehmend an Bedeutung. Es besteht daher eine hohe Nachfrage nach Energiespeichern zur Speicherung von elektrischer Energie, welche eine hohe Leistungsdichte, geringe Herstellungskosten und größtmögliche Betriebssicherheit vereinnen. Ferner besteht ein Trend zu dezentralen, regenerativen Energieerzeugungsanlagen, wie Windkraft- und Solaranlagen. Solche Energieerzeuger unterliegen witterungsbedingt vergleichsweise großen Leistungsschwankungen, welche nur durch die Verwendung von entsprechenden Energiespeichern abgefedert werden können. Auch hier besteht demnach ein hoher Bedarf an Energiespeichern mit hoher Leistungsdichte, geringen Herstellungskosten und größtmöglicher Betriebssicherheit.
Es ist bekannt elektrochemische Energiespeicherzellen, wie beispielsweise Lithium-Ionen-Akkumulatoren, durch mehrlagiges Wickeln oder Stapeln von Elektroden und Separatoren herzustellen. Die Elektroden werden vor dem Wickeln oder Stapeln dabei üblicherweise jeweils als Bandmaterial bereitgestellt. Für die Qualität der herzustellenden Energiespeicherzelle ist der Zustand des Elektrodenbandmaterials von großer Bedeutung. Die Verwendung von fehlerhaftem Elektrodenmaterial zum Aufbau einer Energiespeicherzelle kann beispielsweise zu minderwertigen oder nicht funktionfähigen Energiespeicherzellen oder zu einer Reduktion der Betriebssicherheit führen. Die hergestellten Energiespeicherzellen werden daher am Bandende des Herstellungsverfahrens einem Funktions- und Leistungstest unterzogen. Solche Energiespeicherzellen, die aufgrund ihres Aufbaus aus fehlerhaftem Elektrodenbandmaterial außerhalb des Toleranzbereiches liegen, werden sodann als Ausschussware aussortiert und der Wiederverwertung zugeführt.
Offenbarung der Erfindung
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Handhabung von Elektrodenmaterial und insbesondere zur Herstellung einer Energiespeicherzelle zur Verfügung zu stellen, welches eine hohe Qualität von Energiespeicherzellen und gleichzeitig eine kostengünstige Herstellung derselben ermöglicht.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Handhabung von Elektrodenmaterial, insbesondere zur Herstellung von Energiespeicherzellen, gelöst, wobei in einem ersten Verfahrensschritt das Elektrodenmaterial bereitgestellt wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt wenigstens ein Abschnitt des Elektrodenmaterials mittels einer Prüfvorrichtung geprüft wird und wobei in einem dritten Verfahrensschritt der geprüfte Abschnitt des Elektrodenmaterials von einer Kennzeichnungsvorrichtung mit einer mit dem ermittelten Prüfergebnis verknüpften Kennung versehen wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren sieht vor, dass das Elektrodenmaterial vor der Weiterverarbeitung zu einer Energiespeicherzelle auf Fehler geprüft und eine Kennzeichnung aufgebracht wird, welche mit dem entsprechenden Prüfergebnis verknüpft ist. Das Prüfergebnis kann direkt in die Kennung eingebetet sein oder das Prüfergebnis wird hinterlegt und mit der Kennung verkettet, so dass das Prüfergebnis später dem betreffenden Abschnitt mittels der Kennung zugeordnet werden kann. In vorteilhafter Weise wird hierdurch eine Erkennung in späteren Verarbeitungsschritten oder -stationen dahingehend möglich, ob das Elektrodenmaterial einer gewünschten Qualität entspricht oder nicht. Es wird also eine Erkennung von fehlerhaftem Elektrodenmaterial bereits vor oder während der Herstellung des Energiespeichers ermöglicht, so dass die Herstellung eines aufgrund der Verwendung von fehlerhaftem Elektrodenmaterial fehlerhaften Energiespeichers verhindert werden kann. Die Ausschussrate der Energiespeicherzellen wird somit erheblich gesenkt, wodurch vorteilhafterweise die Herstellungskosten und der Bedarf an Ressourcen insgesamt reduziert werden kann. Ferner ist jeder Abschnitt des Elektrodenmaterials individualisierbar und somit die Qualität jeder Elektrodenkomponente zu jedem Zeitpunkt, d.h. auch nach Herstellung des Energiespeichers, zurückzuverfolgen. Das Elektrodenmaterial umfasst insbesondere ein bogen- oder bandförmiges Bahnmaterial, welches vorzugsweise eine mit Aktivmaterial beschichtete Trägerfolie umfasst. Die Art des Aktivmaterials richtet sich nach dem jeweiligen Elektrodentyp, d.h. Anode oder Kathode. Der mit Hilfe des Elektrodenmaterials herzustellende Energiespeicher umfasst insbesondere eine Batterie, wie beispielsweise einen Lithium-Ionen-Akkumulator, oder einen Kondensator.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt der geprüfte Abschnitt des Elektrodenmaterials mit einer Kennung, insbesondere einem ein- oder mehrdimensionalen Muster, einer Prägung, einem Zahlencode, einem Farbcode und/oder einem Buchstabencode, versehen wird. In vorteilhafter Weise kann somit eine einfach aufzubringende und später leicht wieder auszulesende Klassifizierung des betreffenden Elektrodenmaterialabschnitts in Abhängigkeit des Prüfungsergebnisses erreicht werden. Die Verwendung von derartigen Mustern oder Codes ermöglicht zudem eine feine Abstufung unterschiedlicher Güteklassen, je nach ermittelter Qualität des Elektrodenmaterials. Das eindimensionale Muster kann beispielsweise einen Strichcode, wie beispielsweise eine Art Barcode umfassen, während das mehrdimensionale Muster vorzugsweise einen DM- oder QR-Code (Data-Matrix-Code oder Quick-Response-Code) umfasst. Denkbar ist auch, dass die Kennung eine reflektierende, lumineszierende, fluoreszierende und/oder phosphoreszierende Substanz umfasst, welche von einer Lesevorrichtung anhand ihrer reflektierenden, lumineszierenden, fluoreszierenden und/oder phosphoreszierenden Eigenschaften erkennbar ist. Die Kennung wird vorzugsweise mittels einer Art Laserdrucker auf die Aktivmaterialbeschichtung des Elektrodenmaterials oder auf einen nicht mit Aktivmaterial beschichteten Rand des Elektrodenmaterials gedruckt. Alternativ wäre auch denkbar, dass die Kennung in das Elektrodenmaterial in Form einer Prägung eingeprägt wird oder in das Elektrodenmaterial eingestanzt wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im zweiten Verfahrensschritt der Abschnitt des Elektrodenmaterials auf das Vorhandensein von Fehlstellen überprüft wird. Die Kennzeichnung des Elektrodenmaterials in Abhängigkeit des Prüfergebnisses ermöglicht vorzugsweise die Einteilung des Elektrodenmaterials in unterschiedliche Güteklassen. Denkbar ist, dass Energiespeicherzellen, die für den Einsatz in besonders sicherheitssensiblen Bereichen, beispielsweise in Flugzeugen, hergestellt werden, nur solches Elektrodenmaterial Verwendung findet, dessen Kennung eine verschwindend geringe Anzahl von Fehlstellen anzeigt, während bei Energiespeicherzellen, die für den Einsatz in weniger sicherheitsrelevanten Bereichen, beispielsweise in Consumer- oder Handwerkzeugen, auch solches Elektrodenmaterial verwendet werden könnte, welches eine geringe bis mittlere Anzahl von kleineren Fehlstellen aufweist. Eine Fehlstelle im Sinne der vorliegenden Erfindung ist insbesondere eine lokale oder räumliche begrenzte Abweichung bei wenigstens einem Parameter des Elektrodenmaterials gegenüber der Umgebung, beispielsweise in Form eines Lochs, eines Defekts, einer Einbuchtung, einer Ausbuchtung oder dergleichen, im Elektrodenbandmaterial.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im zweiten Verfahrensschritt der Abschnitt des Elektrodenmaterials mittels eines optischen Prüfverfahrens, mittels eines Transmissionsmessverfahrens, mittels einer Leitfähigkeitsmessung und/oder mittels einer Vermessung der dielektrischen Kapazität geprüft wird. Die genannten Prüfverfahren ermöglichen vorzugsweise eine kostengünstige, einfach zu implementierende, schnell durchführbare und zerstörungsfreie Prüfung des Elektrodenmaterials auf das Vorhandensein von Fehlstellen. Beim optischen Prüfverfahren wird vorzugsweise mit einer optischen Kamera oder einem Scanner ein oder mehrere Bilder des Abschnitts aufgenommen und in diesem Bild oder diesen Bildern nach Farb-, Kontrast- oder Helligkeitsabweichungen gesucht wird, um Fehlstellen zu detektieren und vorzugsweise zu quantifizieren. Es wird also eine optische Bahninspektion durchgeführt. Beim Transmissionsmessverfahren wird das Elektrodenmaterial durchleuchtet. Denkbar ist auch, dass das Bild oder die Bilder mit einem Referenzbild verglichen werden. Denkbar ist, dass nacheinander jeweils Bilder von Teilbereichen des Elektrodenmaterials aufgenommen werden und auf diese Weise das Elektrodenmaterial sukzessive vollständig abgescannt wird. Eine Fehlstelle im Elektrodenmaterial verursacht häufig eine Veränderung der Leitfähigkeit im Bereich der Fehlstelle. Durch eine Leitfähigkeitsmessung über das Elektrodenmaterial kann somit ebenfalls das Vorhandensein oder die Abwesenheit von Fehlstellen detektiert werden. Analog können derartige Fehlstellen auch durch eine Vermessung der dielektrischen Kapazität des Elektrodenmaterials detektiert werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt der Abschnitt des Elektrodenmaterials mit einer Kennung versehen wird, welche mit Informationen darüber verknüpft ist, ob und/oder in welchem Ausmaß im zweiten Verfahrensschritt in dem Abschnitt des Elektrodenmaterials Fehlstellen detektiert wurden. Denkbar ist auch, dass die Kennung Informationen darüber enthält, wie viele Fehlstellen detektiert wurden, so dass eine Klassifizierung des Abschnitts in eine bestimmte Güteklasse möglich ist. In späteren Verarbeitungsschritten und -stationen kann somit der entsprechende Abschnitt zur Herstellung eines Energiespeichers einer bestimmten Güte verwendet werden (wenn die Kennung beispielsweise das Vorhandensein keiner oder nur weniger kleiner Fehlstellen anzeigt) oder als Ausschuss aussortiert bzw. abgetrennt werden (wenn die Kennung das Vorhandensein vieler oder gravierender Fehlstellen anzeigt).
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass in einem vierten Verfahrensschritt die Kennung des Abschnitts des Elektrodenmaterials von einer Lesevorrichtung ausgelesen wird. Ein automatisches Auslesen der Kennung mittels der Lesevorrichtung ermöglicht eine automatisierte Weiterverarbeitung des Elektrodenmaterials in Abhängigkeit der Elektrodengüte, da die Information des Prüfergebnisses in der jeweiligen Kennung hinterlegt ist oder die Kennung eindeutig mit einem in der Steuervorrichtung oder einem Speicher hinterlegten Prüfergebnisses verknüpft ist. Die Lesevorrichtung umfasst insbesondere eine optische Kamera, einen Scanner oder dergleichen. Vorzugsweise weist die Lesevorrichtung ferner eine Lichtquelle auf, um die Kennung beim Auslesen zu beleuchten.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass in einem fünften Verfahrensschritt ein Elektrodenabschnitt vom Elektrodenmaterial mittels einer Trennvorrichtung abgetrennt wird. Vorteilhafterweise werden von dem band- oder bogenförmigen Elektrodenmaterial mittels der Trennvorrichtung einzelne Elektrodenabschnitte in entsprechenden Formen und Größen abgetrennt, welche sodann mit anderen Elektroden und Separatoren zu einem Energiespeicher stapelbar oder wickelbar sind.
Vorzugsweise wird im vierten Verfahrensschritt die von der Lesevorrichtung ausgelesenen Kennung von einer Steuervorrichtung ausgewertet wird und im fünften Verfahrensschritt die Trennvorrichtung von der Steuervorrichtung derart in Abhängigkeit des mit der ausgewerteten Kennung verknüpften Prüfergebnisses gesteuert wird, dass nur in solchen Abschnitten des Elektrodenmaterials ein Elektrodenabschnitt abgetrennt wird, deren Kennung mit einem Prüfergebnis verknüpft ist, welches das Fehlen von Fehlstellen oder ein noch akzeptables Ausmaß von Fehlstellen anzeigt, während solche Abschnitte des Elektrodenmaterials, deren Kennung mit einem Prüfergebnis verknüpft ist, welches das Vorhandensein von Fehlstellen oder das Überschreiten eines akzeptablen Ausmaßes von Fehlstellen anzeigt, insbesondere als Verschnitt vom Elektrodenmaterial abgetrennt werden. Das noch akzeptable Ausmaß ist insbesondere ein vordefinierter Parameter, welcher frei konfigurierbar ist. Das akzeptable Ausmaß definiert dabei die Toleranzgrenze und wird daher vorzugsweise in Abhängigkeit der Sollqualität des herzustellenden Energiespeichers ausgewählt. Die Trennvorrichtung weist vorzugsweise eine Schneid- oder Stanzeinheit auf. Die Trennvorrichtung wird insbesondere derart von der Steuervorrichtung gesteuert, dass nur der die Fehlstellen aufweisende Bereich des Elektrodenmaterials als Verschnitt abgetrennt wird. In vorteilhafter Weise werden somit nur solche Abschnitte des Elektrodenmaterials zur Herstellung von Energiespeichern verwendet, welche keine oder nur das erlaubte Maß an Fehlstellen aufweisen. Die Ausschussrate an fehlerhaften Energiespeichern kann somit erheblich gesenkt werden. Vorzugsweise werden nur die fehlerhaften Abschnitte vom Elektrodenmaterial als Verschnitt abgeschnitten. Die Größe der Abschnitte kann deutlich kleiner als die Größe der Elektroden sein, so dass der Verschnitt möglichst gering ausfällt.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass das Elektrodenmaterial mittels einer Transportvorrichtung durch die Prüfvorrichtung, durch die Kennzeichnungsvorrichtung, durch die Lesevorrichtung und durch die Trennvorrichtung transportiert wird. Denkbar ist, dass die Kennzeichnungsvorrichtung in die Prüfvorrichtung intergiert ist und/oder dass die Lesevorrichtung in die Trennvorrichtung integriert ist. Die Trennvorrichtung und die Prüfvorrichtung sind vorzugsweise voneinander beabstandet und räumlich getrennt. Denkbar ist beispielsweise, dass das Elektrodenmaterial nach der Prüfvorrichtung aufgerollt und als ganze Rolle transportiert bzw. ausgeliefert wird. Die Rolle wird dann erst an einem anderen Ort, welcher zur eigentlichen Herstellung von Energiespeichern vorgesehen ist, vor der Trennvorrichtung wieder entrollt.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Handhabung von Elektrodenmaterial, insbesondere zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, wobei die Vorrichtung eine Prüfvorrichtung zur Prüfung eines Abschnitts des Elektrodenmaterials aufweist und wobei die Vorrichtung eine Kennzeichnungsvorrichtung zur Kennzeichnung des geprüften Abschnitts des Elektrodenmaterials mit einer mit dem ermittelten Prüfergebnis verknüpften Kennung aufweist. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglicht in vorteilhafter Weise das Kennzeichnen von fehlerhaftem Elektrodenmaterial, so dass bei der Herstellung von Energiespeichern solches Elektrodenmaterial nicht verwendet wird bzw. aus dem Herstellungsprozess aussortiert werden kann. Die Kennzeichnung des Elektrodenmaterials mit einer mit dem jeweiligen Prüfergebnis verknüpften Kennung ermöglicht vorzugsweise die Einteilung des Elektrodenmaterials in unterschiedliche Güteklassen.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Kennzeichnungsvorrichtung dazu ausgebildet ist, den geprüften Abschnitt des Elektrodenmaterials mit einer Kennung, insbesondere einem ein- oder mehrdimensionalen Muster, eine Prägung, einem Zahlencode, einem Farbcode und/oder einem Buchstabencode, zu versehen. In vorteilhafter Weise kann somit eine einfach aufzubringende und später leicht wieder auszulesende Klassifizierung des betreffenden Elektrodenmaterialabschnitts in Abhängigkeit des Prüfungsergebnisses erreicht werden. Die Kennzeichnungsvorrichtung umfasst vorzugsweise eine Art Laserdrucker zum Drucken der Kennung mittels Laserstrahlen auf das Elektrodenmaterial oder einen nicht mit Aktivmaterial beschichteten Rand des Elektrodenmaterials. Alternativ wäre auch denkbar, dass die Kennzeichnungsvorrichtung einen Tintenstrahldrucker, einen Matrixdrucker oder eine Klebevorrichtung, welche die Kennung in Form eines Etiketts oder selbstklebenden Aufklebers auf das Elektrodenmaterial aufklebt, umfasst. Denkbar wäre auch, dass die Kennung in das Elektrodenmaterial oder in den Rand des Elektrodenmaterials geprägt oder eingestanzt wird. Die Kennzeichnungsvorrichtung umfasst in diesem Falle eine Prägeeinheit oder eine Stanze.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Prüfvorrichtung dazu ausgebildet ist, den Abschnitt des Elektrodenmaterials auf das Vorhandensein von Fehlstellen zu überprüfen. Die Prüfvorrichtung umfasst dabei vorzugsweise eine optische Messvorrichtung, eine Transmissionsmessvorrichtung, eine Leitfähigkeitsmessvorrichtung und/oder einer Messvorrichtung zur Vermessung einer dielektrischen Kapazität. Die genannten Prüfvorrichtungen ermöglichen vorzugsweise eine kostengünstige, einfach zu implementierende, schnell durchführbare und zerstörungsfreie Prüfung des Elektrodenmaterials auf das Vorhandensein von Fehlstellen. Die optische Messvorrichtung umfasst vorzugsweise eine optische Kamera oder einen Scanner. Die Transmissionsmessvorrichtung umfasst vorzugsweise eine Strahlenquelle und einen Detektor, die derart angeordnet ist, dass von der Strahlenquelle emittierte elektromagnetische Wellen durch den zu prüfenden Abschnitt des Elektrodenmaterials auf den Detektor gerichtet ist. Anhand des detektierten Transmissionsspektrums kann auf das Vorhandensein von Fehlstellen im Abschnitt des Elektrodenmaterials rückgeschlossen werden. Die Leitfähigkeitsmessvorrichtung weist vorzugsweise wenigstens zwei Kontakte jeweils zum Kontaktieren des Elektrodenmaterials auf, zwischen denen ein elektrischer Widerstand gemessen wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Lesevorrichtung zum Auslesen der Kennung des Abschnitts des Elektrodenmaterials aufweist. Vorzugsweise weist die Vorrichtung ferner eine Trennvorrichtung zum Abtrennen eines Elektrodenabschnitts von dem Elektrodenmaterial auf. Ferner weist die Vorrichtung vorzugsweise eine Steuervorrichtung zum Auswerten der von der Lesevorrichtung ausgelesenen Kennung und zum Steuern der Trennvorrichtung in Abhängigkeit der Auswertung der Kennung auf. Hierbei wird von der Steuervorrichtung entweder das Prüfergebnis aus der Kennung ausgelesen oder die Kennung mit einem hinterlegten Prüfergebnis verknüpft. Die Steuervorrichtung ist vorzugsweise derart konfiguriert, dass die Trennvorrichtung nur in solchen Abschnitten des Elektrodenmaterials einen Elektrodenabschnitt abtrennt, deren Kennung mit einem Prüfergebnis verknüpft ist, welches das Fehlen von Fehlstellen oder ein noch akzeptables Ausmaß von Fehlstellen anzeigt, während solche Abschnitte des Elektrodenmaterials, deren Kennung mit einem Prüfergebnis verknüpft ist, welches das Vorhandensein von Fehlstellen oder das Überschreiten eines akzeptablen Ausmaßes von Fehlstellen anzeigt, insbesondere als Verschnitt vom Elektrodenmaterial abgetrennt werden. In vorteilhafter Weise werden somit nur solche Abschnitte des Elektrodenmaterials zur Herstellung von Energiespeichern verwendet, welche keine oder nur das erlaubte Maß an Fehlstellen aufweisen. Die Ausschussrate an fehlerhaften Energiespeichern kann somit erheblich gesenkt werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Vorrichtung eine Transportvorrichtung zum sukzessiven Transport des Elektrodenmaterials durch die Prüfvorrichtung, durch die Kennzeichnungsvorrichtung, durch die Lesevorrichtung und durch die Trennvorrichtung aufweist. Denkbar ist, dass die Kennzeichnungsvorrichtung in die Prüfvorrichtung intergiert ist und/oder dass die Lesevorrichtung in die Trennvorrichtung integriert ist. Die Transportvorrichtung umfasst insbesondere angetriebene und nicht angetriebene Transportrollen, über welche das bandartige Elektrodenmaterial geführt wird.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner eine Elektrode, welche gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahre gehandhabt und hergestellt ist, wobei die Elektrode eine Kennung aufweist. Die Kennung ist fest mit einem Prüfungsergebnis verknüpft, so dass vorteilhafterweise aufgrund der Kennung jederzeit ein Rückschluss auf die Qualität des Elektrodenmaterials möglich ist. Die Elektrode wird durch Abtrennen des entsprechenden Elektrodenabschnitts vom Elektrodenbandmaterial mittels der Trennvorrichtung hergestellt.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ferner ein Energiespeicher, welcher die erfindungsgemäße Elektrode aufweist.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 zeigt eine schematische Ansicht eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Handhabung von Elektrodenmaterial gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt eine schematische Aufsicht eines Elektrodenmaterialbandes, welches mittels des Verfahrens und der Vorrichtung zur Handhabung von Elektrodenmaterial gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Kennungen versehen wurde.
Ausführungsformen der Erfindung
In 1 wird eine schematische Ansicht eines Verfahrens und einer Vorrichtung 1 zur Handhabung von Elektrodenmaterial 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die Handhabung erfolgt im Rahmen eines Herstellungsverfahrens zur Herstellung einer Energiespeichers (nicht dargestellt), insbesondere in Form eines Lithium-Ionen-Akkumulators. Die Vorrichtung 1 weist eine Prüfvorrichtung 3, eine Kennzeichnungsvorrichtung 4, eine Lesevorrichtung 5, eine Trennvorrichtung 6, eine Steuervorrichtung 13 und eine Transportvorrichtung 7 auf.
In einem ersten Verfahrensschritt wird band- oder bogenförmiges Elektrodenmaterial 2 bereitgestellt und mittels der Transportvorrichtung 7 von links nach rechts (siehe Pfeil 8) durch die Vorrichtung 1 transportiert. Das Elektrodenmaterial 2 umfasst vorzugsweise eine Trägerfolie, welche mit Aktivmaterial beschichtet ist. Die Art des Aktivmaterials richtet sich danach, ob das Elektrodenmaterial 2 als Anode oder als Kathode beim herzustellenden Energiespeicher fungieren soll.
Das Elektrodenmaterial 2 wird dabei durch die Prüfvorrichtung 3 transportiert, durch welche im Rahmen eines zweiten Verfahrensschritts eine Prüfung des Elektrodenmaterials 2 durchgeführt wird. Hierbei wird ein gerade in der Prüfvorrichtung 3 befindlicher Abschnitt 9 des Elektrodenmaterials 2 dahingehend geprüft, ob das Elektrodenmaterial 2 in diesem Abschnitt 9 Fehlstellen (nicht dargestellt) aufweist. Fehlstellen sind unerwünschte lokal begrenzte Abweichungen in der Beschaffenheit des Elektrodenmaterials 2 im Vergleich zur Beschaffenheit des übrigen Elektrodenmaterials 2 um die Fehlstelle herum, wie beispielsweise Löcher, Risse, Erhebungen, Einbuchtungen, Defekte, Leitfähigkeitsabweichungen, Ablösungen des Aktivmaterials, Verschmutzungen oder dergleichen. Die Prüfvorrichtung 3 umfasst vorzugsweise eine optische Messvorrichtung, welche eine Bahninspektion durchführt, um Fehlstellen zu detektieren. Denkbar ist, dass die optische Messvorrichtung eine optische Kamera oder einen Scanner zur Aufnahme eines Bildes von dem Abschnitt 9 aufweist, wobei das aufgenommene Bild auf Farb-, Kontrast- oder Helligkeitsabweichungen analysiert wird, um Fehlstellen zu detektieren und vorzugsweise zu quantifizieren. Alternativ oder zusätzlich weist die Prüfvorrichtung 3 eine Transmissionsmessvorrichtung auf, in welcher das Elektrodenmaterial 2 zwischen einer Strahlenquelle und einem Detektor hindurchgeführt wird. Von der Strahlenquelle emittierte elektromagnetische Strahlung läuft dabei durch das Elektrodenmaterial 2 hindurch und trifft auf den Detektor, wobei anhand des vom Detektor aufgezeichneten Transmissionsspektrums auf das Vorhandensein von Fehlstellen rückgeschlossen werden kann. Ferner werden dabei vorzugsweise die Anzahl und die mittlere Größe der Fehlstellen bestimmt. Das Prüfergebnis, d.h. die Informationen über das Vorhandensein oder Nicht-Vorhandensein von Fehlstellen, sowie ggf. die Anzahl, die Position und die Größe der jeweiligen Fehlstellen, für den betreffenden Abschnitt 9 wird an die Kennzeichnungsvorrichtung 4 und/oder an die Steuervorrichtung 13 übertragen. Alternativ ist auch denkbar, dass das Prüfergebnis an einen Datenspeicher, insbesondere der Kennzeichnungsvorrichtung 4 und/oder der Steuervorrichtung 13, übertragen und dort abgelegt wird.
In der Kennzeichnungsvorrichtung 4 wird der betreffende Abschnitt 9 in einem dritten Verfahrensschritt mit einer Kennung 10 versehen, welche mit dem Prüfergebnis verknüpft ist. Anhand der Kennung 10 kann sodann jederzeit auf das vorzugsweise in einem Datenspeicher der Steuervorrichtung 13 hinterlegte Prüfergebnis für diesen Abschnitt 9 zurückgeschlossen werden, um die Informationen über etwaige Fehlstellen in diesem Abschnitt 9 abzurufen. Alternativ ist auch denkbar, dass das Prüfergebnis direkt in die Kennung 10 eingebettet ist. Die Kennung 10 umfasst einen ein- oder mehrdimensionale Muster, einem Zahlencode, einen Farbcode, einen Buchstabencode oder dergleichen. Im vorliegenden Beispiel umfasst die Kennung 10 ein zweidimensionales, schwarz-weißes Pixelmuster (auch als DM- oder QR-Code bezeichnet). Die Kennzeichnungsvorrichtung 4 umfasst vorzugsweise eine Art Laserdrucker, um die Kennung 10 direkt auf die Aktivmaterialbeschichtung des Elektrodenmaterials 2 oder auf einen nicht mit Aktivmaterial beschichteten Rand des Elektrodenmaterials 2 aufzudrucken. Alternativ wäre auch denkbar, dass die Kennung in das Elektrodenmaterial 2 eingestanzt wird. Die Abstände zwischen den Kennungen 10 werden vorzugsweise derart gewählt, dass die anschließend zugeschnittenen Elektrodenabschnitte 11 jeweils genau eine Kennung 10 aufweisen.
In einem vierten Verfahrensschritt wird das Elektrodenmaterial 2 durch eine Trennvorrichtung 6 geführt, welche zum Abtrennen einzelner Elektrodenabschnitte 11 vom bandförmigen Elektrodenrohmaterial 2, beispielsweise mittels einer Schneid- oder Stanzvorrichtung, im Rahmen eines fünften Verfahrensschrittes vorgesehen ist, um das Elektrodenmaterial 2 in die zur Weiterverarbeitung erforderliche Größe und Form zuzuschneiden. Insbesondere werden Elektrodenabschnitte 11 von dem Elektrodenmaterial 2 abgeschnitten, welche dann in weiteren Schritten (nicht dargestellt) mit anderen Elektroden und Separatoren zu Energiespeichern gestapelt oder gewickelt werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform weist die Trennvorrichtung 6 eine Lesevorrichtung 5 auf, welche dazu vorgesehen ist, die auf dem Elektrodenmaterial 2 befindliche Kennung 10 im Rahmen eines vierten Verfahrensschrittes automatisch auszulesen. Die Lesevorrichtung 5 weist hierfür beispielsweise eine optische Kamera oder einen Scanner auf. Optional weist die Lesevorrichtung 5 eine Beleuchtungseinrichtung zur Beleuchtung der Kennung 10 währen des Auslesens auf. Die Informationen der ausgelesenen Kennung 10 werden an eine Steuervorrichtung 13 gesendet, welche die Informationen auswertet und einem Prüfungsergebnis zuordnet. Das zum betreffenden Abschnitt 9 zugehörige Prüfergebnis wird vorzugsweise anhand der Kennung 10 identifiziert und aus dem Datenspeicher der Steuervorrichtung 13 ausgelesen. Denkbar sind grundsätzlich jedoch beide Möglichkeiten: Das Prüfungsergebnis ist unmittelbar in die Kennung eingebettet oder aufgrund der Identifizierung der Kennung 10 erfolgt eine Zuordnung des Abschnitts 9 zu einem in dem Datenspeicher der Steuervorrichtung 13 bereits vorliegenden Prüfungsergebnis.
Die Trennvorrichtung 6 wird von der Steuervorrichtung 13 sodann in Abhängigkeit des Prüfungsergebnisses gesteuert. Wenn das Prüfungsergebnis anzeigt, dass in dem betreffenden Abschnitt 9 keine Fehlstellen oder eine noch akzeptable Anzahl von Fehlstellen vorhanden sind, wird ein Elektrodenabschnitt 11 in gewünschter Form und Größe vom Elektrodenbandmaterial 2 abgeschnitten. Wenn das Prüfungsergebnis anzeigt, dass in dem betreffenden Abschnitt 9 Fehlstellen oder eine bestimmte Anzahl und Größe von Fehlstellen, welche nicht mehr unter das akzeptable Ausmaß fallen, vorhanden sind, wird vom Elektrodenbandmaterial 2 der betreffende Abschnitt 9 als Verschnitt 12 abgeschnitten und aus dem Herstellungsverfahren entfernt. Die Größe des Verschnitts 12 wird nur so groß gewählt, dass der die Fehlstellen aufweisende Bereich entfernt wird. Auf diese Weise wird einerseits verhindert, dass ein fehlerhafter Elektrodenabschnitt 11 in den Herstellungsprozess zur Herstellung der Energiespeicher gelangt, und andererseits wird der Verschnitt so klein wie möglich gewählt.
In einer nicht dargestellten alternativen Ausführungsform weist die Trennvorrichtung 6 keine Lesevorrichtung 5 auf und ist zwischen der Prüfvorrichtung 3 und der Kennzeichnungsvorrichtung 4 angeordnet. Bei dieser Ausführungsform werden die vom Elektrodenbandmaterial 2 abgeschnittenen Elektrodenabschnitte 11 mit der Kennung 10 versehen. Die Kennung 10 und das zugehörige Prüfergebnis kann sodann in weiteren nicht illustrierten Herstellungsschritten verwendet werden.
In 2 ist eine schematische Aufsicht eines Elektrodenmaterialbandes 2, welches mittels des Verfahrens und der Vorrichtung zur Handhabung von Elektrodenmaterial 2 gemäß der beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Kennungen 10 versehen wurde dargestellt. Es ist dabei ein Elektrodenmaterial 2 nach Verlassen der Kennzeichnungsvorrichtung 4 und zeitlich vor dem Zerschneiden in der Trennvorrichtung 6 dargestellt.
Es ist zu sehen, dass das Elektrodenmaterialband 2 in unterschiedliche Abschnitte 9 aufgeteilt ist, wobei jeder Abschnitt 9 eine Kennung 10 aufweist, welche mit einem in der Prüfvorrichtung 3 erzeugten Prüfergebnis fest verknüpft ist und somit eine Aussage über die Qualität des betreffenden Abschnitts 9 erlaubt. Jeder Abschnitt 9 stellt nach dem Zerteilen eine Elektrode 9 gemäß der vorliegenden Erfindung dar und dient dem Aufbau eines erfindungsgemäßen Energiespeichers.
Bezugszeichenliste

1: Vorrichtung
2: Elektrodenmaterial
3: Prüfvorrichtung
4: Kennzeichnungsvorrichtung
5: Lesevorrichtung
6: Trennvorrichtung
7: Transportvorrichtung
8: Transportrichtung
9: Abschnitt
10: Kennung
11: Elektrodenabschnitt
12: Verschnitt
13: Steuervorrichtung

Claims

Verfahren zur Handhabung von Elektrodenmaterial (2), insbesondere zur Herstellung von Energiespeichern, wobei in einem ersten Verfahrensschritt das Elektrodenmaterial (2) bereitgestellt wird, wobei in einem zweiten Verfahrensschritt wenigstens ein Abschnitt (9) des Elektrodenmaterials (2) mittels einer Prüfvorrichtung (3) geprüft wird und wobei in einem dritten Verfahrensschritt der geprüfte Abschnitt (9) des Elektrodenmaterials (2) von einer Kennzeichnungsvorrichtung (4) mit einer mit dem ermittelten Prüfergebnis verknüpften Kennung (10) versehen wird.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei im dritten Verfahrensschritt der geprüfte Abschnitt (9) des Elektrodenmaterials (2) mit einer Kennung (10) in Form eines ein- oder mehrdimensionalen Musters, einer Prägung, einem Zahlencode, einem Farbcode und/oder einem Buchstabencode versehen wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei im zweiten Verfahrensschritt der Abschnitt (9) des Elektrodenmaterials (2) auf das Vorhandensein von Fehlstellen überprüft wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei im zweiten Verfahrensschritt der Abschnitt (9) des Elektrodenmaterials (2) mittels eines optischen Prüfverfahrens, mittels eines Transmissionsmessverfahrens, mittels einer Leitfähigkeitsmessung und/oder mittels einer Vermessung der dielektrischen Kapazität geprüft wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 3 oder 4, wobei im dritten Verfahrensschritt der Abschnitt (9) des Elektrodenmaterials (2) mit einer Kennung (10) versehen wird, welche mit Informationen darüber verknüpft ist, ob und/oder in welchem Ausmaß im zweiten Verfahrensschritt in dem Abschnitt (9) des Elektrodenmaterials (2) Fehlstellen detektiert wurden.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem vierten Verfahrensschritt die Kennung (10) des Abschnitts (9) des Elektrodenmaterials (2) von einer Lesevorrichtung (5) ausgelesen wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei in einem fünften Verfahrensschritt ein Elektrodenabschnitt (11) vom Elektrodenmaterial (2) mittels einer Trennvorrichtung (6) abgetrennt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei im vierten Verfahrensschritt die von der Lesevorrichtung ausgelesene Kennung (10) von einer Steuervorrichtung (13) ausgewertet wird und im fünften Verfahrensschritt die Trennvorrichtung (6) von der Steuervorrichtung (13) derart in Abhängigkeit des mit der ausgewerteten Kennung (10) verknüpften Prüfergebnisses gesteuert wird, dass nur in solchen Abschnitten (9) des Elektrodenmaterials (2) ein Elektrodenabschnitt (12) abgetrennt wird, deren Kennung (10) mit einem Prüfergebnis verknüpft ist, welches das Fehlen von Fehlstellen oder ein noch akzeptables Ausmaß von Fehlstellen anzeigt, während solche Abschnitte (9) des Elektrodenmaterials (2), deren Kennung (10) mit einem Prüfergebnis verknüpft ist, welches das Vorhandensein von Fehlstellen oder das Überschreiten eines akzeptablen Ausmaßes von Fehlstellen anzeigt, als Verschnitt (12) vom Elektrodenmaterial (2) abgetrennt werden.
Verfahren nach Anspruch 8, wobei die Trennvorrichtung (6) derart von der Steuervorrichtung (13) gesteuert wird, dass nur der die Fehlstellen aufweisende Bereich des Elektrodenmaterials (2) als Verschnitt (12) abgetrennt wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Elektrodenmaterial (2) mittels einer Transportvorrichtung (7) durch die Prüfvorrichtung (3), durch die Kennzeichnungsvorrichtung (4), durch die Lesevorrichtung (5) und durch die Trennvorrichtung (6) transportiert wird.
Vorrichtung (1) zur Handhabung von Elektrodenmaterial (2), insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung (1) eine Prüfvorrichtung (3) zur Prüfung eines Abschnitts (9) des Elektrodenmaterials (2) aufweist und wobei die Vorrichtung (1) eine Kennzeichnungsvorrichtung (4) zur Kennzeichnung des geprüften Abschnitts (9) des Elektrodenmaterials (2) mit einer mit dem ermittelten Prüfergebnis verknüpften Kennung (10) aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 11, wobei die Kennzeichnungsvorrichtung (4) dazu ausgebildet ist, den geprüften Abschnitt (9) des Elektrodenmaterials (2) mit einer Kennung (10), insbesondere einem ein- oder mehrdimensionalen Muster, einer Prägung, einem Zahlencode, einem Farbcode und/oder einem Buchstabencode, zu versehen.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 oder 12, wobei die Prüfvorrichtung (3) dazu ausgebildet ist, den Abschnitt (9) des Elektrodenmaterials (2) auf das Vorhandensein von Fehlstellen zu überprüfen.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Prüfvorrichtung (3) eine optische Messvorrichtung, eine Transmissionsmessvorrichtung, eine Leitfähigkeitsmessvorrichtung und/oder einer Messvorrichtung zur Vermessung einer dielektrischen Kapazität umfasst.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Vorrichtung (1) eine Lesevorrichtung (5) zum Auslesen der Kennung (10) des Abschnitts (9) des Elektrodenmaterials (2) aufweist.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Vorrichtung (1) eine Trennvorrichtung (6) zum Abtrennen eines Elektrodenabschnitts (11) von dem Elektrodenmaterial (2) aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 16, wobei die Vorrichtung (1) eine Steuervorrichtung (13) zum Auswerten der von der Lesevorrichtung (5) ausgelesenen Kennung (10) und zum Steuern der Trennvorrichtung (6) in Abhängigkeit der Auswertung der Kennung (10) aufweist.
Vorrichtung (1) nach Anspruch 17, wobei die Steuervorrichtung (13) derart konfiguriert ist, dass die Trennvorrichtung (6) nur in solchen Abschnitten (9) des Elektrodenmaterials (2) einen Elektrodenabschnitt (11) abtrennt, deren Kennung (10) mit einem Prüfergebnis verknüpft ist, welches das Fehlen von Fehlstellen oder ein noch akzeptables Ausmaß von Fehlstellen anzeigt, während solche Abschnitte (9) des Elektrodenmaterials (2), deren Kennung (10) mit einem Prüfergebnis verknüpft ist, welches das Vorhandensein von Fehlstellen oder das Überschreiten eines akzeptablen Ausmaßes von Fehlstellen anzeigt, als Verschnitt (12) vom Elektrodenmaterial (2) abgetrennt werden.
Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei die Vorrichtung (1) eine Transportvorrichtung (7) zum Transport des Elektrodenmaterials (2) durch die Prüfvorrichtung (3), durch die Kennzeichnungsvorrichtung (4), durch die Lesevorrichtung (5) und durch die Trennvorrichtung (6) aufweist.
Elektrode (9) hergestellt nach einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Elektrode (9) eine Kennung (10) aufweist.
Energiespeicher aufweisend eine Elektrode (9) gemäß Anspruch 20.