DE102014101051A1 - Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Elektrodenstapels - Google Patents

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DE102014101051A1
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Michael Roscher
Thomas Echelmeyer
Hans Stein
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ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp System Engineering GmbH
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ThyssenKrupp AG
ThyssenKrupp System Engineering GmbH
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Abstract

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels, insbesondere für eine Energiespeichereinheit, mit den folgenden Verfahrensschritten vorgeschlagen: Bereitstellen einer Materialbahn in einem ersten Verfahrensschritt, Lokalisieren von etwaigen Fehlstellen in der Materialbahn in einem zweiten Verfahrensschritt, Falten der Materialbahn zu einem Elektrodenstapel in einem dritten Verfahrensschritt und Abtrennen wenigstens eines Umfaltbereichs des Elektrodenstapels in einem vierten Verfahrensschritt, wobei die Materialbahn im dritten Verfahrensschritt derart gefaltet wird, dass die im zweiten Verfahrensschritt lokalisierten Fehlstellen innerhalb des wenigstens einen im vierten Verfahrensschritt abgetrennten Umfaltbereiches angeordnet werden.

Description

  • Stand der Technik
  • Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Herstellung eines Elektrodenstapels, insbesondere für eine Energiespeicherzelle.
  • 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.
  • 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 Elektrodenstapeln und Falten der Elektrodenbahn mit einer weiteren Elektrode und einem oder mehreren Separatoren hergestellt.
  • 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 Defekten und Verunreinigungen sein. Aus dem Stand der Technik sind zu diesem Zweck verschiedenen Verfahren bekannt, um die Elektrodenbahn vor dem Verbau auf das Vorhandensein von Fehlstellen zu überprüfen. Wenn Elektrodenbereiche mit Fehlstellen detektiert werden, werden diese Elektrodenbereiche verworfen. Nachteiligerweise wird somit ein vergleichsweise hoher Ausschuss an ungenutztem Elektrodenmaterial erzeugt. Eine andere Lösung besteht darin, die mit Fehlstellen versehenen Bereiche aus der Elektrodenbahn herauszuschneiden und die benachbarten Elektrodenbahnstücke anschließend wieder miteinander zu verbinden. Dies ist beispielsweise aus der Druckschrift EP 2 182 568 B1 bekannt. Nachteilig an dieser Lösung ist, dass eine Fügestelle in der Elektrodenbahn erzeugt wird, welches sich nachteilig auf die Verarbeitbarkeit und die Qualität der Elektrode auswirkt.
  • Offenbarung der Erfindung
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Energiespeichereinheit bereitzustellen, bei welchem die vorgenannten Nachteile des Standes der Technik nicht auftreten. Insbesondere sollen einerseits mit Fehlstellen versetzte Bahnabschnitte aus dem Herstellungsprozess verworfen werden und andererseits die Menge an verworfenem Bahnmaterial minimiert wird, ohne dass hierdurch Fügestellen in der Bahn auftreten.
  • Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichereinheit mit den folgenden Verfahrensschritten: Bereitstellen einer Materialbahn in einem ersten Verfahrensschritt, Bereitstellen von Informationen über etwaige Fehlstellen in der Materialbahn in einem zweiten Verfahrensschritt, Falten der Materialbahn zu einem Elektrodenstapel in einem dritten Verfahrensschritt und Abtrennen wenigstens eines Umfaltbereichs des Elektrodenstapels in einem vierten Verfahrensschritt, wobei die Materialbahn im dritten Verfahrensschritt derart gefaltet wird, dass die im zweiten Verfahrensschritt lokalisierten Fehlstellen innerhalb des wenigstens einen im vierten Verfahrensschritt abgetrennten Umfaltbereiches angeordnet werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass die im zweiten Verfahrensschritt benannten Fehlstellen beim Falten der Materialbahn zu einem Elektrodenstapel in einem Bereich des Elektrodenstapels angeordnet werden, welcher ohnehin im nachfolgenden Abtrennschritt vom Elektrodenstapel abgeschnitten wird. Auf diese Weise wird die Menge an ungenutztem Bahnmaterial reduziert und gleichzeitig eine qualitativ hochwertige Energiespeicherzelle ohne Fehlstellen und ohne Fügestellen in der Materialbahn hergestellt. Die Herstellungskosten werden somit gegenüber dem Stand der Technik reduziert. Die Materialbahn umfasst entweder eine Elektrodenbahn oder eine Separatorbahn. Die Elektrodenbahn umfasst vorzugsweise ein Bandmaterial, beispielsweise eine Folienbahn, welches einseitig oder beidseitig mit Aktivmaterial beschichtet ist. Das Aktivmaterial kann dabei entweder Kathoden- oder Anodenmaterial umfassen. Denkbar ist, dass in einem vorhergehenden nullten Verfahrensschritt zur Herstellung der Elektrodenbahn das Bandmaterial mit dem Aktivmaterial beschichtet und anschließend kalandriert wird. Die Separatorbahn umfasst vorzugsweise eine Folienbahn aus einem nichtleitenden Kunststoffmaterial. Der Wortlaut "Bereitstellen von Informationen über etwaige Fehlstellen" umfasst im Sinne der vorliegenden Erfindung, dass entweder die Fehlstellen durch Prüfen der Materialbahn im zweiten Verfahrensschritt identifiziert und entsprechende Informationen erzeugt werden oder dass lediglich Informationen über etwaige Fehlstellen in der Materialbahn im zweiten Verfahrensschritt bereitgestellt werden. Solche Informationen könnten beispielsweise bereits aus dem Herstellungsprozess der Materialbahn bekannt sein und enthalten vorzugsweise den Umfang und die Position der Fehlstellen in der Materialbahn. Die Energiespeichereinheit 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 die Elektrodenbahn zwischen der Separatorbahn und einer weiteren Separatorbahn angeordnet wird und die Elektrodenbahn zusammen mit der Separatorbahn und der weiteren Separatorbahn zum Elektrodenstapel gefaltet wird. In vorteilhafter Weise ist die zum Elektrodenstapel gefaltete Elektrodenbahn somit immer zwischen zwei Separatorenbahnen angeordnet. Vorzugsweise werden im dritten Verfahrensschritt während des Faltens einzelne Elektrodenblätter in die Schlaufen des Elektrodenstapels eingelegt. Durch die Anordnung der Elektrodenbahn zwischen den zwei Separatorenbahnen ist die Elektrodenbahn stets elektrisch von den Elektrodenblättern isoliert und geometrisch beabstandet. Denkbar ist, dass die Elektrodenbahn als Anode bzw. Kathode vorliegt und die Elektrodenblätter dann die Kathode bzw. Anode bilden. Alternativ wäre auch denkbar, dass die Materialbahn eine Separatorbahn umfasst und zusammen mit einer weiteren Separatorbahn oder der Elektrodenbahn gefaltet wird. Denkbar wäre auch, dass hierbei einzelne Materialbahnblätter, wie Elektrodenblätter oder Separatorblätter in die Schlaufen der gefalteten Separatorbahn eingelegt werden.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im vierten Verfahrensschritt die Umfaltbereiche derart abgetrennt werden, dass zumindest an einem Randbereich des verbleibenden Elektrodenstapels die Separatorenbahnen über die eingelegten Materialbahnblätter hinausstehen. In vorteilhafter Weise wird somit ein elektrisch leitfähiger Kontakt zwischen der Elektrodenbahn und den Elektrodenblättern verhindert, so dass insbesondere die Gefahr eines elektrischen Kurzschlusses im Randbereich des Elektrodenstapels gebannt ist.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt durch ein Erzeugen von einzelnen vergrößerten Umfaltbereichen während des Faltens der Materialbahn Fehlstellen in diesen vergrößerten Umfaltbereichen angeordnet werden. In vorteilhafter Weise können somit diejenigen Bereiche, die Fehlstellen aufweisen, künstlich in Umfaltbereiche verschoben werden, indem die Größe der Umfaltbereiche entsprechend justiert wird. Auch können bei Materialbahnen, bei welchen mehrere Bereiche mit Fehlstellen auftreten, deren Abstände nicht mit den Schlaufenzyklen beim Falten übereinstimmen, in die Umfaltbereiche verschoben werden. Alternativ ist vorzugsweise vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt vergrößerte Umfaltbereiche während des Faltens der Materialbahn erzeugt werden, in welchen die Fehlstellen angeordnet sind, wobei die vergrößerten Umfaltbereiche über die übrigen Umfaltbereiche hinausstehen und wobei vorzugsweise im vierten Verfahrensschritt nur die vergrößerten Umfaltbereiche vom Elektrodenstapel abgetrennt werden. In vorteilhafter Weise werden somit nur solche (vergrößerten) Umfaltbereiche vom Elektrodenstapel abgetrennt, in welchen sich Fehlstellen befindet. Der Ausschuss an nicht genutztem Bahnmaterial wird somit weiter verringert.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im dritten Verfahrensschritt die Materialbahn und vorzugsweise die weiteren Materialbahnen in eine Mehrzahl von Ziehharmonikafalze gefaltet werden. Die Ziehharmonikafalze umfassen insbesondere z-Falze, so dass die Materialbahn zusammen mit der weiteren Materialbahn und/oder den einzelnen Materialbahnblättern in Schlaufen zu einem Elektrodenstapel zusammengelegt wird. Auf beiden Seiten des Elektrodenstapels entstehen durch diese Schlaufen Umfaltbereiche. Denkbar ist, dass im dritten Verfahrensschritt die Materialbahn derart gefaltet wird, dass nur in den Umfaltbereichen auf einer Seite des Elektrodenstapels Fehlstellen angeordnet werden, wobei im vierten Verfahrensschritt nur diese auf der einen Seite des Elektrodenstapels angeordneten Umfaltbereiche abgetrennt werden. In diesem Fall braucht man für den vierten Verfahrensschritt lediglich eine einzige Trenneinheit, um die mit den Fehlstellen versehenden Umfaltbereiche abzutrennen. Alternativ ist aber auch denkbar, dass im dritten Verfahrensschritt die Materialbahn derart gefaltet wird, dass in den Umfaltbereichen auf beiden Seiten des Elektrodenstapels Fehlstellen angeordnet werden, wobei im vierten Verfahrensschritt auf beiden Seiten des Elektrodenstapels angeordneten Umfaltbereiche abgetrennt werden. In diesem Fall werden zwei Trenneinheiten, eine auf jeder Seite des Elektrodenstapels, benötigt, um die Umfaltbereiche auf beiden Seiten des Elektrodenstapels abzutrennen.
  • Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im zweiten Verfahrensschritt Fehlstellen in der Elektrodenbahn durch optische Detektionsverfahren, durch Ultraschallmessverfahren, durch Leitfähigkeitsmessungen und/oder durch thermografische Messungen detektiert werden. Denkbar ist, dass durch das optische Detektionsverfahren oder die Ultraschall-, Leitfähigkeits- und/oder thermographischen Messungen überprüft wird, ob auf der Oberfläche des Aktivmaterial oder in der Schichtdicke ungewollte Abweichungen vorhanden sind. Denkbar ist auch, dass das Flächengewicht, der Grad der Verdichtung oder dergleichen ermittelt werden. Auf diese Weise können lokale oder punktuelle Fehler, wie Verschmutzungen, Lufteinschlüsse, Löcher oder dergleichen detektiert werden. Alternativ ist denkbar, dass im zweiten Verfahrensschritt die Informationen über die Fehlstellen von einem Speichermedium, auf welchem die Informationen zumindest temporär (flüchtig oder nichtflüchtig) gespeichert sind, bereitgestellt werden.
  • Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Herstellung eines Elektrodenstapels, insbesondere für eine Energiespeichereinheit und insbesondere mit dem erfindungsgemäßen Verfahren, wobei die Vorrichtung aufweist: eine Bereitstellungseinheit zur Bereitstellung einer Materialbahn, eine Lokalisierungseinheit zum Bereitstellen von Informationen über etwaige Fehlstellen in der Materialbahn, eine Falzeinheit zum Falten der Materialbahn zu einem Elektrodenstapel, eine Trenneinheit zum Abtrennen wenigstens eines Umfaltbereiches des Elektrodenstapels und eine Steuerungseinheit zum Steuern der Falzeinheit, welche derart konfiguriert ist, dass beim Falzen der Materialbahn die von der Lokalisierungseinheit lokalisierten Fehlstellen innerhalb des wenigstens einen Umfaltbereiches angeordnet werden.
  • Die erfindungsgemäße Vorrichtung hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass etwaige Fehlstellen in der Materialbahn beim Falzen der Materialbahn berücksichtigt werden und solche Materialbahnbereiche, die Fehlstellen aufweisen, verworfen werden können, ohne dass Fügestellen in der Materialbahn auftreten, wobei gleichzeitig der anfallende Ausschuss an nicht verwendeten Bahnmaterial minimiert wird. Dies wird dadurch erreicht, dass die Falzeinheit derart von der Steuerungseinheit gesteuert wird, dass beim erzeugten Elektrodenstapel die Fehlstellen stets in Umfaltbereichen angeordnet sind, welche durch die Trenneinheit ohnehin vom Elektrodenstapel abgetrennt werden. Die Vorrichtung ermöglicht somit eine vergleichsweise kostengünstige Herstellung von qualitativ hochwertigen Energiespeichereinheiten. Die Lokalisierungseinheit stellt entweder die Informationen über etwaige Fehlstellen lediglich zur Verfügung oder prüft die Materialbahn auf etwaige Fehlstellen. Die Materialbahn umfasst insbesondere eine Elektrodenbahn oder eine Separatorbahn.
  • Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Trenneinheit ein Schneidmesser und/oder eine Laserschneidvorrichtung umfasst. Vorteilhafterweise kann somit ein präzises Abtrennen der Umfaltbereiche vom Elektrodenstapel erzielt werden. Die Prüfeinheit umfasst vorzugsweise einen Ultraschallsensor, eine Leitfähigkeitsmesseinrichtung, eine Laserquelle, eine optische Kamera und/oder eine Wärmebildkamera, um die Elektrodenbahn auf das Vorhandensein von Fehlstellen zu überprüfen.
  • Ein weiterer Gegenstad der vorliegenden Erfindung ist eine Energiespeichereinheit hergestellt mit dem erfindungsgemäßen Verfahren und/oder mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • 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 ein aus dem Stand der Technik bekanntes Verfahren zur Herstellung einer Energiespeichereinheit.
  • 2a, 2b zeigen schematische Ansichten eines Verfahrens zur Herstellung einer Energiespeichereinheit gemäß einer beispielhaften ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • 3a, 3b zeigen schematische Ansichten eines Verfahrens zur Herstellung einer Energiespeichereinheit gemäß einer beispielhaften zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
  • Ausführungsformen der Erfindung
  • 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.
  • In 1 ist ein Herstellungsverfahren zur Herstellung einer Energiespeichereinheit 1, welches aus dem Stand der Technik bekannt ist.
  • Bei diesem bekannten Verfahren wird zunächst eine Materialbahn in Form einer Elektrodenbahn 2 bereitgestellt und zwischen zwei weiteren Materialbahnen in Form einer ersten und einer zweiten Separatorbahn 3, 4 angeordnet. Anschließend wird die Elektrodenbahn 2 zusammen mit der ersten und zweiten Separatorbahn 3, 4 in z-Falten zu einem Elektrodenstapel 5 zusammengefaltet. Die Bahnen 2, 3, 4 werden dabei in Schlaufen übereinander gelegt, wodurch in den Randbereichen des Elektrodenstapels 5 jeweils Umfaltbereiche 7 auf beiden Seiten des Elektrodenstapels 5 entstehen. In die jeweiligen Schlaufen des Elektrodenstapels 5 werden dabei einzelne, separate Elektrodenblätter 6 eingelegt. Zwischen diesen eingelegten Elektrodenblättern 6 und der Elektrodenbahn 2 ist somit stets Separatorbahnmaterial 3, 4 angeordnet, so dass die Elektrodenbahn 2 und die Elektrodenblätter 6 elektrisch voneinander isoliert und geometrisch voneinander beabstandet sind. Die Elektrodenbahn 2 kann somit als erste Elektrode, insbesondere Anode bzw. Kathode, fungieren, während die Elektrodenblätter als zweite Elektrode, insbesondere als Kathode bzw. Anode fungieren. In einem nachfolgenden optionalen Schritt werden die Umfaltbereiche 7 vom Elektrodenstapel 5 abgetrennt.
  • In 2a, 2b sind schematische Ansichten eines Verfahrens zur Herstellung einer Energiespeichereinheit 1 gemäß einer beispielhaften ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Im Unterschied zu dem in 1 skizzierten Verfahren gemäß dem Stand der Technik wird bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zunächst eine Elektrodenbahn 2 bereitgestellt und die Elektrodenbahn 2 auf das Vorhandensein von Fehlstellen 8 untersucht, beispielsweise mittels optischer Kameras, Ultraschall-, Laser- oder Leitfähigkeitsmessungen. Anschließend wird – ähnlich wie bei 1 – die Elektrodenbahn 2 zwischen einer ersten Separatorbahn 3 und einer zweiten Separatorbahn 4 angeordnet und in z-Falten zu einem Elektrodenstapel 5 gefaltet. Hierbei werden ebenfalls einzelne, separate Elektrodenblätter 6 in die Schlaufen des Elektrodenstapels 5 eingelegt. Im Unterschied zum Stand der Technik werden nun die beim Prüfen der Elektrodenbahn 2 vorab gewonnenen Informationen über das Vorhandensein und die Position von lokalen Fehlstellen 8 in der Elektrodenbahn 2 beim Falten der Elektrodenbahn 2 berücksichtigt: Die Elektrodenbahn 2 wird in solcher Weise gefaltet, dass die detektierten Fehlstellen 8 stets in den Umfaltbereichen 7 der Elektrodenbahn 2 angeordnet sind. Vorzugsweise, werden einzelne Umfaltbereiche 7 derart groß gewählt, dass die Fehlstellen 8 in diesen vergrößerten Umfaltbereichen 7 liegen. In 2a ist beispielsweise zu erkennen, dass auf der linken Seite des Elektrodenstapels 5 ein stark vergrößerter Umfaltbereich 7' erzeugt wurde, in welchem die Fehlstelle 8 angeordnet ist.
  • In einem nachfolgenden Schritt wird der Elektrodenstapel 5 entlang der Schnittlinie 9 geschnitten, wodurch der vergrößerte Umfaltbereich 7, in welchem die Fehlstelle 8 angeordnet ist, vom Elektrodenstapel 5 abgetrennt wird (Vgl. 2b). Optional wäre auch denkbar, dass beim Vorhandensein von weiteren Fehlstellen 8 auch auf der rechten Seite 5 des Elektrodenstapels 5 vergrößerte Umfaltbereiche 7' erzeugt werden, in welchen die Fehlstellen 8 dann angeordnet sind und welche vom Elektrodenstapel 5 abgetrennt werden.
  • Der Herstellungsprozess der Energiespeicherzelle 1 kann nun ausgehend von dem Elektrodenstapel 5 durch Kontaktieren der Elektrodenbahnteile 2 und der Elektrodenblätter 6, durch Umhüllen des Elektrodenstapels 5 mit einer Umhüllung und insbesondere durch Einfüllen eines Elektrolyts in die Umhüllung abgeschlossen werden. Die Elektrodenbahn 2 umfasst vorzugsweise ein Bandmaterial, beispielsweise eine Folienbahn, welches einseitig oder beidseitig mit Aktivmaterial beschichtet und anschließend kalandriert worden ist. Das Aktivmaterial umfasst dabei je nach späterer Verpolung entweder Kathoden- oder Anodenaktivmaterial.
  • In 3a, 3b sind schematische Ansichten eines Verfahrens zur Herstellung einer Energiespeichereinheit 1 gemäß einer beispielhaften zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung dargestellt. Die zweite Ausführungsform gleicht im Wesentlichen der ersten Ausführungsform. Auch bei der zweiten Ausführungsform werden etwaige detektierte Fehlstellen 8 in die Umfaltbereiche 7 verschoben. Allerdings werden bei der zweiten Ausführungsform im Unterschied zur ersten Ausführungsform sämtliche Umfaltbereiche 7 auf beiden Seiten des Elektrodenstapels 5 abgetrennt, unabhängig davon, ob die Umfaltbereiche 7 Fehlstellen 8 aufweisen oder nicht. Auf diese Weise erhält man einen gleichmäßigen Elektrodenstapel mit der Elektrodenstapelfolge: Separatormaterial – Elektrodenmaterial – Separatormaterial – Weiteres Elektrodenmaterial. Die Schnittlinien 9 werden derart gewählt, dass an den Rändern des Elektrodenstapels 5 die Elektrodenblätter 6 stets von den benachbarten Separatorbahnen überragt werden, so dass an den Rändern des Elektrodenstapels 5 ein Kurzschluss zwischen den Elektrodenblättern 6 und den übrigen Elektrodenbahnmaterial 2 verhindert wird. Bei der zweiten Ausführungsform können die mit Fehlstellen 8 versehenen Umfaltbereiche 7 kleiner als bei der ersten Ausführungsform gewählt werden, so dass weniger Verschnitt an Elektrodenmaterial auftritt.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Energiespeichereinheit
    2
    Elektrodenbahn
    3
    Erste Separatorbahn
    4
    Zweite Separatorbahn
    5
    Elektrodenstapel
    6
    Elektrodenblätter
    7
    Umfaltbereich
    7'
    Umfaltbereich mit Fehlstelle
    8
    Fehlstelle
    9
    Schnittlinie
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • EP 2182568 B1 [0004]

Claims (15)

  1. Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels (5), insbesondere für eine Energiespeichereinheit (1), mit den Verfahrensschritten: – Bereitstellen einer Materialbahn in einem ersten Verfahrensschritt, – Bereitstellen von Informationen über etwaige Fehlstellen (8) in der Materialbahn in einem zweiten Verfahrensschritt, – Falten der Materialbahn zu einem Elektrodenstapel (5) in einem dritten Verfahrensschritt und – Abtrennen wenigstens eines Umfaltbereichs (7, 7') des Elektrodenstapels (5) in einem vierten Verfahrensschritt, – wobei die Materialbahn im dritten Verfahrensschritt derart gefaltet wird, dass die im zweiten Verfahrensschritt lokalisierten Fehlstellen (8) innerhalb des wenigstens einen im vierten Verfahrensschritt abgetrennten Umfaltbereiches (7, 7') angeordnet werden.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Materialbahn eine Elektrodenbahn (2) oder eine Separatorbahn (3, 4) umfasst.
  3. Verfahren nach Anspruch 1, wobei im dritten Verfahrensschritt die Materialbahn mit wenigstens einer weiteren Materialbahn zum Elektrodenstapel gefaltet wird, wobei die wenigstens eine weitere Materialbahn eine weitere Separatorbahn (3, 4) oder eine Elektrodenbahn (2) umfasst.
  4. Verfahren nach Anspruch 3, wobei im dritten Verfahrensschritt die Elektrodenbahn (2) zwischen der Separatorbahn (3) und der weiteren Separatorbahn (4) angeordnet wird und die Elektrodenbahn (2) zusammen mit der Separatorbahn (3) und der weiteren Separatorbahn (4) zum Elektrodenstapel (5) gefaltet wird.
  5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im dritten Verfahrensschritt während des Faltens einzelne Materialbahnblätter in Schlaufen des Elektrodenstapels (5) eingelegt werden, wobei die Materialbahnblätter vorzugsweise Elektrodenblätter (6) oder Separatorblätter umfassen.
  6. Verfahren nach Anspruch 5, wobei im vierten Verfahrensschritt die Umfaltbereiche (7, 7') derart abgetrennt werden, dass zumindest an einem Randbereich des verbleibenden Elektrodenstapels (5) die Materialbahnen (2, 3, 4) über die eingelegten Materialbahnblätter hinausstehen.
  7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im dritten Verfahrensschritt vergrößerte Umfaltbereiche (7') während des Faltens der Materialbahn werden, in welchen die Fehlstellen (8) angeordnet sind, wobei die vergrößerten Umfaltbereiche (7') über die übrigen Umfaltbereiche (7) hinausstehen und wobei vorzugsweise im vierten Verfahrensschritt nur die vergrößerten Umfaltbereiche (7') vom Elektrodenstapel (5) abgetrennt werden.
  8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im dritten Verfahrensschritt die Materialbahn (2) in eine Mehrzahl von Ziehharmonikafalze gefaltet werden.
  9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im dritten Verfahrensschritt die Materialbahn derart gefaltet wird, dass nur in den Umfaltbereichen (7, 7') auf einer Seite des Elektrodenstapels (5) Fehlstellen (8) angeordnet werden, wobei im vierten Verfahrensschritt nur diese auf der einen Seite des Elektrodenstapels (5) angeordneten Umfaltbereiche (7, 7') abgetrennt werden.
  10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei im dritten Verfahrensschritt die Materialbahn derart gefaltet wird, dass in den Umfaltbereichen (7, 7') auf beiden Seiten des Elektrodenstapels (5) Fehlstellen (8) angeordnet werden, wobei im vierten Verfahrensschritt auf beiden Seiten des Elektrodenstapels (5) angeordnete Umfaltbereiche (7, 7') abgetrennt werden.
  11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im zweiten Verfahrensschritt die Materialbahn zur Lokalisierung etwaiger Fehlstellen (8) und zur Erzeugung der Fehlstelleninformationen geprüft wird, wobei die Fehlstellen (8) in der Materialbahn (2) insbesondere durch optische Detektionsverfahren, durch Ultraschallmessverfahren, durch Leitfähigkeitsmessungen und/oder durch thermografische Messungen detektiert werden.
  12. Vorrichtung zur Herstellung eines Elektrodenstapels (5), insbesondere für eine Energiespeichereinheit (1) und insbesondere mit einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung aufweist: – eine Bereitstellungseinheit zur Bereitstellung einer Materialbahn, – eine Lokalisierungseinheit zum Bereitstellen von Informationen über etwaige Fehlstellen (8) in der Materialbahn, – eine Falzeinheit zum Falten der Materialbahn zu einem Elektrodenstapel (5), – eine Trenneinheit zum Abtrennen wenigstens eines Umfaltbereiches (7, 7') des Elektrodenstapels (5) und – eine Steuerungseinheit zum Steuern der Falzeinheit, welche derart konfiguriert ist, dass beim Falzen der Materialbahn die von der Lokalisierungseinheit lokalisierten Fehlstellen (8) innerhalb des wenigstens einen Umfaltbereiches (7, 7') angeordnet werden.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei die Trenneinheit ein Schneidmesser und/oder eine Laserschneidvorrichtung umfasst.
  14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 oder 13, wobei die Lokalisierungseinheit einen Speicher zum Bereitstellen der Fehlstelleninformationen und/oder eine Prüfeinheit, insbesondere einen Ultraschallsensor, eine Leitfähigkeitsmesseinrichtung, eine Laserquelle, eine optische Kamera und/oder eine Wärmebildkamera, zum Prüfen der Materialbahn und zum Erzeugen der Fehlstelleninformationen umfasst.
  15. Energiespeichereinheit (1) mit einem Elektrodenstapel (5) hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 11 und/oder mit einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14.
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