DE102016203918A1 - Method for producing an electrode stack, electrode stack and battery cell - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels (10) für eine Batteriezellen, umfassend folgende Schritte: Bilden einer Elektrodenlage (8) durch Bereitstellen eines folienartigen Separators (18), Aufbringen eines anodischen Aktivmaterials (41) auf eine Seite des Separators (18) und eines kathodischen Aktivmaterials (42) auf die gegenüberliegende Seite des Separators (18), Aufbringen einer Kupferschicht als Stromableiter (31) der Anode (21) auf das anodische Aktivmaterial (41) und einer Aluminiumschicht als Stromableiter (32) der Kathode (22) auf das kathodische Aktivmaterial (42); Stapeln mehrerer Elektrodenlagen (8) derart, dass jeweils die Kupferschichten oder die Aluminiumschichten von benachbarten Elektrodenlagen (8) aneinander angrenzen. Die Erfindung betrifft auch einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Elektrodenstapel 10 sowie eine Batteriezelle, die mindestens einen erfindungsgemäßen Elektrodenstapel 10 aufweist.The invention relates to a method for producing an electrode stack (10) for a battery cell, comprising the following steps: forming an electrode layer (8) by providing a foil-like separator (18), applying an anodic active material (41) to one side of the separator (18) and a cathodic active material (42) on the opposite side of the separator (18), applying a copper layer as Stromableiter (31) of the anode (21) on the anodic active material (41) and an aluminum layer as a current collector (32) of the cathode (22) on the cathodic active material (42); Stacking a plurality of electrode layers (8) such that in each case the copper layers or the aluminum layers of adjacent electrode layers (8) adjoin one another. The invention also relates to an electrode stack 10 produced by the method according to the invention and to a battery cell which has at least one electrode stack 10 according to the invention.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle, wobei eine Elektrodenlage mit einem folienartigen Separator, einem anodischen Aktivmaterial, einem kathodischen Aktivmaterial, einem Stromableiter der Anode und einem Stromableiter der Kathode gebildet wird, und wobei mehrere derartige Elektrodenlagen gestapelt werden. Die Erfindung betrifft auch einen nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Elektrodenstapel sowie eine Batteriezelle, die mindestens einen erfindungsgemäßen Elektrodenstapel aufweist.The invention relates to a method for producing an electrode stack for a battery cell, wherein an electrode layer is formed with a foil-like separator, an anodic active material, a cathodic active material, a current collector of the anode and a current collector of the cathode, and a plurality of such electrode layers are stacked. The invention also relates to an electrode stack produced by the method according to the invention and to a battery cell which has at least one electrode stack according to the invention.

Stand der TechnikState of the art

Elektrische Energie ist mittels Batterien speicherbar. Batterien wandeln chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie um. Hierbei werden Primärbatterien und Sekundärbatterien unterschieden. Primärbatterien sind nur einmal funktionsfähig, während Sekundärbatterien, die auch als Akkumulator bezeichnet werden, wieder aufladbar sind. Eine Batterie umfasst dabei eine oder mehrere Batteriezellen.Electrical energy can be stored by means of batteries. Batteries convert chemical reaction energy into electrical energy. Here, a distinction is made between primary batteries and secondary batteries. Primary batteries are only functional once, while secondary batteries, also referred to as accumulators, are rechargeable. A battery comprises one or more battery cells.

In einem Akkumulator finden insbesondere sogenannte Lithium-Ionen-Batteriezellen Verwendung. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten, thermische Stabilität und eine äußerst geringe Selbstentladung aus. Lithium-Ionen-Batteriezellen kommen unter anderem in Kraftfahrzeugen, insbesondere in Elektrofahrzeugen (Electric Vehicle, EV), Hybridfahrzeugen (Hybrid Electric Vehicle, HEV) sowie Plug-In-Hybridfahrzeugen (Plug-In-Hybrid Electric Vehicle, PHEV) zum Einsatz.In particular, so-called lithium-ion battery cells are used in an accumulator. These are characterized among other things by high energy densities, thermal stability and extremely low self-discharge. Lithium-ion battery cells are used, inter alia, in motor vehicles, in particular in electric vehicles (EV), hybrid vehicles (HEV) and plug-in hybrid electric vehicles (PHEV).

Lithium-Ionen-Batteriezellen weisen eine positive Elektrode, die auch als Kathode bezeichnet wird, und eine negative Elektrode, die auch als Anode bezeichnet wird, auf. Die Kathode sowie die Anode umfassen je einen Stromableiter, auf den ein Aktivmaterial aufgebracht ist. Bei dem Aktivmaterial für die Kathode handelt es sich beispielsweise um ein Metalloxid. Bei dem Aktivmaterial für die Anode handelt es sich beispielsweise um Silizium. Aber auch Graphit ist als Aktivmaterial für Anoden verbreitet.Lithium-ion battery cells have a positive electrode, also referred to as a cathode, and a negative electrode, also referred to as an anode. The cathode and the anode each comprise a current conductor, on which an active material is applied. The active material for the cathode is, for example, a metal oxide. The active material for the anode is, for example, silicon. But also graphite is used as an active material for anodes.

Die Elektroden der Batteriezelle sind folienartig ausgebildet und unter Zwischenlage eines folienartigen Separators, welcher die Anode von der Kathode trennt, zu einer Elektrodeneinheit verbunden. Die beiden Elektroden der Elektrodeneinheit sind elektrisch mit Polen der Batteriezelle, welche auch als Terminals bezeichnet werden, verbunden. Die Elektroden und der Separator sind von einem in der Regel flüssigen Elektrolyt umgeben.The electrodes of the battery cell are formed like a foil and connected to an electrode unit with the interposition of a foil-like separator which separates the anode from the cathode. The two electrodes of the electrode unit are electrically connected to poles of the battery cell, which are also referred to as terminals. The electrodes and separator are surrounded by a generally liquid electrolyte.

Die Elektrodeneinheit kann zu einem Elektrodenwickel gewunden sein. Ein solcher Elektrodenwickel wird auch als Jelly-Roll bezeichnet. Eine Batteriezelle, die einen Elektrodenwickel mit einer Anode und einer Kathode umfasst, ist beispielsweise aus der DE 10 2012 213 420 A1 bekannt.The electrode unit may be wound into an electrode winding. Such an electrode winding is also referred to as a jelly roll. A battery cell comprising an electrode winding with an anode and a cathode, for example, from DE 10 2012 213 420 A1 known.

Die Elektrodeneinheit kann auch als Elektrodenstapel ausgebildet sein und mehrere gestapelte Elektrodenlagen umfassen. Dabei umfasst jede Elektrodenlage eine Anode, eine Kathode und einen dazwischen angeordneten Separator.The electrode unit can also be designed as an electrode stack and comprise a plurality of stacked electrode layers. In this case, each electrode layer comprises an anode, a cathode and a separator arranged therebetween.

Ein solcher Elektrodenstapel sowie ein entsprechendes Herstellverfahren sind aus der US 2013/0017435 bekannt. Dabei weisen die Anode und die Kathode das gleiche Aktivmaterial auf, insbesondere LI2MnO3. Ein derartiger Elektrodenstapel dient zum Einsatz in einer nonpolaren Batterie. Das Aktivmaterial wird beispielsweise mittels Siebdruck auf einen keramischen Separator aufgebracht.Such an electrode stack and a corresponding manufacturing method are known from US 2013/0017435 known. In this case, the anode and the cathode on the same active material, in particular LI2MnO3. Such an electrode stack is for use in a non-polar battery. The active material is applied, for example, by screen printing on a ceramic separator.

Aus der US 2013/015105 sind eine Elektrodenlage sowie ein Herstellverfahren für die Elektrodenlage bekannt. Dabei werden die Aktivmaterialien der Anode und der Kathode insbesondere mittels Siebdruck auf einen Separator aufgebracht. Auf die Aktivmaterialien wird vorzugsweise eine Kupferschicht als Stromableiter der Anode und eine Aluminiumschicht als Stromableiter der Kathode aufgebracht.From the US 2013/015105 an electrode layer and a manufacturing method for the electrode layer are known. In this case, the active materials of the anode and the cathode are applied in particular by means of screen printing on a separator. On the active materials, a copper layer is preferably applied as a current conductor of the anode and an aluminum layer as a current collector of the cathode.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle vorgeschlagen, welches folgende Schritte umfasst:

  • • Bilden einer Elektrodenlage, welche einen folienartigen Separator, ein anodisches Aktivmaterial, ein kathodisches Aktivmaterial, einen Stromableiter der Anode und einen Stromableiter der Kathode aufweist;
  • • Stapeln mehrerer solcher Elektrodenlagen.
A method is proposed for producing an electrode stack for a battery cell, which comprises the following steps:
  • Forming an electrode layer comprising a foil-type separator, an anode active material, a cathodic active material, an anode current collector and a cathode current collector;
  • • Stacking several such electrode layers.

Das Bilden der Elektrodenlage umfasst folgende Schritte:

  • • Bereitstellen eines folienartigen Separators;
  • • Aufbringen eines anodischen Aktivmaterials auf eine Seite des Separators und Aufbringen eines kathodischen Aktivmaterials auf die gegenüberliegende Seite des Separators;
  • • Aufbringen einer Kupferschicht als Stromableiter der Anode auf das anodische Aktivmaterial und Aufbringen einer Aluminiumschicht als Stromableiter der Kathode auf das kathodische Aktivmaterial.
The formation of the electrode layer comprises the following steps:
  • • providing a foil-like separator;
  • Applying an anodic active material to one side of the separator and applying a cathodic active material to the opposite side of the separator;
  • Applying a copper layer as a current conductor of the anode to the anodic active material and applying an aluminum layer as a current conductor of the cathode to the cathodic active material.

Das Stapeln mehrerer Elektrodenlagen erfolgt dabei derart, dass jeweils die Kupferschichten von benachbarten Elektrodenlagen aneinander angrenzen, oder dass die Aluminiumschichten von benachbarten Elektrodenlagen aneinander angrenzen.The stacking of several electrode layers takes place in such a way that in each case the copper layers of adjacent electrode layers to each other adjacent or that the aluminum layers of adjacent electrode layers adjacent to each other.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das anodische Aktivmaterial mittels Siebdruck auf eine Seite des Separators aufgebracht. Ebenso wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens das kathodische Aktivmaterial mittels Siebdruck auf die gegenüberliegende Seite des Separators aufgebracht.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the anodic active material is applied by screen printing on one side of the separator. Likewise, according to a preferred embodiment of the method according to the invention, the cathodic active material is applied by screen printing to the opposite side of the separator.

Vorzugsweise wird die Kupferschicht als Stromableiter der Anode erst nach einem Aushärten des anodischen Aktivmaterials auf das anodische Aktivmaterial aufgebracht. Vorzugsweise wird auch die Aluminiumschicht als Stromableiter der Kathode erst nach einem Aushärten des kathodischen Aktivmaterials auf das kathodische Aktivmaterial aufgebracht.Preferably, the copper layer is applied as Stromableiter the anode only after curing of the anodic active material on the anodic active material. Preferably, the aluminum layer is also applied as Stromableiter the cathode after curing of the cathodic active material on the cathodic active material.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Kupferschicht als Stromableiter der Anode mittels Siebdruck auf das anodische Aktivmaterial aufgebracht. Ebenso wird gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens die Aluminiumschicht als Stromableiter der Kathode mittels Siebdruck auf das kathodische Aktivmaterial aufgebracht.According to a preferred embodiment of the method according to the invention, the copper layer is applied as a current conductor of the anode by screen printing on the anodic active material. Likewise, according to a preferred embodiment of the method according to the invention, the aluminum layer is applied as a current conductor of the cathode by means of screen printing on the cathodic active material.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden benachbarte Elektrodenlagen gestapelt, bevor die aneinander angrenzenden Kupferschichten der benachbarten Elektrodenlagen getrocknet sind. Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens werden benachbarte Elektrodenlagen auch gestapelt, bevor die aneinander angrenzenden Aluminiumschichten der benachbarten Elektrodenlagen getrocknet sind.According to a preferred development of the method according to the invention, adjacent electrode layers are stacked before the adjoining copper layers of the adjacent electrode layers are dried. According to a preferred development of the method according to the invention, adjacent electrode layers are also stacked before the adjoining aluminum layers of the adjacent electrode layers have dried.

Vorteilhaft werden die gestapelten Elektrodenlagen, welche jeweils einen folienartigen Separator, ein anodisches Aktivmaterial, ein kathodisches Aktivmaterial, eine Kupferschicht als Stromableiter der Anode und eine Aluminiumschicht als Stromableiter der Kathode aufweisen, dabei gepresst und somit auch verdichtet.Advantageously, the stacked electrode layers, which in each case have a foil-like separator, an anodic active material, a cathodic active material, a copper layer as a current conductor of the anode and an aluminum layer as a current conductor of the cathode, thereby pressed and thus also compressed.

Der Separator, auf welchen das anodische Aktivmaterial sowie das kathodische Aktivmaterial aufgebracht werden, ist vorzugsweise aus einem keramischen Material gefertigt und somit verhältnismäßig stabil.The separator to which the anodic active material and the cathodic active material are applied is preferably made of a ceramic material and thus relatively stable.

Es wird auch ein Elektrodenstapel für eine Batteriezelle vorgeschlagen, welcher nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist, und somit mehrere gestapelte Elektrodenlagen umfasst.It is also proposed an electrode stack for a battery cell, which is produced by the method according to the invention, and thus comprises a plurality of stacked electrode layers.

Ferner wird eine Batteriezelle vorgeschlagen, welche mindestens einen erfindungsgemäßen Elektrodenstapel umfasst.Furthermore, a battery cell is proposed which comprises at least one electrode stack according to the invention.

Eine erfindungsgemäße Batteriezelle findet vorteilhaft Verwendung in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV), in einem Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV), in einer stationären Batterie, insbesondere zur Netzstabilisierung in Haushalten, in einer Batterie in einer marinen Anwendung, beispielsweise beim Schiffsbau oder in Jet-Skis, oder in einer Batterie in einer aeronautischen Anwendung, insbesondere beim Flugzeugbau. Auch weitere Anwendungen sind denkbar.A battery cell according to the invention advantageously finds use in an electric vehicle (EV), in a hybrid vehicle (HEV), in a plug-in hybrid vehicle (PHEV), in a stationary battery, in particular for network stabilization in households, in a battery in a marine application, For example, in shipbuilding or jet skis, or in a battery in an aeronautical application, especially in aircraft. Other applications are conceivable.

Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention

Durch Einsatz eines durch Stapeln mehrerer Elektrodenlagen hergestellten Elektrodenstapels ist das Volumen einer Batteriezelle deutlich besser ausnutzbar als bei Einsatz eines gewickelten Elektrodenwickels. Dadurch, dass Siebdruck vorzugsweise zum Aufbringen des anodischen Aktivmaterials auf den Separator sowie zum Aufbringen des kathodischen Aktivmaterial auf den Separator verwendet wird, erfolgt eine verhältnismäßig gleichmäßige und homogene Beschichtung ohne nennenswerte Randerhöhung. Dadurch ergibt sich auch eine verhältnismäßig gleichmäßige Energieverteilung. Ähnlich Vorteile ergeben sich auch dadurch, dass die Kupferschicht mittels Siebdruck auf das anodische Aktivmaterial aufgebracht wird und dass die Aluminiumschicht mittels Siebdruck auf das kathodische Aktivmaterial aufgebracht wird. Auch ein nachträgliches Kalandrieren der Elektrodenlagen oder des Elektrodenstapels ist nicht erforderlich.By using an electrode stack produced by stacking a plurality of electrode layers, the volume of a battery cell is significantly better exploitable than when using a wound electrode winding. Characterized in that screen printing is preferably used for applying the anodic active material to the separator and for applying the cathodic active material to the separator, there is a relatively uniform and homogeneous coating without appreciable edge elevation. This also results in a relatively uniform energy distribution. Similar advantages also result from the fact that the copper layer is applied by screen printing on the anodic active material and that the aluminum layer is applied by screen printing on the cathodic active material. A subsequent calendering of the electrode layers or the electrode stack is not required.

Kurze Beschreibung der ZeichnungenBrief description of the drawings

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Embodiments of the invention will be explained in more detail with reference to the drawings and the description below.

Es zeigen:Show it:

1 eine schematische Darstellung einer Batteriezelle und 1 a schematic representation of a battery cell and

2 eine schematische Schnittdarstellung eines Elektrodenstapels der Batteriezelle aus 1. 2 a schematic sectional view of an electrode stack of the battery cell 1 ,

Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.In the following description of the embodiments of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference numerals, wherein a repeated description of these elements is dispensed with in individual cases. The figures illustrate the subject matter of the invention only schematically.

In 1 ist eine Batteriezelle 2 schematisch dargestellt. Die Batteriezelle 2 umfasst ein Zellengehäuse 3, welches prismatisch, vorliegend quaderförmig, ausgebildet ist. Das Zellengehäuse 3 ist vorliegend elektrisch leitend ausgeführt und beispielsweise aus Aluminium gefertigt. Das Zellengehäuse 3 kann aber auch aus einem elektrisch isolierenden Material, beispielsweise Kunststoff, gefertigt sein. In 1 is a battery cell 2 shown schematically. The battery cell 2 includes a cell housing 3 , which is prismatic, in the present cuboid, is formed. The cell case 3 In the present case, it is designed to be electrically conductive and, for example, made of aluminum. The cell case 3 but can also be made of an electrically insulating material, such as plastic.

Die Batteriezelle 2 umfasst ein negatives Terminal 11 und ein positives Terminal 12, welche an dem prismatischen Zellengehäuse 3 angeordnet sind. Über die Terminals 11, 12 kann eine von der Batteriezelle 2 zur Verfügung gestellte Spannung abgegriffen werden. Ferner kann die Batteriezelle 2 über die Terminals 11, 12 auch geladen werden. The battery cell 2 includes a negative terminal 11 and a positive terminal 12 attached to the prismatic cell housing 3 are arranged. About the terminals 11 . 12 can one from the battery cell 2 provided voltage can be tapped. Furthermore, the battery cell 2 over the terminals 11 . 12 also be loaded.

Innerhalb des Zellengehäuses 3 der Batteriezelle 2 ist ein Elektrodenstapel 10 angeordnet, welcher zwei Elektroden, nämlich eine Anode 21 und eine Kathode 22, aufweist. Die Anode 21 und die Kathode 22 sind jeweils folienartig ausgeführt, und zwischen der Anode 21 und der Kathode 22 ist ein folienartiger Separator 18 vorgesehen. Inside the cell case 3 the battery cell 2 is an electrode stack 10 arranged, which two electrodes, namely an anode 21 and a cathode 22 , having. The anode 21 and the cathode 22 are each made like a foil, and between the anode 21 and the cathode 22 is a film-like separator 18 intended.

Die Anode 21 umfasst ein anodisches Aktivmaterial 41, welches folienartig ausgeführt ist. Das anodische Aktivmaterial 41 weist als Grundstoff vorliegend Silizium oder eine Silizium enthaltende Legierung auf. Die Anode 21 umfasst ferner einen Stromableiter 31, welcher ebenfalls folienartig ausgebildet ist. Das anodische Aktivmaterial 41 und der Stromableiter 31 der Anode 21 sind flächig aneinander gelegt und miteinander verbunden. Somit ist auch die Anode 21 folienartig ausgebildet.The anode 21 includes an anodic active material 41 , which is designed like a film. The anodic active material 41 has silicon as the base material or a silicon-containing alloy. The anode 21 further includes a current collector 31 , which is also formed like a film. The anodic active material 41 and the current collector 31 the anode 21 are laid flat against each other and connected to each other. Thus, also the anode 21 formed like a film.

Der Stromableiter 31 der Anode 21 ist elektrisch leitfähig ausgeführt und aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus Kupfer. Der Stromableiter 31 der Anode 21 ist mittels eines negativen Kollektors 51 elektrisch mit dem negativen Terminal 11 der Batteriezelle 2 verbunden.The current collector 31 the anode 21 is made electrically conductive and made of a metal, such as copper. The current collector 31 the anode 21 is by means of a negative collector 51 electrically with the negative terminal 11 the battery cell 2 connected.

Die Kathode 22 umfasst ein kathodisches Aktivmaterial 42, welches folienartig ausgeführt ist. Das kathodische Aktivmaterial 42 weist als Grundstoff ein Metalloxid auf, beispielsweise Lithium-Kobalt-Oxid (LiCoO2). Die Kathode 22 umfasst ferner einen Stromableiter 32, welcher ebenfalls folienartig ausgebildet ist. Das kathodische Aktivmaterial 42 und der Stromableiter 32 der Kathode 22 sind flächig aneinander gelegt und miteinander verbunden. Somit ist auch die Kathode 22 folienartig ausgebildet.The cathode 22 comprises a cathodic active material 42 , which is designed like a film. The cathodic active material 42 has as its base a metal oxide, for example lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ). The cathode 22 further includes a current collector 32 , which is also formed like a film. The cathodic active material 42 and the current collector 32 the cathode 22 are laid flat against each other and connected to each other. Thus, also the cathode 22 formed like a film.

Der Stromableiter 32 der Kathode 22 ist elektrisch leitfähig ausgeführt und aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus Aluminium. Der Stromableiter 32 der Kathode 22 ist mittels eines positiven Kollektors 52 elektrisch mit dem positiven Terminal 12 der Batteriezelle 2 verbunden.The current collector 32 the cathode 22 is made electrically conductive and made of a metal, such as aluminum. The current collector 32 the cathode 22 is by means of a positive collector 52 electrically with the positive terminal 12 the battery cell 2 connected.

Die Anode 21 und die Kathode 22 sind durch den folienartig ausgebildeten Separator 18 voneinander getrennt. Der Separator 18 ist elektrisch isolierend ausgebildet, aber ionisch leitfähig, also für Lithiumionen durchlässig. Das Zellengehäuse 3 der Batteriezelle 2 ist vorliegend mit einem flüssigen Elektrolyt 15 gefüllt. Der Elektrolyt 15 umgibt dabei die Anode 21, die Kathode 22 und den Separator 18. Auch der Elektrolyt 15 ist ionisch leitfähig.The anode 21 and the cathode 22 are through the film-like separator 18 separated from each other. The separator 18 is electrically insulating, but ionically conductive, so permeable to lithium ions. The cell case 3 the battery cell 2 is present with a liquid electrolyte 15 filled. The electrolyte 15 surrounds the anode 21 , the cathode 22 and the separator 18 , Also the electrolyte 15 is ionic conductive.

2 zeigt eine schematische Schnittdarstellung des Elektrodenstapels 10 der Batteriezelle 2 aus 1. Der Elektrodenstapel 10 weist dabei mehrere Elektrodenlagen 8 auf. Jede der Elektrodenlagen 8 umfasst einen Separator 18, eine Anode 21 und eine Kathode 22. Jede Anode 21 einer Elektrodenlage 8 weist ein anodisches Aktivmaterial 41 und einen Stromableiter 31 auf. Jede Kathode 22 einer Elektrodenlage 8 weist ein kathodisches Aktivmaterial 42 und einen Stromableiter 32 auf. 2 shows a schematic sectional view of the electrode stack 10 the battery cell 2 out 1 , The electrode stack 10 has several electrode layers 8th on. Each of the electrode layers 8th includes a separator 18 , an anode 21 and a cathode 22 , Every anode 21 an electrode layer 8th has an anodic active material 41 and a current collector 31 on. Every cathode 22 an electrode layer 8th has a cathodic active material 42 and a current collector 32 on.

Die Stromableiter 31 der Anode 21 von jeder Elektrodenlage 8 sind mittels des negativen Kollektors 51 miteinander sowie mit dem negativen Terminal 11 der Batteriezelle 2 verbunden. Die Stromableiter 32 der Kathode 22 von jeder Elektrodenlage 8 sind mittels des positiven Kollektors 52 miteinander sowie mit dem positiven Terminal 12 der Batteriezelle 2 verbunden.The current collector 31 the anode 21 from each electrode layer 8th are by means of the negative collector 51 with each other as well as with the negative terminal 11 the battery cell 2 connected. The current collector 32 the cathode 22 from each electrode layer 8th are by means of the positive collector 52 with each other as well as with the positive terminal 12 the battery cell 2 connected.

Auf eine Seite des Separators 18 jeder Elektrodenlage 8 ist das anodische Aktivmaterial 41 mittels Siebdruck aufgebracht. Auf die gegenüberliegende Seite des Separators 18 jeder Elektrodenlage 8 ist das kathodische Aktivmaterial 42 mittels Siebdruck aufgebracht. Der Separator 18 ist dabei aus einem stabilen keramischen Material gefertigt.On one side of the separator 18 each electrode layer 8th is the anodic active material 41 applied by screen printing. On the opposite side of the separator 18 each electrode layer 8th is the cathodic active material 42 applied by screen printing. The separator 18 is made of a stable ceramic material.

Auf das anodische Aktivmaterial 41 jeder Elektrodenlage 8 ist eine Kupferschicht als Stromableiter 31 der Anode 21 mittels Siebdruck aufgebracht. Die Kupferschicht ist dabei derart aufgebracht, dass ein Endabschnitt der Kupferschicht an einer ersten Stirnseite 61 über die übrigen Schichten der Elektrodenlage 8 hinaus ragt. On the anodic active material 41 each electrode layer 8th is a copper layer as a current collector 31 the anode 21 applied by screen printing. The copper layer is applied such that an end portion of the copper layer at a first end face 61 over the remaining layers of the electrode layer 8th sticks out.

Auf das kathodische Aktivmaterial 42 jeder Elektrodenlage 8 ist eine Aluminiumschicht als Stromableiter 32 der Kathode 22 mittels Siebdruck aufgebracht. Die Aluminiumschicht ist dabei derart aufgebracht, dass ein Endabschnitt der Aluminiumschicht an einer zweiten Stirnseite 62 über die übrigen Schichten der Elektrodenlage 8 hinaus ragt. Die zweite Stirnseite 62 ist dabei der ersten Stirnseite 61 gegenüberliegend angeordnet.On the cathodic active material 42 each electrode layer 8th is an aluminum layer as a current conductor 32 the cathode 22 applied by screen printing. The aluminum layer is applied such that one end portion of the aluminum layer at a second end face 62 over the remaining layers of the electrode layer 8th sticks out. The second front side 62 is the first face 61 arranged opposite.

Das Aufbringen der besagten Kupferschicht als Stromableiter 31 der Anode 21 auf das anodische Aktivmaterial 41 erfolgt dabei erst nach einem ausreichenden Aushärten des anodischen Aktivmaterials 41. Ebenso erfolgt das Aufbringen der besagten Aluminiumschicht als Stromableiter 32 der Kathode 22 auf das kathodische Aktivmaterial 42 erst nach einem ausreichenden Aushärten des kathodischen Aktivmaterials 42.The application of said copper layer as a current conductor 31 the anode 21 on the anodic active material 41 takes place only after a sufficient curing of the anodic active material 41 , Likewise, the application of said aluminum layer takes place as a current conductor 32 the cathode 22 on the cathodic active material 42 only after sufficient curing of the cathodic active material 42 ,

Die einzelnen Elektrodenlagen 8 des Elektrodenstapels 10 sind derart gestapelt, dass jeweils die als Stromableiter 31 der Anode 21 dienende Kupferschicht einer Elektrodenlage 8 an die Kupferschicht der benachbarten Elektrodenlage 8 angrenzt, oder dass jeweils die als Stromableiter 32 der Kathode 22 dienende Aluminiumschicht einer Elektrodenlage 8 an die Aluminiumschicht der benachbarten Elektrodenlage 8 angrenzt.The individual electrode layers 8th of the electrode stack 10 are stacked in such a way that each as a current conductor 31 the anode 21 serving copper layer of an electrode layer 8th to the copper layer of the adjacent electrode layer 8th adjacent, or that each as a current collector 32 the cathode 22 serving aluminum layer of an electrode layer 8th to the aluminum layer of the adjacent electrode layer 8th borders.

Jeweils zwei benachbarte Elektrodenlagen 8 des Elektrodenstapels 10 werden dabei gestapelt, bevor die aneinander angrenzenden als Stromableiter 31 der Anode 21 dienenden Kupferschichten getrocknet sind. Ebenso werden jeweils zwei benachbarte Elektrodenlagen 8 gestapelt, bevor die als Stromableiter 32 der Kathode 22 dienenden aneinander angrenzenden Aluminiumschichten getrocknet sind.Two adjacent electrode layers each 8th of the electrode stack 10 are stacked before being adjacent to each other as a current conductor 31 the anode 21 serving copper layers are dried. Likewise, each two adjacent electrode layers 8th stacked before the as a current collector 32 the cathode 22 serving adjacent aluminum layers are dried.

Die einzelnen Elektrodenlagen 8 des Elektrodenstapels 10 sind ferner derart gestapelt, dass jeweils die ersten Stirnseiten 61 der Elektrodenlagen 8 in die gleiche Richtung weisen. Somit weisen auch die Endabschnitte der als Stromableiter 31 der Anode 21 dienenden Kupferschichten der Elektrodenlagen 8 in die gleiche Richtung.The individual electrode layers 8th of the electrode stack 10 are further stacked such that each of the first end faces 61 the electrode layers 8th pointing in the same direction. Thus, also have the end portions of the current as a conductor 31 the anode 21 serving copper layers of the electrode layers 8th in the same direction.

Die einzelnen Elektrodenlagen 8 des Elektrodenstapels 10 sind damit auch derart gestapelt, dass jeweils die zweiten Stirnseiten 62 der Elektrodenlagen 8 in die gleiche Richtung weisen. Somit weisen auch die Endabschnitte der als Stromableiter 32 der Kathode 22 dienenden Aluminiumschichten der Elektrodenlagen 8 in die gleiche Richtung.The individual electrode layers 8th of the electrode stack 10 are thus stacked so that each of the second end faces 62 the electrode layers 8th pointing in the same direction. Thus, also have the end portions of the current as a conductor 32 the cathode 22 serving aluminum layers of the electrode layers 8th in the same direction.

Die Endabschnitte der als Stromableiter 31 der Anode 21 dienenden Kupferschichten der Elektrodenlagen 8 sind dabei mittels des negativen Kollektors 51 miteinander verbunden. Der negative Kollektor 51 ist mit dem negativen Terminal 11 der Batteriezelle 2 verbunden.The end sections of the as a current conductor 31 the anode 21 serving copper layers of the electrode layers 8th are by means of the negative collector 51 connected with each other. The negative collector 51 is with the negative terminal 11 the battery cell 2 connected.

Die Endabschnitte der als Stromableiter 32 der Kathode 22 dienenden Aluminiumschichten der Elektrodenlagen 8 sind dabei mittels des positiven Kollektors 52 miteinander verbunden. Der positive Kollektor 52 ist mit dem positiven Terminal 12 der Batteriezelle 2 verbunden.The end sections of the as a current conductor 32 the cathode 22 serving aluminum layers of the electrode layers 8th are by means of the positive collector 52 connected with each other. The positive collector 52 is with the positive terminal 12 the battery cell 2 connected.

Während der Herstellung des Elektrodenstapels 10 entstandene Hohlräume werden mit einem Isoliermaterial 70 aufgefüllt. Anschließend werden die Elektrodenlagen 8 sowie das in die Hohlräume gefüllte Isoliermaterial 70 plan geschliffen. Auch werden die Elektrodenlagen 8 noch gepresst und somit auch verdichtet.During the production of the electrode stack 10 resulting cavities are covered with an insulating material 70 refilled. Subsequently, the electrode layers 8th and the insulating material filled in the cavities 70 ground plan. Also the electrode layers become 8th still pressed and thus compacted.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen. The invention is not limited to the embodiments described herein and the aspects highlighted therein. Rather, within the scope given by the claims a variety of modifications are possible, which are within the scope of expert action.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (10)

Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels (10) für eine Batteriezellen (2), umfassend folgende Schritte: Bilden einer Elektrodenlage (8) durch Bereitstellen eines folienartigen Separators (18), Aufbringen eines anodischen Aktivmaterials (41) auf eine Seite des Separators (18) und eines kathodischen Aktivmaterials (42) auf die gegenüberliegende Seite des Separators (18), Aufbringen einer Kupferschicht als Stromableiter (31) der Anode (21) auf das anodische Aktivmaterial (41) und einer Aluminiumschicht als Stromableiter (32) der Kathode (22) auf das kathodische Aktivmaterial (42); Stapeln mehrerer Elektrodenlagen (8) derart, dass jeweils die Kupferschichten oder die Aluminiumschichten von benachbarten Elektrodenlagen (8) aneinander angrenzen.Method for producing an electrode stack ( 10 ) for a battery cell ( 2 ), comprising the following steps: forming an electrode layer ( 8th ) by providing a film-like separator ( 18 ), Applying an anodic active material ( 41 ) on one side of the separator ( 18 ) and a cathodic active material ( 42 ) on the opposite side of the separator ( 18 ), Applying a copper layer as a current conductor ( 31 ) of the anode ( 21 ) on the anodic active material ( 41 ) and an aluminum layer as a current conductor ( 32 ) the cathode ( 22 ) on the cathodic active material ( 42 ); Stacking several electrode layers ( 8th ) such that in each case the copper layers or the aluminum layers of adjacent electrode layers ( 8th ) adjoin one another. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das anodische Aktivmaterial (41) mittels Siebdruck auf den Separator (18) aufgebracht wird und/oder dass das kathodische Aktivmaterial (42) mittels Siebdruck auf den Separator (18) aufgebracht wird.Method according to claim 1, characterized in that the anodic active material ( 41 ) by screen printing on the separator ( 18 ) and / or that the cathodic active material ( 42 ) by screen printing on the separator ( 18 ) is applied. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferschicht erst nach einem Aushärten des anodischen Aktivmaterials (41) aufgebracht wird und/oder dass die Aluminiumschicht erst nach einem Aushärten des kathodischen Aktivmaterials (42) aufgebracht wird. Method according to one of the preceding claims, characterized in that the copper layer only after a curing of the anodic active material ( 41 ) is applied and / or that the aluminum layer only after curing of the cathodic active material ( 42 ) is applied. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupferschicht mittels Siebdruck auf das anodische Aktivmaterial (41) aufgebracht wird und/oder dass die Aluminiumschicht mittels Siebdruck auf das kathodische Aktivmaterial (42) aufgebracht wird.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the copper layer by means of screen printing on the anodic active material ( 41 ) is applied and / or that the aluminum layer by means of screen printing on the cathodic active material ( 42 ) is applied. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass benachbarte Elektrodenlagen (8) gestapelt werden, bevor die aneinander angrenzenden Kupferschichten getrocknet sind und/oder bevor die aneinander angrenzenden Aluminiumschichten getrocknet sind.Method according to one of the preceding claims, characterized in that adjacent electrode layers ( 8th ) are stacked before the adjoining copper layers are dried and / or before the adjacent aluminum layers are dried. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die gestapelten Elektrodenlagen (8) gepresst werden.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the stacked electrode layers ( 8th ) are pressed. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Separator (18) aus einem keramischen Material gefertigt ist.Method according to one of the preceding claims, characterized in that the separator ( 18 ) is made of a ceramic material. Elektrodenstapel (10) für eine Batteriezelle (2), hergestellt nach dem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche.Electrode stack ( 10 ) for a battery cell ( 2 ), prepared by the method according to any one of the preceding claims. Batteriezelle (2), umfassend mindestens einen Elektrodenstapel (10) nach Anspruch 8.Battery cell ( 2 ), comprising at least one electrode stack ( 10 ) according to claim 8. Verwendung einer Batteriezelle (2) nach Anspruch 9 in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV), in einem Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV), in einer stationären Batterie, in einer Batterie in einer marinen Anwendung oder in einer Batterie in einer aeronautischen Anwendung.Use of a battery cell ( 2 ) according to claim 9 in an electric vehicle (EV), in a hybrid vehicle (HEV), in a plug-in hybrid vehicle (PHEV), in a stationary battery, in a battery in a marine application or in a battery in an aeronautical application.
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