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Stand der Technik
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Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Prüfung einer Elektrode.
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Im Automobilbereich gewinnen Elektromotoren als alternatives Antriebskonzept zu Verbrennungsmotoren zunehmend an Bedeutung. Der limitierende Faktor bei Elektro- und Hybridfahrzeugen sowohl hinsichtlich der zu erzielenden Fahrleistungen und Reichweiten, als auch bei der Reduktion der Herstellungskosten auf ein zum konventionellen Verbrennungsfahrzeug konkurrenzfähiges Niveau sind stets die Energiespeicher zur Speicherung der elektrischen Energie für die Elektromotoren. Daneben finden Energiespeicher zunehmend Anwendung in dezentralen und auf sogenannten regenerativen Energien basierenden Energieerzeugungsanalagen, wie beispielsweise in Wind-, Wasser- und Solarenergieanlagen, um die wetterbedingt ungleichmäßige Energieerzeugung zu puffern. Es besteht daher ein hoher Bedarf an elektrischen Energiespeichern, welche eine hohe Leistungsdichte aufweisen und vergleichsweise kostengünstig herstellbar sind.
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Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Energiespeicherzellen aus Elektroden aufzubauen. Üblicherweise wird dabei zunächst eine Elektrodenbahn durch Beschichtung einer Folie mit entsprechendem Aktivmaterial erzeugt. Anschließend wird die Elektrodenbahn kalandriert, gegebenenfalls geschnitten und eine Energiespeicherzelle durch Stapeln, Falten und/oder Wickeln der Elektrodenbahn mit einer weiteren Elektrode und/oder einem Separator hergestellt.
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Die Qualität der Elektrodenbahn ist für die gefertigte Energiespeicherzelle von zentraler Bedeutung. Damit eine funktionsfähige, hochwertige und betriebssichere Energiespeicherzelle entsteht, muss die Elektrodenbahn eine Beschichtung mit Aktivmaterial von konstanter Dicke aufweisen und die Oberfläche muss frei von Fehlstellen und Verunreinigungen sein.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welches bzw. welche in einfach und kostengünstig zu implementierender Weise eine zuverlässige Prüfung einer für die Herstellung eines Energiespeichers vorgesehenen Elektrode einerseits auf ihre Schichtdicke oder auf eine gewünschte Schichtdicke und andererseits auf das Fehlen von oberflächlichen Fehlstellen und Verunreinigungen erlaubt.
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Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Prüfung einer für die Herstellung eines Energiespeichers vorgesehenen Elektrode mit den Schritten: Bereitstellen der Elektrode in einem ersten Verfahrensschritt, thermisches Anregen der Elektrode in einem zweiten Verfahrensschritt, Erstellen eines Thermogramms der Elektrode in einem dritten Verfahrensschritt und Auswerten des Thermogramms in einem vierten Verfahrensschritt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass in einem vergleichsweise einfach und bauraumkompakt in ein bestehendes Energiespeicherherstellungsverfahren zu integrierenden Verfahrensschritt eine Überprüfung sowohl der Schichtdicke, als auch der fehlerfreien Oberflächenbeschaffenheit der Elektrode ermöglicht wird. Hierdurch ist eine laufende Qualitätskontrolle bei der Herstellung von Energiespeichern möglich. Insbesondere können hierdurch fehlerhafte Elektroden sofort aus dem Herstellungsprozess aussortiert werden. Es wird somit im Vorfeld vermieden, dass aus fehlerhaften Elektroden Energiespeicher zusammengebaut werden, welche erst im späteren Funktionstest am Bandende aussortiert werden. Wenn fehlerhafte oder minderwertige Elektroden sofort erkannt und aussortiert werden, wird die Ausschussrate beim Funktionstest der fertigen Energiespeicher erheblich reduziert. Die Herstellungskosten werden hierdurch insgesamt gesenkt. Im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst das Thermogramm insbesondere ein einzelnes Thermogramm oder eine Thermogrammsequenz, d.h. eine zeitliche Abfolge von Thermogrammen. Das Thermogramm ist dabei ein Wärmebild wenigstens eines Teilbereichs der Elektrode. Denkbar ist, dass eine Mehrzahl von thermischen Messdaten in einem Falschfarbenbild dargestellt wird. Vorzugsweise ist jedem Bildpunkt des Wärmebilds ein konkreter Temperaturmesswert zugeordnet. Die Elektrode umfasst vorzugsweise ein Bandmaterial, beispielsweise eine Folienbahn, welches einseitig oder beidseitig mit Aktivmaterial beschichtet ist. Der Energiespeicher umfasst insbesondere eine Batterie, wie beispielsweise einen Lithium-Ionen-Akkumulator, oder einen Kondensator.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im zweiten Verfahrensschritt die Elektrode mittels einer Infrarotlichtquelle thermisch angeregt wird. In vorteilhafter Weise wird die Elektrode durch die Infrarotlichtquelle thermisch angeregt bzw. erwärmt. Im dritten Verfahrensschritt wird das Thermogramm dann vorzugsweise mittels einer Wärmebildkamera aufgenommen. Im Thermogramm lassen sich Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche der Elektrode vergleichsweise einfach detektieren, da sich durch Defekte, wie beispielsweise eingeschlossene Verunreinigungen, die thermischen Eigenschaften im betreffenden Bereich verändern und somit eine Abweichung im Thermogramm zu sehen ist. Bei Abwesenheit solcher Abweichungen im Thermogramm kann darauf geschlossen werden, dass der geprüfte Elektrodenbereich keine Oberflächendefekte aufweist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Elektrode während des zweiten und dritten Verfahrensschrittes mittels eines Transportmechanismus kontinuierlich relativ zur Infrarotlichtquelle und relativ zur Wärmebildkamera transportiert wird. Vorzugsweise wird die Elektrode von dem Transportmechanismus kontinuierlich an der Infrarotlichtquelle vorbei, zur Wärmebildkamera und schließlich an der Wärmebildkamera vorbei transportiert. Das von der Wärmebildkamera aufgenommene Wärmebild zeigt sodann nicht nur eine Momentaufnahme der aktuellen Temperaturverteilung in der Elektrode, sondern auch einen Temperaturverlauf der Elektroden. Aus dem Temperaturverlauf kann eine Aufwärmcharakteristik abgeleitet werden, da der betreffende Elektrodenbereich der Anregung durch die Anregungseinheit nur zeitlich begrenzt ausgesetzt ist, und/oder eine Abkühlcharakteristik abgeleitet werden, da der betreffende Elektrodenbereich in einem Randbereich des Sichtfeldes der Wärmebildkamera bereits mehr Zeit zum Abkühlen zur Verfügung hatte, als im gegenüberliegenden Randbereich des Sichtfeldes, in welchem der Elektrodenbereich gerade erst die Infrarotlichtquelle passiert hat (natürlich je nach Abstand zwischen Infrarotlichtquelle und Wärmebildkamera). In vorteilhafter Weise kann aus dem Temperaturverlauf bzw. der Aufwärm- und/oder Abkühlcharakteristik darauf geschlossen werden, ob die Elektrode eine gleichmäßige Beschichtung mit Aktivmaterial aufweist und insbesondere ob die Schichtdicke im gewünschten Bereich liegt. Eine bereichsweise variierende Schichtdicke würde nämlich zu einer Abweichung der Wärmekapazität der Elektrode und somit zu einer veränderten Aufwärm- oder Abkühlcharakteristik führen, die bei der Auswertung des Thermogramms detektierbar ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im vierten Verfahrensschritt das im dritten Verfahrensschritt erstellte Thermogramm mit einem vorgegebenen Referenzthermogramm verglichen wird. Das Referenzthermogramm wurde vorzugsweise in einer initialen Referenzmessung, die in einem nullten Verfahrensschritt einmalig durchgeführt wird, an einer nachweislich fehlerfreien Elektrode ermittelt. In vorteilhafter Weise kann durch einen Vergleich des aufgenommenen Thermogramms mit dem Referenzthermogramm ermittelt werden, ob die aktuell getestete Elektrode, d.h. diejenige Elektrode, von der das aufgenommene Thermogramm stammt, in Ordnung ist oder Fehler bzw. Abweichungen aufweist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im vierten Verfahrensschritt aus dem Thermogramm ein Temperaturverlauf der Elektrode und insbesondere eine Aufwärm- oder Abkühlcharakteristik der Elektrode bestimmt werden. Aus dem Temperaturverlauf bzw. der Aufwärm- bzw. Abkühlcharakteristik kann vorteilhafterweise die Schichtdicke, die Dichte und/oder das Flächengewicht des Aktivmaterialschicht der Elektrode bestimmt werden. Vorzugsweise wird im vierten Verfahrensschritt der ermittelte Temperaturverlauf mit einem vorgegebenen Referenztemperaturverlauf verglichen und insbesondere die ermittelte Aufwärm- bzw. Abkühlcharakteristik mit einer vorgegebenen Referenzcharakteristik verglichen. Auf diese Weise kann geprüft werden, ob die Elektrodenoberfläche Fehlstellen oder Verunreinigungen aufweist und gleichzeitig ob die Schichtdicke des Aktivmaterials der Elektrode im Wesentlichen konstant ist. Der Referenztemperaturverlauf bzw. die Referenzcharakteristik werden wiederum in einer initialen Referenzmessung, die in einem nullten Verfahrensschritt einmalig durchgeführt wird, an einer nachweislich fehlerfreien Elektrode ermittelt. Aus dem Temperatur- bzw. Temperaturverlaufsbild kann zudem eine Bestimmung des Flächengewichts, sowie der Grad der Verdichtung des Aktivmaterials bestimmt werden. Alternativ wäre auch denkbar, dass anstelle des Vergleichs mit entsprechenden Referenzwerten ein geeignetes Rechenmodell zur Berechnung von Schichtdicken, Flächengewichten usw. herangezogen wird. Vorzugsweise werden mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens die Schichtdicke, das Flächengewicht und die Porosität der Elektrodenbeschichtung in Abhängigkeit des Temperaturverlaufs und der Maximaltemperatur bestimmt. Vorteilhafterweise müssen lediglich zwei der drei Größen (Schichtdicke, Flächengewicht und Porosität) bestimmt werden, da die verbleibende dritte Größe aus den beiden anderen Größen zu bestimmen ist.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass in einem fünften Verfahrensschritt die Elektrode als ordnungsgemäß bewertet wird, wenn die durch den Vergleich ermittelte Differenz zwischen dem Thermogramm und dem Referenzthermogramm und/oder zwischen dem Temperaturverlauf und dem Referenztemperaturverlauf und/oder zwischen der Aufwärm- oder Abkühlcharakteristik und der Referenzcharakteristik innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegt und wobei die Elektrode als nicht ordnungsgemäß bewertet wird, wenn die Differenz außerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs liegt. Vorteilhafterweise werden somit Elektroden, die Oberflächendefekte oder Schichtdickenabweichungen aufweisen, sofort erkannt und können aus dem Herstellungsverfahren des Energiespeichers aussortiert werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im ersten Verfahrensschritt eine Elektrode in Form einer beidseitig mit Aktivmaterial beschichteten Folienbahn bereitgestellt wird, wobei im zweiten Verfahrensschritt beide Seiten der Elektrode thermisch angeregt werden und wobei im dritten Verfahrensschritt von beiden Seiten der Elektrode jeweils ein Thermogramm erstellt werden, welche im vierten Verfahrensschritt ausgewertet werden. In vorteilhafter Weise können somit in einem einzigen Verfahren beide Seiten der Elektrode geprüft werden. Durch die Verwendung zweier verschiedener Anregungs- und Erfassungseinheiten können für die beiden unterschiedlichen Seiten der Elektrode zudem vorteilhafterweise unterschiedliche Analyseparameter, beispielsweise eine unterschiedliche thermische Anregungen, verwendet werden. Dies ist insbesondere bei unterschiedlichen Schichtdicken hilfreich. Es ist ferner denkbar, dass die ermittelten Thermogramme nicht jeweils mit einem Referenzthermogramm verglichen werden, sondern dass das Thermogramm der Oberseite der Elektrode mit dem Thermogramm der Unterseite der Elektrode verglichen wird, um etwaige Fehlstellen und Schichtdickenabweichungen detektieren zu können.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeicherzelle, wobei in einem ersten Herstellungsschritt wenigstens eine Elektrode bereitgestellt wird, wobei in einem zweiten Herstellungsschritt die wenigstens eine Elektrode kalandriert wird und wobei in einem dritten Herstellungsschritt die wenigstens eine Elektrode mit dem vorstehend erläuterten erfindungsgemäßen Verfahren zur Prüfung einer Elektrode geprüft wird, wobei in einem vierten Herstellungsschritt eine Energiespeicherzelle durch Stapeln, Falten und/oder Wickeln der wenigstens einen Elektrode hergestellt wird, wenn die wenigstens eine Elektrode im fünften Verfahrensschritt als ordnungsgemäß bewertet wurde. In vorteilhafter Weise wird die Prüfung der Elektrode in das Herstellungsverfahren eingebettet, so dass die betreffende Elektrode noch vor dem Verbau in einer Energiespeicherzelle geprüft und ggf. aussortiert werden kann. Vorzugsweise wird im vierten Herstellungsschritt die Energiespeicherzelle durch Stapeln, Falten und/oder Wickeln der Elektrode mit einer weiteren Elektrode und/oder einem Separator hergestellt. Denkbar ist, dass auch die weitere Elektrode mit dem vorstehend erläuterten erfindungsgemäßen Verfahren zur Prüfung einer Elektrode geprüft wird. Denkbar ist, dass die wenigstens eine Elektrode im zweiten Herstellungsschritt, insbesondere nach dem Kalandrieren, geschnitten wird.
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Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Prüfung einer für die Herstellung eines Energiespeichers vorgesehenen Elektrode, wobei die Vorrichtung eine Bereitstellungseinheit zur Bereitstellung der Elektrode, eine Anregungseinheit zur thermischen Anregung der Elektrode, eine Erfassungseinheit zur Erstellung eines Thermogramms der Elektrode und eine Auswerteeinheit zur Auswertung des Thermogramms aufweist.
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In vorteilhafter Weise erlaubt die Aufnahme des Thermogramms eine Überprüfung der Elektrode auf etwaige Defekte und Unregelmäßigkeiten in einer im Vergleich zum Stand der Technik vergleichsweise einfach und kostengünstig zu implementierenden Weise. Dies hat den Vorteil, dass eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit schon während der Weiterverarbeitung der Elektrode zu einer Energiespeicherzelle ermöglicht wird. Ferner wird vorteilhafterweise nur eine einzige Erfassungseinheit zur Erstellung eines Thermogramms einer Seite der Elektrode benötigt.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Anregungseinheit eine Infrarotlichtquelle umfasst und/oder dass die Erfassungseinheit eine Wärmebildkamera umfasst. Eine Wärmebildkamera erlaubt vorzugsweise die Erstellung eines Wärmebildes, bei welchem jedem Bildpunkt ein diskreter Temperaturmesspunkt zugeordnet ist. Ein solches Wärmebild lässt sich vergleichsweise einfach mit einem Referenzwärmebild einer nachweislich intakten Elektrode vergleichen, um anhand von Abweichungen etwaige Defekte oder Verunreinigungen zu detektieren. Vorzugsweise ist die Auswerteinheit zur Bestimmung eines Temperaturverlauf und/oder einer Aufwärm- oder Abkühlcharakteristik der Elektrode aus dem Thermogramm konfiguriert, damit nicht nur die diskreten Temperaturwerte von der Elektrode für die Überprüfung herangezogen werden, sondern auch der Verlauf der Temperaturwerte mit der Zeit, d.h. deren Änderung mit der Zeit der thermischen Anregung oder deren Änderung mit der verstrichenen Zeit seit der thermischen Anregung. Auf diese Weise erhält man eine Aufwärm- oder Abkühlcharakteristik der Elektrode.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Auswerteeinheit einen Speicher zum Bereitstellen eines Referenzthermogramms, eines Referenztemperaturverlaufs und/oder einer Referenzcharakteristik aufweist und wobei die Auswerteeinheit eine Komparatoreinheit zum Vergleichen des Thermogramms mit dem Referenzthermogramm und/oder des Temperaturverlaufs mit dem Referenztemperaturverlauf und/oder der Abkühlcharakteristik mit der Referenzcharakteristik aufweist. In vorteilhafter Weise kann durch einen einfachen Vergleich sowohl die Oberflächenbeschaffenheit, als auch die Schichtdicke der Elektrode überprüft werden.
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Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Bereitstellungeinheit zur Bereitstellung einer Elektrode in Form einer beidseitig mit Aktivmaterial beschichteten Folienbahn vorgesehen ist, wobei eine Vorrichtung die Anregungseinheit zur thermischen Anregung einer Seite der Elektrode und eine weitere Anregungseinheit zur thermischen Anregung der anderen Seite der Elektrode aufweist und wobei die Vorrichtung die Erfassungseinheit zur Erstellung eines Thermogramms der einen Seite der Elektrode und eine weitere Erfassungseinheit zur Erstellung eines weiteren Thermogramms der anderen Seite der Elektrode aufweist, wobei die Auswerteeinheit sowohl zur Auswertung des Thermogramms, als auch des weiteren Thermogramms konfiguriert ist. In vorteilhafter Weise können somit in einem einzigen Verfahren beide Seiten der Elektrode geprüft werden, wobei hierfür insbesondere nur zwei Erfassungseinheiten benötigt werden.
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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.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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1 und 2 zeigen eine schematische Seitenansicht und eine schematische Aufsichtsdarstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Prüfung einer Elektrode gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
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3 zeigt ein Thermogramm, welches im Rahmen des Verfahrens und der Vorrichtung zur Prüfung einer Elektrode gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgenommen und ausgewertet wird.
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Ausführungsformen der Erfindung
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In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt.
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In 1 und 2 wird eine schematische Seitenansicht und eine schematische Aufsichtsdarstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung 1 zur Prüfung einer Elektrode 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
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Die Vorrichtung 1 ist dazu vorgesehen, eine Elektrode 2, aus welcher ein Energiespeicher hergestellt werden soll, dahingehend zu überprüfen, ob die Elektrode 2 Fehlstellen, Verunreinigungen oder Schichtdickenvariationen aufweist und sie gegebenenfalls aus dem Herstellungsprozess auszusondern. Auf diese Weise soll die Qualität der herzustellenden Energiespeicher gesteigert und die Ausschussrate derselben gesenkt werden.
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Die Vorrichtung 1 weist eine Bereitstellungseinheit auf, welche zur Bereitstellung einer Elektrode 2 in Form eines Elektrodenbandes in einem ersten Verfahrensschritt vorgesehen ist. Das Elektrodenband umfasst im vorliegenden Beispiel eine Folienbahn 3, welche beidseitig mit Aktivmaterial 4 beschichtet ist. Das Aktivmaterial 4 umfasst entweder Kathoden- oder Anodenmaterial. Die Bereitstellungseinheit umfasst im vorliegenden Beispiel eine nichtabgebildete Rollenhalterung, auf welcher die Elektrodenbahn als Rolle angeordnet ist und von welcher die Elektrodenbahn sukzessive abgewickelt wird. Mittels eines nicht dargestellten Transportmechanismus wird die von der Rolle abgewickelte Elektrodenbahn entlang der Haupttransportrichtung 11, insbesondere kontinuierlich durch die Vorrichtung 1, transportiert.
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Zur Durchführung des zweiten Verfahrensschrittes weist die Vorrichtung 1 zwei Anregungseinheiten 5 jeweils in Form einer Infrarotlichtquelle auf, um die Elektrodenbahn auf beiden Seiten bereichsweise thermisch anzuregen. Die beiden Anregungseinheiten 5 sind hierfür auf gegenüberliegenden Seiten der Elektrode 2 angeordnet.
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Nachdem die entsprechenden Elektrodenbereiche der Elektrodenbahn durch die beiden Anregungseinheiten 5 beidseitig aufgeheizt wurden, werden die Elektrodenbereiche an zwei Erfassungseinheiten 6 der Vorrichtung 1 vorbeitransportiert. Die beiden Erfassungseinheiten 6 sind jeweils als Wärmebildkameras ausgebildet, welche von der Oberfläche einer jeden Seite der Elektrodenbereiche im Rahmen des dritten Verfahrensschrittes jeweils ein Thermogramm 8 erstellen. Das Thermogramm 8 ist ein Bild, dessen Bildpunkten jeweils ein durch die jeweilige Wärmebildkamera gemessener Temperaturmesswert zugeordnet ist. Das Thermogramm 8 ist in 3 gezeigt. Da die Erfassungseinheiten 6 entlang der Haupttransportrichtung 11 von den Anregungseinheiten 5 etwas beabstandet ist, kühlen die durch die Anregungseinheiten 5 aufgewärmten Elektrodenbereiche beim Transport zu den Erfassungseinheiten 6 bereits ab. Das für jede Seite der Elektrode 2 aufgenommene Thermogramm 8 zeigt daher nicht nur einen stationären Temperaturwert, sondern jeweils einen Temperaturverlauf im Elektrodenbereich bzw. eine Abkühlcharakteristik des betreffenden Elektrodenbereichs.
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Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Auswerteeinheit 7 auf, welche zur Auswertung der Thermogramme 8 vorgesehen ist. Die Auswerteeinheit 7 weist im vorliegenden Beispiel einen Speicher 9 auf, in welchem ein Referenzthermogramm einer nachweislich intakten Referenzelektrode abgespeichert ist. Das Referenzthermogramm wird in einem initialen Verfahrensschritt einmalig angefertigt und zeigt den Soll-Zustand des Thermogramms 8 für eine intakte Elektrode 2. Die Auswerteinheit 7 bezieht im vierten Verfahrensschritt die Thermogramme 8 der Erfassungseinheiten 6 und vergleicht die ermittelten Thermogramme 8 mit dem entsprechenden Referenzthermogramm. Dieser Vergleich ist somit ein Vergleich von Ist-Zustand und Soll-Zustand. In Abhängigkeit dieses Vergleichs wird der betreffende Elektrodenbereich sodann bewertet. Wenn die Differenz zwischen ermitteltem Thermogramm 8 und Referenzthermogramm in Summe oder für die einzelnen Bildpunkte jeweils unterhalb eines vordefinierten Schwellwerts zur Definition des Toleranzbereichs liegt, wird der betreffende Elektrodenbereich als ordnungsgemäß bzw. als "in Ordnung" gekennzeichnet. Wenn die Differenz zwischen ermitteltem Thermogramm 8 und Referenzthermogramm in Summe oder für die einzelnen Bildpunkte jeweils oberhalb des vordefinierten Schwellwerts liegt, wird der entsprechende Elektrodenbereich als nicht ordnungsgemäß bzw. als "nicht in Ordnung" gekennzeichnet. Alternativ ist auch möglich, dass das Thermogramm 8 der Oberseite der Elektrode 2 mit dem Thermogramm 8 der Unterseite verglichen wird. Wenn die Differenz beider Thermogramme 8 unterhalb des Schwellwerts liegt, wird die Elektrode 2 als "ordnungsgemäß" definiert. Ein Referenzthermogramm ist bei dieser Ausführungsform vorteilhafterweise nicht notwendig, um Abweichungen oder Defekte in der Aktivmaterialbeschichtung des entsprechenden Elektrodenbereichs aufzuspüren.
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Denkbar ist, dass die Vorrichtung 1 eine Kennzeichnungseinheit (nicht dargestellt) aufweist, welche die Elektrodenbereiche entsprechend kennzeichnet. Durch die Verwendung zweier verschiedener Anregungs- und Erfassungseinheiten 5, 6 können für die Ober- und Unterseite der Elektrode 2 vorteilhafterweise unterschiedliche Analyseparameter, beispielsweise eine unterschiedliche thermische Anregung verwendet werden. Dies ist insbesondere bei unterschiedlichen Schichtdickten auf Ober- und Unterseite hilfreich.
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Als nicht ordnungsgemäß definierte Elektrodenbereiche werden vorzugsweise aus dem Elektrodenband herausgeschnitten und aus dem Herstellungsverfahren herausgenommen. Solche Elektrodenbereiche 2, die als ordnungsgemäß eingestuft oder gekennzeichnet wurden, werden im Herstellungsverfahren des Energiespeichers belassen, so dass durch Stapeln, Falten und/oder Wickeln dieser Elektrodenbereiche mit weiteren Elektrodenbereichen, die ebenfalls ein entsprechendes Prüfverfahren durchlaufen haben, und/oder Separatoren ein Energiespeicher aufgebaut wird.
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Denkbar ist, dass vor dem Prüfverfahren die Elektrode 2 durch Beschichten der Folienbahn 3 mit Aktivmaterial 4 hergestellt und anschließend zunächst kalandriert und dann geschnitten wird. Das vorliegende Prüfungsverfahren ist somit in ein Herstellungsverfahren für Energiespeicher eingebettet.
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In 3 ist ein Thermogramm 8 schematisch dargestellt, welches im Rahmen des Verfahrens und der Vorrichtung 1 zur Prüfung einer Elektrode 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgenommen und ausgewertet wird.
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Das Thermogramm 8 ist ein dreidimensionales Wärmebild des betreffenden Flächenbereichs der Elektrode 2 mit einer Vielzahl von rasterartig angeordneten Bildpunkten, wobei jeder Bildpunkt einer bestimmten X-Y-Position des Flächenbereichs entspricht. Die Farbe im jeweiligen Bildpunkt repräsentiert sodann die gemessene Temperatur in diesem Bereich. Diejenigen Bildpunkte, welche den Anregungseinheiten 5 näher sind, weisen dabei eine höhere Temperatur als die den Anregungseinheiten 5 stärker beabstandeten Bildpunkte auf, da die Elektrode 2 in diesen Bereich weniger Zeit zum Abkühlen hatte. Das Thermogramm 8 zeigt im vorliegenden Beispiel daher einen Temperaturverlauf bzw. eine Abkühlcharakteristik an. Unterhalb des Thermogramms 8 ist eine schematische Temperaturkurve 10 für eine Zeile des Wärmebildes illustriert. Die Temperatur nimmt mit zunehmender Wegstrecke in Haupttransportrichtung 11 ab.
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Das Abklingverhalten der Temperatur ist ein Maß für die Schichtdicke des Aktivmaterials 4 auf der Folienbahn 3, da bei dünneren Schichtdicken aufgrund der verminderten Wärmekapazität eine schnellere Abkühlung und bei dickeren Schichtdicken aufgrund der erhöhten Wärmekapazität eine langsamere Abkühlung erfolgt, sofern ansonsten identische Parameter, wie Porosität, Zusammensetzung und dergleichen, vorherrschen. Der Temperaturverlauf bzw. die Abkühlcharakteristik zeigt somit, ob eine im Wesentlichen konstante Schichtdicke im gewünschten Bereich vorliegt. Wenn die Oberfläche der Elektrode 2 Defekte oder Fehlstellen, beispielsweise aufgrund von Verunreinigungen aufweist, werden solche Stellen durch lokale Abweichungen im Thermogramm 8 sichtbar. Das Auftreten von lokalen Unregelmäßigkeiten ist somit ein Maß für Defekte oder Fehlstellen auf der Elektrode 2. Durch einen Vergleich des ermittelten Thermogramms 8 mit dem Referenzthermogramm kann daher sowohl festgestellt werden, ob die Schichtdicke konstant ist und im gewünschten Bereich liegt, als auch ob Defekte oder Fehlstellen vorhanden sind.
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Aus dem Temperatur- bzw. Temperaturverlaufsbild kann zudem das Flächengewicht, sowie der Grad der Verdichtung des Aktivmaterials 4 bestimmt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Vorrichtung
- 2
- Elektrode
- 3
- Folienbahn
- 4
- Aktivmaterial
- 5
- Anregungseinheit
- 6
- Erfassungseinheit
- 7
- Auswerteeinheit
- 8
- Thermogramm
- 9
- Speicher
- 10
- Temperaturkurve
- 11
- Haupttransportrichtung
