DE102017200891B4 - Process for producing a pouch cell - Google Patents

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Pouch-Zelle, umfassend:das Bilden eines äußersten Stapels, einschließlich einer negativen Elektrode und Separatoren, die an gegenüberliegenden Oberflächen der negativen Elektrode positioniert sind;das Bilden eines inneren Stapels, einschließlich:einer positiven Elektrode; undmindestens einem Unterstapel mit einer weiteren negativen Elektrode, einer weiteren positiven Elektrode und weiteren Separatoren, die an gegenüberliegenden Oberflächen der weiteren negativen Elektrode positioniert sind;das Positionieren des inneren Stapels auf dem äußersten Stapel, so dass i) ein Ende des inneren Stapels im Wesentlichen mit einem Ende des äußersten Stapels ausgerichtet ist, ii) ein anderes Ende des äußersten Stapels und ein Abschnitt des äußersten Stapels frei bleiben und iii) sich die positive Elektrode des inneren Stapels neben einem der Separatoren des äußersten Stapels befindet, wodurch ein Kernstapel gebildet wird;das Falten des freiliegenden Abschnitts des äußersten Stapels um ein anderes Ende des inneren Stapels und zum Abdecken eines Abschnitts einer Au-ßenschicht des inneren Stapels, wodurch eine erste Überlagerung gebildet wird; unddas Falten des Kernstapels um mindestens einen Abschnitt der ersten Überlagerung nach einer zuvor festgelegten Anzahl.A method of making a pouch cell comprising:forming an outermost stack including a negative electrode and separators positioned on opposing surfaces of the negative electrode;forming an inner stack including:a positive electrode; andat least one sub-stack having a further negative electrode, a further positive electrode and further separators positioned on opposite surfaces of the further negative electrode;positioning the inner stack on the outermost stack such that i) one end of the inner stack is substantially aligned with one end of the outermost stack, ii) another end of the outermost stack and a portion of the outermost stack remain exposed, and iii) the positive electrode of the inner stack is adjacent to one of the separators of the outermost stack, thereby forming a core stack;the folding the exposed portion of the outermost stack around another end of the inner stack and covering a portion of an outer layer of the inner stack, thereby forming a first overlay; andfolding the core stack by at least a portion of the first overlay after a predetermined number of times.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Pouch-Zelle.The present invention relates to a method for producing a pouch cell.

Gemäß der US 2005 / 0 191 545 A1 wird eine Elektrodenanordnung gebildet, indem eine Folienkathode, ein Folienseparator und eine doppelseitige Folienanode übereinandergelegt werden, um eine gestapelte Struktur zu bilden, die mehreren Faltungen unterworfen wird. Die anfängliche Faltung umfasst das Falten der Kathode in der Hälfte um die doppelseitige Anode herum, so dass die jeweiligen oberen und unteren aktiven Anodenoberflächen davon umgeben werden. Die Mehrfachfaltung kann eine oder mehrere aufeinanderfolgende parallele Faltungen umfassen, wobei die Faltlinie senkrecht zur ursprünglichen Länge der gestapelten Struktur verläuft, so dass ihre Gesamtlänge bei jeder Faltung halbiert wird.According to the US 2005 / 0 191 545 A1 An electrode assembly is formed by superimposing a film cathode, a film separator and a double-sided film anode to form a stacked structure that is subjected to multiple folds. The initial folding involves folding the cathode in half around the double-sided anode so that the respective upper and lower active anode surfaces are surrounded by it. The multiple folding may comprise one or more successive parallel folds, with the fold line perpendicular to the original length of the stacked structure so that its total length is halved with each fold.

Ferner gehen aus den Druckschriften CN 2 01 084 777 Y und JP S64- 72 460 A Laschenbefestigungsverfahren hervor, bei denen eine Sandwichstruktur mit einem ersten Stück Folie gebildet wird, das neben einer Elektrode positioniert ist, die sich neben einer Elektrodenlasche befindet, und bei denen Verschweißen die Sandwichstruktur verschweißt wird.Furthermore, from the publications CN 2 01 084 777 Y and JP S64- 72 460 A Tab attachment methods in which a sandwich structure is formed with a first piece of foil positioned next to an electrode located next to an electrode tab and in which welding the sandwich structure is welded.

EINFÜHRUNGINTRODUCTION

Sekundäre oder wiederaufladbare Lithium-Batterien werden häufig in vielen stationären und tragbaren Geräten verwendet, denen man z. B. in der Unterhaltungselektronik, der Automobil- sowie Luftfahrtindustrie begegnet. Die Klasse der Lithium-Batterien erfreut sich aus verschiedenen Gründen immer größerer Beliebtheit, einschließlich einer relativ hohen Energiedichte, eines allgemeinen Ausbleibens jeglichen Memory-Effekts im Vergleich zu anderen wiederaufladbaren Batteriearten, eines relativ geringen Innenwiderstands und einer niedrigen Selbstentladungsrate bei Nichtgebrauch und sie kann in einer Vielzahl von Formen (z. B. prismatisch) und Größen hergestellt werden, so dass sie in den dafür vorgesehenen Platz im Elektrofahrzeug, in Mobiltelefonen und anderen elektronischen Vorrichtungen passt. Zusätzlich macht die Fähigkeit von Lithium-Batterien, über ihre verbleibende Lebensdauer wiederholte Neustarts durchführen zu können, sie zu einer attraktiven und zuverlässigen Energiequelle.Secondary or rechargeable lithium batteries are commonly used in many stationary and portable devices such as: B. encountered in consumer electronics, the automotive and aviation industries. The lithium battery class is becoming increasingly popular for a variety of reasons, including a relatively high energy density, a general lack of any memory effect compared to other rechargeable battery types, a relatively low internal resistance, a low self-discharge rate when not in use, and it can be used in a A variety of shapes (e.g. prismatic) and sizes can be manufactured so that it fits into the designated space in electric vehicles, cell phones and other electronic devices. Additionally, lithium batteries' ability to perform repeated restarts over their remaining lifespan makes them an attractive and reliable source of energy.

ZUSAMMENFASSUNGSUMMARY

Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zur Herstellung einer Pouch-Zelle vorgestellt. Bei dem Verfahren wird ein äußerster Stapel gebildet einschließlich einer negativen Elektrode und Separatoren, die an gegenüberliegenden Oberflächen der negativen Elektrode positioniert sind. Auch ein innerer Stapel wird gebildet, einschließlich einer positiven Elektrode und mindestens einem Unterstapel mit einer weiteren negativen Elektrode, einer weiteren positiven Elektrode und weiteren Separatoren, die an gegenüberliegenden Oberflächen der weiteren negativen Elektrode positioniert sind. Der innere Stapel ist am äußersten Stapel so positioniert, dass i) ein Ende des inneren Stapels im Wesentlichen mit einem Ende des äußersten Stapels ausgerichtet ist, ii) ein anderes Ende des äußersten Stapels und ein Abschnitt des äußersten Stapels freigelegt bleiben und iii) sich die positive Elektrode des inneren Stapels neben einem der Separatoren des äußersten Stapels befindet. Dieses bildet einen Kernstapel. Der freiliegende Abschnitt des äußersten Stapels ist um ein weiteres Ende des inneren Stapels und zum Abdecken eines Abschnitts einer Außenschicht des inneren Stapels gefaltet, um eine erste Überlagerung zu bilden. Der Kernstapel wird um mindestens einen Abschnitt der ersten Überlagerung nach einer zuvor festgelegten Anzahl von Malen gefaltet.According to the invention, a method for producing a pouch cell is presented. In the process, an outermost stack is formed including a negative electrode and separators positioned on opposing surfaces of the negative electrode. An inner stack is also formed, including a positive electrode and at least one sub-stack having another negative electrode, another positive electrode, and further separators positioned on opposing surfaces of the further negative electrode. The inner stack is positioned on the outermost stack such that i) one end of the inner stack is substantially aligned with one end of the outermost stack, ii) another end of the outermost stack and a portion of the outermost stack remain exposed, and iii) the positive electrode of the inner stack is located next to one of the separators of the outermost stack. This forms a core stack. The exposed portion of the outermost stack is folded around another end of the inner stack and to cover a portion of an outer layer of the inner stack to form a first overlay. The core stack is folded around at least a portion of the first overlay after a predetermined number of times.

Ferner wird ein Laschenbefestigungsverfahren beschrieben. Bei dem Laschenbefestigungsverfahren wird eine Sandwich-Struktur mit einem ersten Stück Folie gebildet, das neben einer Elektrode positioniert ist, die sich neben einer Elektrodenlasche befindet, die sich neben einem zweiten Stück Folie befindet. Die Sandwich-Struktur wird verschweißt.A tab fastening method is also described. In the tab attachment method, a sandwich structure is formed with a first piece of foil positioned next to an electrode located next to an electrode tab located next to a second piece of foil. The sandwich structure is welded.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGENBRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS

Merkmale von Beispielen der vorliegenden Erfindung werden durch Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung und die Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszeichen ähnlichen, obwohl vielleicht nicht identischen, Komponenten entsprechen, hervorgehen. Der Kürze halber können Bezugszahlen oder Merkmale mit einer zuvor beschriebenen Funktion in Verbindung mit anderen Zeichnungen, in denen sie erscheinen, beschrieben sein oder auch nicht.

  • 1A und 1B sind schematische und perspektivische Ansichten eines Beispiels des hierin offenbarten Laschenbefestigungsverfahrens;
  • 2A und 2B sind schematische, perspektivische Ansichten eines Teils eines Beispiels des Verfahrens zur Herstellung einer Pouch-Zelle, wodurch eine erste Überlagerung gebildet wird;
  • 3 ist eine schematische, perspektivische Ansicht eines inneren Stapels, der an einem äußersten Stapel positioniert ist, wobei ein Ende des inneren Stapels im Wesentlichen mit dem äußersten Stapel ausgerichtet ist;
  • 4 veranschaulicht einen weiteren Teil des Beispiels des Verfahrens zur Herstellung der Pouch-Zelle, wobei die erste Überlagerung und Pouch-Zelle dargestellt als schematische Querschnitte dargestellt sind; und
  • 5 ist eine schematische und perspektivische Ansicht eines Beispiels einer Pouch-Zelle.
Features of examples of the present invention will become apparent by reference to the following detailed description and drawings, in which like reference numerals correspond to similar, although perhaps not identical, components. For brevity, reference numerals or features having a previously described function may or may not be described in connection with other drawings in which they appear.
  • 1A and 1B are schematic and perspective views of an example of the tab attachment method disclosed herein;
  • 2A and 2 B are schematic perspective views of a portion of an example of the method of making a pouch cell thereby forming a first overlay;
  • 3 is a schematic perspective view of an inner stack positioned at an outermost stack, with one end of the inner stack substantially aligned with the outermost stack;
  • 4 illustrates another portion of the example of the method of making the pouch cell, with the first overlay and pouch cell shown as schematic cross-sections; and
  • 5 is a schematic and perspective view of an example of a pouch cell.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNGDETAILED DESCRIPTION

Lithium-Batterien arbeiten im Allgemeinen durch reversibles Durchleiten von Lithium-Ionen zwischen einer negativen Elektrode (manchmal als Anode bezeichnet) und einer positiven Elektrode (manchmal als Kathode bezeichnet). Die negativen und positiven Elektroden sind an den gegenüberliegenden Seiten eines porösen Polymerseparators angeordnet, der mit einer für die Leitung der Lithiumionen geeigneten Elektrolytlösung getränkt ist. Während des Ladevorgangs werden Lithiumionen in die negative Elektrode eingeführt/eingefügt und beim Entladen werden Lithiumionen aus der negativen Elektrode extrahiert. Jede der Elektroden ist auch mit den zugehörigen Stromabnehmern verbunden, die an einen unterbrechbaren externen Stromkreis, durch den elektrischer Strom zwischen der negativen und der positiven Elektrode fließen kann, angeschlossen sind. Beispiele für Lithium-Batterien beinhalten die Lithium-Schwefel-Batterie (z. B. eine negative Elektrode mit einer Schwefel-basierten positiven Elektrode), die Silizium-Schwefel-Batterie (z. B. eine Silizium-basierte negative Elektrode mit einer Schwefel-basierten positiven Elektrode), die Lithium-Ionen-Batterie (z. B. eine nicht-Lithium-basierte negative Elektrode mit einer Lithium-basierten positiven Elektrode) und die Lithium-Lithium-Batterie (Lithium-basierte positive und negative Elektroden, die verbunden sind).Lithium batteries generally work by reversibly passing lithium ions between a negative electrode (sometimes called an anode) and a positive electrode (sometimes called a cathode). The negative and positive electrodes are arranged on opposite sides of a porous polymer separator that is soaked with an electrolyte solution suitable for conducting the lithium ions. During charging, lithium ions are introduced/inserted into the negative electrode and during discharging, lithium ions are extracted from the negative electrode. Each of the electrodes is also connected to associated current collectors which are connected to an interruptible external circuit through which electrical current can flow between the negative and positive electrodes. Examples of lithium batteries include the lithium-sulfur battery (e.g. a negative electrode with a sulfur-based positive electrode), the silicon-sulfur battery (e.g. a silicon-based negative electrode with a sulfur-based based positive electrode), the lithium-ion battery (e.g. a non-lithium-based negative electrode with a lithium-based positive electrode) and the lithium-lithium battery (lithium-based positive and negative electrodes connected are).

Lithium-Batterien können eine Vielzahl von Konfigurationen aufweisen, einschließlich einer Pouch-Zelle. Einige Beispiele des hierin offenbarten Verfahrens bilden eine erste Überlagerung und nutzen dann ein Falt- oder Wicklungsverfahren, um eine Pouch-Zelle zu erzeugen. Die Pouch-Zelle hat n-Schichten von positiven und negativen Elektroden und 2n-Schichten der Separatoren. Dies ist gegensätzlich zu einem Beispiel einer herkömmlichen Pouch-Zelle, die n-Schichten der positiven Elektroden, n+1-Schichten der negativen Elektroden und 2n+2-Schichten der Separatoren beinhaltet. Dies ist auch gegensätzlich zu einem weiteren Beispiel einer herkömmlichen Pouch-Zelle, die n-Schichten der positiven Elektroden, n+1-Schichten der negativen Elektroden und einen kontinuierlichen Separator beinhaltet, der zwischen den Elektroden gewickelt ist, da der kontinuierliche Separator oft eine Länge länger als 2n+2-Schichten der Separatoren aufweist. Als solches nutzt das hierin offenbarte Verfahren (die Verfahren) weniger Material, was die volumetrische Energiedichte erhöhen kann.Lithium batteries can have a variety of configurations, including a pouch cell. Some examples of the method disclosed herein form a first overlay and then use a folding or winding process to create a pouch cell. The pouch cell has n-layers of positive and negative electrodes and 2n-layers of separators. This is in contrast to an example of a conventional pouch cell that includes n layers of positive electrodes, n+1 layers of negative electrodes, and 2n+2 layers of separators. This is also in contrast to another example of a conventional pouch cell that includes n layers of positive electrodes, n+1 layers of negative electrodes, and a continuous separator wound between the electrodes, since the continuous separator is often a length longer than 2n+2 layers of the separators. As such, the method(s) disclosed herein utilizes less material, which can increase volumetric energy density.

Mit bestimmten Elektrodenmaterialien (z. B. negativen Lithium-Elektroden, Schwefel-basierte positive Elektroden), kann die Elektrode in der hierin offenbarten Pouch-Zelle ohne einen Stromabnehmer ausgebildet sein. Dies kann die gravimetrische und volumetrische Energiedichte der Pouch-Zelle erhöhen. Für negative Lithium-Elektroden entfällt hierdurch auch die Notwendigkeit beide Seiten des Stromabnehmers zu bedecken.With certain electrode materials (e.g., lithium negative electrodes, sulfur-based positive electrodes), the electrode in the pouch cell disclosed herein may be formed without a current collector. This can increase the gravimetric and volumetric energy density of the pouch cell. For negative lithium electrodes, this also eliminates the need to cover both sides of the current collector.

Die Pouch-Zellen beinhalten auch Laschen, die den Elektroden innerhalb der Pouch adressiert zu werden. Das hierin offenbarte Laschenbefestigungsverfahren stellt ein relativ effizientes Verfahren zur Befestigung auf die einzelnen Elektroden bereit. Dieses Verfahren beseitigt die Notwendigkeit für eine spezielle Matrize, um einen Laschenbefestigungsort auf der Elektrode zu bilden. Dieses Verfahren kann auch die mechanischen Eigenschaften der Befestigung verbessern. Dieses Verfahren kann auch den Kontakt zwischen der Lasche und der Elektrode erhöhen, beispielsweise, wenn verglichen mit dem Kontakt durch ein Pressverfahren.The pouch cells also contain tabs that allow the electrodes within the pouch to be addressed. The tab attachment method disclosed herein provides a relatively efficient method of attachment to the individual electrodes. This method eliminates the need for a special die to form a tab attachment location on the electrode. This process can also improve the mechanical properties of the fastener. This method can also increase the contact between the tab and the electrode, for example when compared to contact by a pressing method.

Ein Beispiel des Laschenbesfestigungsverfahrens ist in 1A und 1B gezeigt. In 1A wird eine Sandwich-Struktur 10 gebildet und in 1B wird die Sandwich-Struktur 10 verschweißt.An example of the tab attachment method is in 1A and 1B shown. In 1A a sandwich structure 10 is formed and in 1B the sandwich structure 10 is welded.

Die Sandwich-Struktur 10 beinhaltet ein erstes Stück Folie 12, eine Elektrode 14, eine Elektrodenlasche 16 und ein zweites Stück Folie 18. Wie dargestellt, ist die Sandwich-Struktur mit einem ersten Stück Folie 12, das neben einer Elektrode 14 positioniert ist, die sich neben einer Elektrodenlasche 16 befindet, die sich neben einem zweiten Stück Folie 18 befindet, dargestellt. In diesem speziellen Beispiel sind die Bauteile 12, 14, 16, 18 der Sandwich-Struktur 10 so angeordnet, dass, wenn sie verschweißt sind (1B), sodass jede Komponente 12, 14, 16, 18 an die benachbarte Komponente (z. B. 12 Kontakte 14, die Kontakte 16, die Kontakte 18) und die Elektrode 14 und die Elektrodenlasche 16 kontaktiert und sich zwischen den ersten und zweiten Teilen der Folie 18 sandwichartig befindet.The sandwich structure 10 includes a first piece of film 12, an electrode 14, an electrode tab 16 and a second piece of film 18. As shown, the sandwich structure includes a first piece of film 12 positioned adjacent an electrode 14 is located next to an electrode tab 16, which is shown next to a second piece of film 18. In this particular example, the components 12, 14, 16, 18 of the sandwich structure 10 are arranged so that when welded ( 1B) , so that each component 12, 14, 16, 18 contacts the adjacent component (e.g. 12 contacts 14, the contacts 16, the contacts 18) and the electrode 14 and the electrode tab 16 and is between the first and second parts of the Slide 18 is sandwiched.

Die erste Stück Folie 12, die Elektrodenlasche 16 und das zweite Stück Folie 18 kann überall entlang der Länge L und der Breite W (in 1B gezeigt) der Elektrode 14 positioniert werden, wobei es wünschenswert ist, dass die Elektrodenlasche 16 an die Elektrode 14 angebracht wird. Während 1B die Elektrodenlasche 16 veranschaulicht, die sich nach dem Schweißen von einer Seite 20B der Elektrode 14 erstreckt, ist es selbstverständlich, dass sich die Elektrodenlasche 16 alternativ von der anderen Seite 20A oder von den jeweiligen Enden 22A, 22B der Elektrode 14 erstreckt. An welcher Stelle die Elektrodenlasche 16 von der Elektrode 14 nach außen, hängt mindestens teilweise von der Konfiguration der letzten Zelle ab.The first piece of foil 12, the electrode tab 16 and the second piece of foil 18 can be placed anywhere along the length L and the width W (in 1B shown) of the electrode 14 are positioned, it being desirable that the electrode tab 16 is attached to the electrode 14. While 1B As the electrode tab 16 illustrates extending from one side 20B of the electrode 14 after welding, it will be understood that the electrode tab 16 alternatively extends from the other side 20A or from the respective ends 22A, 22B of the electrode 14. Where the electrode tab 16 moves outward from the electrode 14 depends at least in part on the configuration of the last cell.

Die Elektrode 14 kann eine negative Elektrode 14NE oder eine positive Elektrode 14 PE sein. Je nach Material der Elektrode 14, kann die Elektrode 14 einen Stromabnehmer beinhalten oder nicht, auf dem das aktive Material (und in manchen Fällen Bindemittel und leitfähiger Füllstoff) angeordnet ist.The electrode 14 may be a negative electrode 14NE or a positive electrode 14 PE. Depending on the material of the electrode 14, the electrode 14 may or may not include a current collector on which the active material (and in some cases binder and conductive filler) is disposed.

Beispiele der negativen Elektrode 14NE beinhalten Lithiummetall (z. B. Lithiumfolie) und Kohlenstoff. Das Lithiummetall und einige Beispiele für negative Kohlenstoff-Elektroden 14NE sind frei vom Stromabnehmer. Andere Beispiele der negativen Elektrode 14NE beinhalten Graphit, Lithium-Bariumtitanat, Silizium, SiOx (0<x≤2), Silizium-Legierungen (e.g., Si-Sn), Silizium-Kohlenstoff-Verbundstoffe, Zinn oder Zinnoxide. Diese Materialien sind aktive Materialien, die mit dem Bindemittel und/oder leitfähigen Füllstoff kombiniert werden können und auf einem Nickel- oder Kupfer-Stromabnehmer zum Bilden der negativen Elektrode 14NE angebracht sind. Des Weiteren ist die negativen Elektrode 14 NE ein Kupfer-Stromabnehmer, der mit Lithium beaufschlagt ist.Examples of the negative electrode 14NE include lithium metal (e.g., lithium foil) and carbon. The lithium metal and some examples of carbon negative electrodes 14NE are free from the current collector. Other examples of the negative electrode 14NE include graphite, lithium barium titanate, silicon, SiO x (0<x≤2), silicon alloys (eg, Si-Sn), silicon-carbon composites, tin or tin oxides. These materials are active materials that can be combined with the binder and/or conductive filler and mounted on a nickel or copper current collector to form the negative electrode 14NE. Furthermore, the negative electrode 14 NE is a copper current collector that is charged with lithium.

Ein Beispiel der positiven Elektrode 14PE beinhaltet einen Schwefel-Kohlenstoff-Verbundstoff (z. B. das Gewichtsverhältnis von Schwefel zu Kohlenstoff liegt bei 1:9 bis 9:1). Der Schwefel-Kohlenstoff-Verbundstoff der positiven Elektroden 14PE ist frei vom Stromabnehmer. In einigen Fällen kann der Schwefel-Kohlenstoff-Verbundstoff mit einem Bindemittel und/oder leitfähigen Füllstoff kombiniert werden, um die positive Elektrode 14PE zu bilden. Andere Beispiele der aktiven Materialien der positiven Elektrode 14PE, die mit einem Bindemittel und/oder leitfähigen Füllstoff kombiniert werden können und an einem Stromabnehmer zum Bilden der positiven Elektrode 14PE angebracht sind. Beispiele für das aktive Material der positiven Elektrode beinhalten das Spinell-Lithiummanganoxid (LiMn2O4), Lithiumkobaltoxid (LiCoO2), ein Mangannickeloxid-Spinell [Li(Mn1,5Ni0,5)O2 oder ein geschichtetes Nickelmangankobaltoxid (mit einer allgemeinen Formel xLi2MnO3·(1-x)LiMO2, wobei M in einem beliebigen Verhältnis von Ni, Mn und/oder Co zusammengesetzt ist. Ein spezielles Beispiel für das geschichtete Nickelmangankobaltoxid umfasst (xLi2MnO3·(1-x)Li(Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2).An example of the positive electrode 14PE includes a sulfur-carbon composite (e.g., the weight ratio of sulfur to carbon is 1:9 to 9:1). The sulfur-carbon composite of the positive electrodes 14PE is free from the current collector. In some cases, the sulfur-carbon composite may be combined with a binder and/or conductive filler to form the positive electrode 14PE. Other examples of the positive electrode active materials 14PE, which may be combined with a binder and/or conductive filler and attached to a current collector to form the positive electrode 14PE. Examples of the positive electrode active material include the spinel lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), a manganese nickel oxide spinel [Li(Mn 1.5 Ni 0.5 )O 2 or a layered nickel manganese cobalt oxide (with a general formula xLi 2 MnO 3 ·(1-x)LiMO 2 , where M is composed in any ratio of Ni, Mn and/or Co. A specific example of the layered nickel manganese cobalt oxide includes (xLi 2 MnO 3 ·(1- x)Li(Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 )O 2 ).

Weitere geeignete aktive Materialien der positiven Elektrode beinhalten Li (Ni1/3Mn1/3Co1/3)O2, Lix+yMn2-yO4 (LMO, 0 < x < 1 und 0 < y <0.1), ein Lithium-Eisen-Polyanionoxid (wie etwa Lithium-Eisenphosphat (LiFePO4) oder Lithium-Eisen-Fluorphosphat (Li2FePO4F)), LiNi1-xCo1-yMx+yO2 oder LiMn1,5-xNi0,5-yMx+yO4 (wobei M aus einem beliebigen Verhältnis von Al, Ti, Cr und/oder Mg besteht), stabilisiertes Lithium-Manganoxid-Spinell (LixMn2-yMyO4 (wobei M aus einem beliebigen Verhältnis von Al, Ti, Cr und/oder Mg besteht), Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminiumoxid (z. B. LiNi0,8Co0,15Al 0,05O2 oder NCA), Aluminium-stabilisiertes Lithium-Manganoxid-Spinell (z. B. LixAl0,05Mn0,95O2) Lithium-Vanadiumoxid (LiV2O5) Li2MSiO4 (wobei M aus einem beliebigen Verhältnis von Co, Fe und/oder Mn besteht) und anderes Hochenergie-Nickel-Mangan-Kobalt-Material (HE-NMC, NMC oder LiNiMnCoO2). Mit „beliebiges Verhältnis“ ist gemeint, dass jedes beliebige Element in jeder beliebigen Menge vorhanden sein kann. So könnte in einigen Beispielen M Al sein, mit oder ohne Cr Ti und/oder Mg oder jede beliebige andere Kombination der gelisteten Elemente. In einem anderen Beispiel können Anionsubstitutionen im Gitter eines jeden Beispiels des Lithium-Übergangsmetallbasierten aktiven Materials zur Stabilisierung der Kristallstruktur gemacht werden. So kann beispielsweise jedes beliebige O-Atom durch ein F-Atom substituiert sein.Other suitable positive electrode active materials include Li (Ni 1/3 Mn 1/3 Co 1/3 )O 2 , Li x+y Mn 2-y O 4 (LMO, 0 < x < 1 and 0 < y < 0.1 ), a lithium iron polyanionoxide (such as lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) or lithium iron fluorophosphate (Li 2 FePO 4 F)), LiNi 1-x Co 1-y M x+y O 2 or LiMn 1 .5-x Ni 0.5-y M x+y O 4 (where M consists of any ratio of Al, Ti, Cr and/or Mg), stabilized lithium manganese oxide spinel (Li x Mn 2-y M y O 4 (where M consists of any ratio of Al, Ti, Cr and/or Mg), lithium nickel cobalt aluminum oxide (e.g. LiNi 0.8 Co 0.15 Al 0.05 O 2 or NCA), aluminum-stabilized lithium manganese oxide spinel (e.g. Li x Al 0.05 Mn 0.95 O 2 ) lithium vanadium oxide (LiV 2 O 5 ) Li 2 MSiO 4 (where M is from any ratio of Co, Fe and/or Mn) and other high-energy nickel-manganese-cobalt material (HE-NMC, NMC or LiNiMnCoO 2 ). By “any ratio” it is meant that any element can be present in any amount . So, in some examples, M could be Al, with or without Cr, Ti and/or Mg, or any other combination of the listed elements. In another example, anion substitutions may be made in the lattice of each example of the lithium transition metal based active material to stabilize the crystal structure. For example, any O atom can be substituted by an F atom.

Das Bindemittel kann verwendet werden, um das aktive Material strukturell zusammenzuhalten. Beispielen für Bindemittel umfassen Polyvinylidenfluorid (PVdF), Polyethylenoxid (PEO), ein Ethylen-Propylen-Dien-Monomer(EPDM)-Kautschuk, Carboxymethylcellulose (CMC), Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR), Styrol-Butadien-Kautschuk-Carboxymethylcellulose (SBR-CMC), Polyacrylsäure (PAA), vernetzte Polyacrylsäure-Polyethylenimin, Polyimid oder jedes beliebige andere geeignete Bindermaterial. Andere geeignete Bindemittel sind unter anderem Polyvinylalkohol (PVA), Natriumalginat oder andere wasserlösliche Bindemittel.The binder can be used to structurally hold the active material together. Examples of binders include polyvinylidene fluoride (PVdF), polyethylene oxide (PEO), an ethylene propylene diene monomer (EPDM) rubber, carboxymethyl cellulose (CMC), styrene butadiene rubber (SBR), styrene butadiene rubber carboxymethyl cellulose ( SBR-CMC), polyacrylic acid (PAA), crosslinked polyacrylic acid-polyethyleneimine, polyimide or any other suitable binder material. Other suitable ones Binders include polyvinyl alcohol (PVA), sodium alginate or other water-soluble binders.

Der leitfähige Füllstoff kann ein leitfähiges Kohlenstoffmaterial sein. Das leitfähige Kohlenstoffmaterial kann ein Kohlenstoff mit großer Oberfläche wie Acetylenruß (z. B. SUPER P® leitendes Kohlenstoffmaterial von TIMCAL) sein. Der leitfähige Füllstoff kann enthalten sein, um eine Elektronenleitung zwischen dem Schwefel-basierten aktiven Material und der Elektrodenlasche 16 zu gewährleisten.The conductive filler may be a conductive carbon material. The conductive carbon material may be a high surface area carbon such as acetylene black (e.g., SUPER P® conductive carbon material from TIMCAL). The conductive filler may be included to ensure electron conduction between the sulfur-based active material and the electrode tab 16.

Das erste Stück Folie 12 und das zweiten Stück Folie 18 können aus dem gleichen Material gebildet werden. Für die negative Elektrode 14NE können die Folienstücke 12, 18 aus Nickel- oder Kupferfolie gebildet werden. Für die positive Elektrode 14PE können die Folienstücke 12, 18 aus Aluminiumfolie bestehen. Diese Folienstücke 12, 18 können die mechanische Eigenschaft der Laschenbefestigung verbessern.The first piece of film 12 and the second piece of film 18 can be formed from the same material. For the negative electrode 14NE, the foil pieces 12, 18 can be formed from nickel or copper foil. For the positive electrode 14PE, the foil pieces 12, 18 can consist of aluminum foil. These pieces of film 12, 18 can improve the mechanical properties of the tab fastening.

Das Material der Elektrodenlasche 16 kann auch davon abhängen, ob die Elektrode 14 eine positive Elektrode 14PE oder eine negative Elektrode 14NE ist. Ein Beispiel eines geeigneten Materials für die Elektrodenlasche 16 der positiven Elektrode 14PE ist Aluminium und Beispiele für geeignete Materialien für die Elektrodenlasche 16 der negativen Elektrode 14NE beinhalten Kupfer oder Nickel.The material of the electrode tab 16 may also depend on whether the electrode 14 is a positive electrode 14PE or a negative electrode 14NE. An example of a suitable material for the electrode tab 16 of the positive electrode 14PE is aluminum, and examples of suitable materials for the electrode tab 16 of the negative electrode 14NE include copper or nickel.

Wie oben erwähnt, werden, sobald die Sandwichstruktur 10 gebildet ist, die Komponenten 12, 14, 16, 18 miteinander verschweißt. Jedes geeignete Schweißverfahren kann verwendet werden, von denen Beispiele Ultraschallschweißen, Punktschweißens, usw. beinhalten.As mentioned above, once the sandwich structure 10 is formed, the components 12, 14, 16, 18 are welded together. Any suitable welding process can be used, examples of which include ultrasonic welding, spot welding, etc.

Das Laschenbefestigungsverfahren, aufgezeigt und beschrieben in 1A und 1B, kann verwendet werden, um die Elektrodenlasche 16 an die Elektrode 14 zu sichern. Die Elektrode 14 kann dann im(in den) Beispiel(en) der Lithium-Batterie verwendet werden, einschließlich Lithium-Ionen-Batterien, Lithium- oder Silizium-Schwefel-Batterien, Lithium-Lithium-Batterien, usw. Die Art der Lithium-Batterie, in der die Elektrode 14 verwendet wird, hängt vom aktiven Material in der Elektrode 14 ab.The tab attachment method, shown and described in 1A and 1B , can be used to secure the electrode tab 16 to the electrode 14. The electrode 14 can then be used in the example(s) of lithium batteries, including lithium-ion batteries, lithium or silicon-sulfur batteries, lithium-lithium batteries, etc. The type of lithium Battery in which electrode 14 is used depends on the active material in electrode 14.

Die Elektrode 14 kann auch im(in) Beispiel(en) des Verfahrens zur Herstellung einer Pouch-Zelle verwendet werden. Ein Beispiel des Verfahrens ist in den 2A-2B und 4 dargestellt. 2A und 2B veranschaulichen die Bildung eines Kernstapels 24 und der ersten Überlagerung 26 und 4 veranschaulicht das Wicklungs-/Faltverfahren, das in der Bildung der Pouch-Zelle 30 resultiert.The electrode 14 can also be used in the example(s) of the method for making a pouch cell. An example of the procedure is in the 2A-2B and 4 shown. 2A and 2 B illustrate the formation of a core stack 24 and the first overlay 26 and 4 illustrates the winding/folding process that results in the formation of the pouch cell 30.

Das Verfahren zur Herstellung einer Pouch-Zelle 30 (4) beinhaltet die Bildung eines äußersten Stapels 28 und eines inneren Stapels 32.The process for making a pouch cell 30 ( 4 ) involves the formation of an outermost stack 28 and an inner stack 32.

Der äußerste Stapel 28 beinhaltet eine negative Elektrode 14NE (z. B. die unterste negative Elektrode 14NE in 2A) und die Separatoren 34, die an den gegenüberliegenden Oberflächen der negativen Elektrode 14NE positioniert sind.The outermost stack 28 includes a negative electrode 14NE (e.g., the bottom negative electrode 14NE in 2A) and the separators 34 positioned on the opposite surfaces of the negative electrode 14NE.

Der innere Stapel 32 beinhaltet eine positive Elektrode 14PE und mindestens einen Unterstapel 36. Der Unterstapel 36 beinhaltet eine weitere negative Elektrode 14NE, eine weitere positive Elektrode 14PE und andere Separatoren 34, die an den gegenüberliegenden Oberflächen der anderen negativen Elektrode 14NE positioniert sind. Obwohl nicht dargestellt, ist es selbstverständlich, dass der innere Stapel 32 eine beliebige Anzahl von Unterstapeln 36 auf der positiven Elektrode 14PE beinhalten kann.The inner stack 32 includes a positive electrode 14PE and at least one sub-stack 36. The sub-stack 36 includes another negative electrode 14NE, another positive electrode 14PE, and other separators 34 positioned on opposite surfaces of the other negative electrode 14NE. Although not shown, it is to be understood that the inner stack 32 may include any number of sub-stacks 36 on the positive electrode 14PE.

Jeder der Separator 34 kann z. B. aus einem Polyolefin bestehen. Das Polyolefin kann ein Homopolymer (abgeleitet von einem einzelnen Monomerbestandteil) oder ein Heteropolymer (abgeleitet von mehr als einem Monomerbestandteil) sein und kann entweder linear oder verzweigt sein. Wenn ein Heteropolymer, das von zwei Monomerbestandteilen abgeleitet ist, verwendet wird, kann das Polyolefin eine beliebige Copolymer-Kettenanordnung annehmen, einschließlich solcher eines Blockcopolymers oder eines Randomcopolymers. Dasselbe gilt, wenn das Polyolefin ein Heteropolymer ist, das von mehr als zwei Monomerbestandteilen abgeleitet ist. Beispielsweise kann das Polyolefin Polyethylen (PE), Polypropylen (PP) oder eine Mischung aus PE und PP sein oder ein mehrschichtiger strukturierter poröser Film aus PE und/oder PP. Handelsübliche poröse Separatoren 34 enthalten eine Polypropylen-Membran mit einer einzelnen Schicht, wie z. B. CELGARD 2400 und CELGARD 2500 von Celgard, LLC (Charlotte, NC). Es ist selbstverständlich, dass die porösen Separatoren 34 beschichtet oder behandelt, oder unbeschichtet oder unbehandelt sein können. Die porösen Separatoren 34 können beispielsweise beschichtet oder unbeschichtet sein oder eine Oberflächenaktivstoffbehandlung aufweisen.Each of the separators 34 can z. B. consist of a polyolefin. The polyolefin may be a homopolymer (derived from a single monomer component) or a heteropolymer (derived from more than one monomer component) and may be either linear or branched. When a heteropolymer derived from two monomer components is used, the polyolefin can adopt any copolymer chain arrangement, including those of a block copolymer or a random copolymer. The same applies if the polyolefin is a heteropolymer derived from more than two monomer components. For example, the polyolefin can be polyethylene (PE), polypropylene (PP) or a mixture of PE and PP or a multi-layer structured porous film of PE and/or PP. Commercially available porous separators 34 contain a single layer polypropylene membrane, such as. B. CELGARD 2400 and CELGARD 2500 from Celgard, LLC (Charlotte, NC). It is to be understood that the porous separators 34 may be coated or treated, or uncoated or untreated. The porous separators 34 can, for example, be coated or uncoated or have a surface active treatment.

In anderen Beispielen können die porösen Separatoren 34 aus einem anderen Polymer bestehen, ausgewählt aus Polyethylen-Terephthalat (PET), Polyvinylidenfluorid (PVdF), Polyamiden (Nylon), Polyurethanen, Polykarbonaten, Polyester, Polyetheretherketonen (PEEK), Polyethersulfonen (PES), Polyimiden (PI), Polyamidimiden, Polyethern, Polyoxymethylen (z. B. Acetal), Polybutylenterephthalat, Polyethylennaphthenat, Polybuten, Polyolefincopolymeren, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymeren (ABS), Polystyrol-Copolymeren, Polymethylmethacrylat (PMMA), Polyvinylchlorid (PVC), Polysiloxanpolymeren (wie etwa Polydimethylsiloxan (PDMS)), Polybenzimidazol (PBI), Polybenzoxazol (PBO), Polyphenylenen (z. B. PARMAX™ (Mississippi Polymer Technologies, Inc., Bay Saint Louis, Mississippi)) Polyarylen-Eetherketonen, Polyperfluorocyclobutan, Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid-Co-Polymeren und Terpolymeren, Polyvinylfluorid, flüssigkristallinen Polymeren (z. B. VECTRAN™ (Hoechst AG, Deutschland) und ZENITE® (DuPont, Wilmington, DE)), Polyaramiden, Polyphenylenoxid, und/oder Kombinationen aus diesen. Es wird angenommen, dass ein anderes Beispiel eines flüssigkristallinen Polymers, das für die porösen Separatoren 34 verwendet werden kann, Poly(p-Hydroxybenzoesäure) ist. In einem weiteren Beispiel können die porösen Separatoren 34 aus einer Kombination aus Polyolefin (wie z. B. PE und/oder PP) und einem oder mehreren der anderen oben aufgelisteten Polymeren ausgewählt werden.In other examples, the porous separators 34 may be made of another polymer selected from polyethylene terephthalate (PET), polyvinylidene fluoride (PVdF), polyamides (nylon), polyurethanes, polycarbonates, polyesters, polyetheretherketones (PEEK), polyethersulfones (PES), polyimides (PI), polyamideimides, polyethers, polyoxymethylene (e.g. acetal), polybutylene terephthalate, polyethylene naphthenate, polybutene, polyolefin copolymers, acrylonitrile-butadiene-styrene copolymers (ABS), polystyrene copolymers, polymethyl methacrylate (PMMA), polyvinyl chloride (PVC), Polysiloxane polymers (such as polydimethylsiloxane (PDMS)), polybenzimidazole (PBI), polybenzoxazole (PBO), polyphenylenes (e.g. PARMAX™ (Mississippi Polymer Technologies, Inc., Bay Saint Louis, Mississippi)), polyarylene ether ketones, polyperfluorocyclobutane, polytetrafluoroethylene (PTFE), polyvinylidene fluoride co-polymers and terpolymers, polyvinyl fluoride, liquid crystalline polymers (e.g. VECTRAN™ (Hoechst AG, Germany) and ZENITE® (DuPont, Wilmington, DE)), polyaramides, polyphenylene oxide, and / or combinations of this one. Another example of a liquid crystalline polymer that can be used for the porous separators 34 is believed to be poly(p-hydroxybenzoic acid). In another example, the porous separators 34 may be selected from a combination of polyolefin (such as PE and/or PP) and one or more of the other polymers listed above.

Die porösen Separatoren 34 können eine einzelne Schicht oder ein Mehrschicht-Laminat (z. B. Doppelschicht oder Dreifachschicht usw.) aus entweder einem trockenen oder nassen Verfahren sein.The porous separators 34 may be a single layer or a multilayer laminate (e.g., double layer or triple layer, etc.) from either a dry or wet process.

Die porösen Separatoren 34 dienen als elektrischer Isolator (der das Auftreten eines Kurzschlusses verhindert), als mechanische Unterstützung und als Barriere, um den physischen Kontakt zwischen den beiden Elektroden 14NE, 14PE zu verhindern. Die porösen Separatoren 34 stellen auch den Durchtritt von Lithium-Ionen (gekennzeichnet mit Li+) durch eine Elektrolytlösung, die dessen Poren füllt, sicher.The porous separators 34 serve as an electrical insulator (preventing a short circuit from occurring), a mechanical support, and a barrier to prevent physical contact between the two electrodes 14NE, 14PE. The porous separators 34 also ensure the passage of lithium ions (labeled Li+) through an electrolyte solution filling its pores.

Das Verfahren beinhaltet ferner die Positionierung des inneren Stapels 32 am äußersten Stapel 28, um den Kernstapel 24 zu bilden, der aus allen Komponenten des inneren Stapels 32 und dem äußersten Stapel 28 besteht. Die Positionierung des inneren Stapels 32 am äußersten Stapel 28 wird so durchgeführt, dass i) ein Ende des inneren Stapels 32 im Wesentlichen mit einem Ende des äußersten Stapels 28 ausgerichtet ist, ii) ein anderes Ende des äußersten Stapels 28 und ein Abschnitt 42 des äußersten Stapels 28 freigelegt bleiben und iii) sich die positive Elektrode 14PE (die nicht Teil des Unterstapels 36 ist) des inneren Stapels 32 neben einem der Separatoren 34 (die nicht der äußerste Separator 34, O sind) der äußersten Stapel 28 befindet. Jede dieser Bedingungen zum Positionieren des inneren Stapels 32 am äußersten Stapel 28 wird weiter beschrieben.The method further includes positioning the inner stack 32 on the outermost stack 28 to form the core stack 24, which consists of all components of the inner stack 32 and the outermost stack 28. The positioning of the inner stack 32 on the outermost stack 28 is performed such that i) one end of the inner stack 32 is substantially aligned with one end of the outermost stack 28, ii) another end of the outermost stack 28 and a portion 42 of the outermost Stack 28 remains exposed and iii) the positive electrode 14PE (which is not part of the sub-stack 36) of the inner stack 32 is located next to one of the separators 34 (which are not the outermost separator 34, O) of the outermost stacks 28. Each of these conditions for positioning the inner stack 32 on the outermost stack 28 will be further described.

Der innere Stapel 32 ist am äußersten Stapel 28 positioniert, sodass ein Ende des inneren Stapels 32 im Wesentlichen mit einem Ende des äußersten Stapels 28 ausgerichtet ist. Mit „im Wesentlichen ausgerichtet“ ist gemeint, dass ein Ende 22A oder 22B (1A und 1B) jeder Elektrode 14NE, 14PE und dem entsprechenden einen Ende 38A oder 38B jedes Separators 34 nebeneinander liegen oder sich innerhalb von einem geeigneten Abstand vom Ende 22A oder 22B oder 38A oder 38B der Elektrode 14NE, 14PE oder des Separators 34 befindet und die kürzeste Länge L aller Komponenten der Kernstapel 24 aufweisen. Die Enden 22A oder 22B und die Enden 38A oder 38B können im Wesentlichen vor dem Wicklung-/Faltverfahren (z. B. wie 2A und 3) und/oder im Wesentlichen nach der Wicklungs--/Faltverfahren (z. B. wie in 4) ausgerichtet sein. Ein Beispiel für die im Wesentlichen nebeneinander ausgerichteten Enden 22A oder 22B und 38A oder 38B ist in 2A gezeigt, wobei alle Enden 22A und 38A mit einer anderen nebeneinander liegen (z. B. eine gedachte vertikale Ebene wird an den Enden 22A und 38A gebildet). Ein weiteres Beispiel der im Wesentlichen nebeneinander ausgerichteten Enden 22A oder 22B und 38A oder 38B ist in 3 gezeigt, wobei sich alle Enden 22A und 38A über einen geeignete Abstand vom Ende 22A der obersten Elektrode 14PE mit der kürzesten Länge aller Komponenten der Kernstapel 24 erstrecken. In 3, ist die kürzeste positive Elektrode 14PE die oberste oder äußerste Elektrode 14PE im inneren Stapel 32 und die Enden 22A und 38A von jeder der Elektroden 14NE, 14PE und den anderen Separatoren 34 erstrecken sich über einen geeigneten Abstand vom Ende 22A der obersten Elektrode 14PE. Als Beispiel kann der geeignete Abstand für eine geeignete Ausrichtung mindestens 1 mm betragen. Beispielsweise erstreckt sich das Ende 38A jedes Separators 34 und dem Ende 22A der Elektrode 14NE, 14PE beim nach unten Bewegen des Kernstapels 24 von der obersten Elektrode 14PE 1 mm länger als die Elektrode 14NE, 14PE oder der Separator 34 unmittelbar über ihr.The inner stack 32 is positioned on the outermost stack 28 so that one end of the inner stack 32 is substantially aligned with one end of the outermost stack 28. By "substantially aligned" is meant that one end 22A or 22B ( 1A and 1B) each electrode 14NE, 14PE and the corresponding one end 38A or 38B of each separator 34 are adjacent to each other or within a suitable distance from the end 22A or 22B or 38A or 38B of the electrode 14NE, 14PE or the separator 34 and the shortest length L of all Components of the core stack 24 have. The ends 22A or 22B and the ends 38A or 38B may be substantially prior to the wrapping/folding process (e.g., as 2A and 3 ) and/or essentially after the winding/folding process (e.g. as in 4 ) be aligned. An example of the substantially juxtaposed ends 22A or 22B and 38A or 38B is shown in FIG 2A shown with all ends 22A and 38A adjacent to one another (e.g., an imaginary vertical plane is formed at ends 22A and 38A). Another example of substantially juxtaposed ends 22A or 22B and 38A or 38B is shown in FIG 3 shown, with all ends 22A and 38A extending a suitable distance from the end 22A of the top electrode 14PE with the shortest length of all components of the core stacks 24. In 3 , the shortest positive electrode 14PE is the top or outermost electrode 14PE in the inner stack 32, and the ends 22A and 38A of each of the electrodes 14NE, 14PE and the other separators 34 extend a suitable distance from the end 22A of the top electrode 14PE. As an example, the appropriate distance for proper alignment may be at least 1 mm. For example, as the core stack 24 moves downward from the top electrode 14PE, the end 38A of each separator 34 and the end 22A of the electrode 14NE, 14PE extends 1 mm longer than the electrode 14NE, 14PE or the separator 34 immediately above it.

Unter Bezugnahme auf 2A, ist der innere Stapel 32 auch am äußersten Stapel 28 positioniert, sodass ein anderes Ende des äußersten Stapels 28 freigelegt bleibt (d. h., nicht vom inneren Stapel 32 bedeckt ist). Es versteht sich, dass das andere Ende des äußersten Stapel 28, gezeigt in 2A, die Enden 38B der beiden Separatoren 34 im Stapel 28 beinhaltet sowie das Ende 22B der negativen Elektrode 14NE im Stapel 28.With reference to 2A , the inner stack 32 is also positioned at the outermost stack 28 so that another end of the outermost stack 28 remains exposed (ie, not covered by the inner stack 32). It is understood that the other end of the outermost stack 28, shown in 2A , the ends 38B of the two separators 34 in the stack 28 as well as the end 22B of the negative electrode 14NE in the stack 28.

Zusätzlich, wie in 2A gezeigt, ist auch der innere Stapel 32 am äußersten Stapel 28 positioniert, sodass der Abschnitt 42 des äußersten Stapels 28 freigelegt bleibt (d. h., nicht vom inneren Stapel 32 bedeckt ist). Der freiliegende Abschnitt 42 ist so lang, dass er teilweise um ein anderes Ende des inneren Stapels 32 gefaltet werden kann. Es versteht sich, dass die anderen Ende des inneren Stapels 32, gezeigt in 2A, die Enden 38B der beiden Separatoren 34 im Stapel 32 beinhalten sowie die Enden 22B der positiven Elektroden 14PE und der negativen Elektrode 14NE im Stapel 32. Ein Beispiel für die partielle Faltung des freiliegenden Abschnitts 42 wird in 2B gezeigt. Der freiliegende Abschnitt 42 ist so lang, dass, wenn er gefaltet ist, der Abschnitt 42 die Enden 22B, 38B der Elektroden 14PE, 14NE und die Separatoren 34 des inneren Stapels 32 und auch einen Abschnitt 44 der Außenschicht des inneren Stapels 32 bedecken kann. In dem Beispiel, gezeigt in 2A, ist die Außenschicht des inneren Stapels 32 die positive Elektrode 14PE, O.Additionally, as in 2A As shown, the inner stack 32 is also positioned on the outermost stack 28 so that the portion 42 of the outermost stack 28 remains exposed (ie, not covered by the inner stack 32). The exposed section 42 is long enough to be partially folded around another end of the inner stack 32. It is understood that the other ends of the inner stack 32, shown in 2A , which include the ends 38B of the two separators 34 in the stack 32 as well as the ends 22B of the positive electrodes 14PE and the negative electrode 14NE in the stack 32. An example of the partial folding of the exposed portion 42 is shown in 2 B shown. The exposed portion 42 is long enough that when folded, the portion 42 can cover the ends 22B, 38B of the electrodes 14PE, 14NE and the separators 34 of the inner stack 32 and also a portion 44 of the outer layer of the inner stack 32. In the example shown in 2A , the outer layer of the inner stack 32 is the positive electrode 14PE, O.

Damit Abschnitt 42 freigelegt bleibt, nachdem der innere Stapel am äußersten Stapel 28 positioniert ist, sind die negative Elektrode 14NE und die Separatoren 34 des äußersten Stapels 28 länger als die negative Elektrode 14NE, die positive Elektrode 14PE und andere Separatoren 34 des inneren Stapels 28. In einem Beispiel sind die Komponenten des äußersten Stapels 28 ungefähr 4 cm länger als die Komponenten des inneren Stapels 32. Die Länge der Komponenten (und insbesondere die Elektroden 14PE, 14NE) in den jeweiligen Stapeln 28, 32 kann zumindest teilweise vom geladenen aktiven Material und dem gewünschten Kapazität der endgültigen Pouch-Zelle 30 (4) abhängen. Beispiele für Gleichungen, die zum Einschätzen der Längen der positiven Elektrode 14PE (Gleichung I) und der negativen Elektrode 14NE (Gleichung II) verwendet werden, beinhalten: C K a t h o n e = C F l a ¨ c h e n B r e i t e K a t h o n e L a ¨ n g e K a t h o n e S c h i c h t a n z a h l e n

Figure DE102017200891B4_0001
  C A n o d e = C F l a ¨ c h e n B r e i t e A n o d e I n n e n l a ¨ n g e A n o d e S c h i c h t a n z a h l e n + C F l a ¨ c h e n B r e i t e A n o d e d i e   L a ¨ n g e   d e r   e r s t e n   F a l t u n g A u ß e n s c h i c h t a n z a h l
Figure DE102017200891B4_0002
In order for section 42 to remain exposed after the inner stack is positioned on the outermost stack 28, the negative electrode 14NE and separators 34 of the outermost stack 28 are longer than the negative electrode 14NE, the positive electrode 14PE and other separators 34 of the inner stack 28. In one example, the components of the outermost stack 28 are approximately 4 cm longer than the components of the inner stack 32. The length of the components (and in particular the electrodes 14PE, 14NE) in the respective stacks 28, 32 can be determined at least in part by the charged active material and the desired capacity of the final pouch cell 30 ( 4 ) depend. Examples of equations used to estimate the lengths of the positive electrode 14PE (Equation I) and the negative electrode 14NE (Equation II) include: C K a t H O n e = C F l a ¨ c H e n b r e i t e K a t H O n e L a ¨ n G e K a t H O n e S c H i c H t a n e.g a H l e n
Figure DE102017200891B4_0001
C A n O d e = C F l a ¨ c H e n b r e i t e A n O d e I n n e n l a ¨ n G e A n O d e S c H i c H t a n e.g a H l e n + C F l a ¨ c H e n b r e i t e A n O d e d i e L a ¨ n G e d e r e r s t e n F a l t u n G A u ß e n s c H i c H t a n e.g a H l
Figure DE102017200891B4_0002

Gleichung I CKathode ist die Kapazität der positiven Elektrode, CFlächen die Flächenkapazität und die Schichtanzahlen sind die Gesamtzahl der Schichten des Kernstapels 24. In Gleichung II CAnode ist die Kapazität der negativen Elektrode, CFlächen die Flächenkapazität, InnenlängeAnode der Länge der negativen Elektrode 14NE im inneren Stapel 32, die Schichtanzahlen als Gesamtzahl der Schichten des Kernstapels 24, die Länge der ersten Faltung gleich der Länge 42 in 2A und die Außenschichtanzahl ist die gesamte Anzahl der Schichten im äußersten Stapel 28.Equation IC cathode is the capacity of the positive electrode, C areas is the area capacity and the layer numbers are the total number of layers of the core stack 24. In equation II C anode is the capacity of the negative electrode, C areas is the area capacity, inner length anode is the length of the negative electrode 14NE in the inner stack 32, the layer numbers as the total number of layers of the core stack 24, the length of the first fold equal to the length 42 in 2A and the outer layer number is the total number of layers in the outermost stack 28.

Wie oben erwähnt, ist auch der innere Stapel 32 am äußersten Stapel 28 positioniert, sodass sich die positive Elektrode 14PE des inneren Stapels 32 neben einem der Separatoren 34 des äußersten Stapels 28 befindet. Diese positive Elektrode 14PE ist die unterste Komponente des inneren Stapels 32 und ist nicht als Teil des Unterstapels 36 angesehen. Dieser Separator 34 ist die oberste Komponente des äußersten Stapels 28 (z. B. gegenüber dem Separator 34, O).As mentioned above, the inner stack 32 is also positioned on the outermost stack 28 so that the positive electrode 14PE of the inner stack 32 is next to one of the separators 34 of the outermost stack 28. This positive electrode 14PE is the lowest component of the inner stack 32 and is not considered part of the sub-stack 36. This separator 34 is the top component of the outermost stack 28 (e.g. opposite the separator 34, O).

Der Kernstapel 24, der gebildet wird, beinhaltet eine n-Anzahl von positiven und negativen Elektroden 14PE, 14NE und eine 2n-Anzahl von Separatoren 34, wobei ein einzelner Separator zwischen den benachbarten positiven Elektroden 14PE und den negativen Elektroden 14NE positioniert ist.The core stack 24 that is formed includes an n number of positive and negative electrodes 14PE, 14NE and a 2n number of separators 34, with a single separator positioned between the adjacent positive electrodes 14PE and the negative electrodes 14NE.

Bei 2A wird der Kernstapel 24 gebildet. Bei 2B wird die erste Überlagerung 26 gebildet. Die erste Überlagerung wird durch die Faltung des freiliegenden Abschnitts 42 um das andere Ende des inneren Stapels 32 gebildet, sodass sie die Enden 22B, 38B der Elektroden 14PE, 14NE und die Separatoren 34 des inneren Stapels 32 und auch den Abschnitt 44 der Außenschicht (z. B. 14PE, O) des inneren Stapels 32 bedecken.At 2A the core stack 24 is formed. At 2 B the first overlay 26 is formed. The first overlay is formed by folding the exposed portion 42 around the other end of the inner stack 32 so that it covers the ends 22B, 38B of the electrodes 14PE, 14NE and the separators 34 of the inner stack 32 and also the outer layer portion 44 (e.g B. 14PE, O) of the inner stack 32 cover.

Unter Bezugnahme auf 4, ist das Wicklungs-/Faltverfahren dargestellt, das in der Bildung der Pouch-Zelle 30 resultiert. Auf der linken Seite von 4 ist ein schematischer Querschnitt des Kernstapels 24 und die erste Überlagerung 26 aus 2B dargestellt. Auf der rechten Seite von 4 ist ein schematischer Querschnitt der Pouch-Zelle 30 dargestellt.With reference to 4 , the winding/folding process that results in the formation of the pouch cell 30 is shown. On the left side of 4 is a schematic cross section of the core stack 24 and the first overlay 26 2 B shown. On the right side of 4 a schematic cross section of the pouch cell 30 is shown.

Zum Bilden der Pouch-Zelle 30 aus dem Kernstapel 24 und der ersten Überlagerung 26, wird der Kernstapel 24 eine vorgegebene Anzahl von Malen (m) um mindestens einen Abschnitt der ersten Überlagerung 26 gefaltet. In 4 ist der Kernstapel 24 übe die erste Überlagerung 26 einmal (durch den linken größten, hohlen Pfeil in 4 identifiziert) gefaltet, um die Pouch-Zelle 30 zu bilden. Je nach Länge der Elektroden 14NE, 14PE und Separatoren 34 kann der Kernstapel 24 fortfahren um den Bodenabschnitt der ersten Überlagerung 26 gefaltet zu werden. Die Faltung kann um die erste Überlagerung 26 für eine m-Anzahl von Malen fortfahren (durch den rechten größten Pfeil in 4 identifiziert).To form the pouch cell 30 from the core stack 24 and the first overlay 26, the core stack 24 is folded around at least a portion of the first overlay 26 a predetermined number of times (m). In 4 is the core stack 24 practice the first overlay 26 once (larger due to the left one th, hollow arrow in 4 identified) folded to form the pouch cell 30. Depending on the length of the electrodes 14NE, 14PE and separators 34, the core stack 24 may continue to be folded around the bottom portion of the first overlay 26. The convolution can continue around the first overlay 26 for an m number of times (by the right largest arrow in 4 identified).

Mehrere Abmessungen des Kernstapels 24 und der ersten Überlagerung 26 sind in 4 gekennzeichnet. Die Länge L0 ist die Länge der ersten Überlagerung 26. Diese Länge L0 kann vom Ende 22B der Elektrode 14NE oder dem Ende 38B der Separatoren 34 (überdeckenden mehreren der Abschnitt 44) zum Ende 46 des Kernstapels 24 gemessen werden, der durch den gefalteten freiliegenden Abschnitt 42 gebildet ist. T0 ist die Gesamtdicke des Kernstapels 24 und T' die Dicke des äußersten Stapels 28.Several dimensions of the core stack 24 and the first overlay 26 are in 4 marked. The length L 0 is the length of the first overlay 26. This length L 0 can be measured from the end 22B of the electrode 14NE or the end 38B of the separators 34 (overlapping several of the sections 44) to the end 46 of the core stack 24 which is folded exposed section 42 is formed. T 0 is the total thickness of the core stack 24 and T ' is the thickness of the outermost stack 28.

Mindestens einige der Abmessungen der Pouch-Zelle 30 können durch die Abmessungen des Kernstapels 24 und der ersten Überlagerung 26 bestimmt werden. Unter kurzer Bezugnahme auf 5, hat eine Pouch-Zelle 50, die konfiguriert ist, um die Pouch-Zelle 30, gezeigt in 4, zu enthalten, die Abmessungen der Breite W, der Tiefe D und der Höhe H. Die Breite W kann nach Gleichung III bestimmt werden: W = L 0 + m × T 0

Figure DE102017200891B4_0003
und die Tiefe D kann nach Gleichung IV bestimmt werden: D = ( m + 1 ) × T 0 + T '
Figure DE102017200891B4_0004
At least some of the dimensions of the pouch cell 30 may be determined by the dimensions of the core stack 24 and the first overlay 26. With brief reference to 5 , has a pouch cell 50 configured to the pouch cell 30 shown in 4 , to contain the dimensions of the width W, the depth D and the height H. The width W can be determined according to equation III: W = L 0 + m × T 0
Figure DE102017200891B4_0003
and the depth D can be determined according to equation IV: D = ( m + 1 ) × T 0 + T '
Figure DE102017200891B4_0004

Wie in 4 gezeigt, können, wenn die Wicklung/Faltung abgeschlossen ist, die Elektrodenenden 22A und die Separatorenden 38A am Rand 58 des gewickelten Kernstapels 24 im Wesentlichen miteinander ausgerichtet sein. Wenn die Enden 22A, 38A beispielsweise so ausgerichtet sind, wie in 2A bei Beginn des Verfahrens gezeigt, können diese im Wesentlichen wie in 4 beim Abschluss des Verfahrens ausgerichtet sein. Wenn die Enden 22A, 38A so ausgerichtet sind, wie in 4 bei Abschluss des Verfahrens gezeigt, können sie so beschnitten sein, dass sie gleich lang sind, wie in 2A gezeigt. Für ein weiteres Beispiel, wenn die Enden 22A, 38A so ausgerichtet sind, wie in 3 beim Abschluss des Verfahrens gezeigt, können sie eine im Wesentlichen so ausgerichtet sein, dass die Enden 22A und 38A mit einem anderen (z. B. eine gedachte vertikale Ebene wird an den Enden 22A und 38A gebildet) am Ende des Verfahrens gleich lang sind. In diesem Beispiel können den Enden 22A, 38A vorgeschnitten sein, sodass die Bescheidung nicht am Ende des Verfahrens durchgeführt wird.As in 4 As shown, when the winding/folding is completed, the electrode ends 22A and the separator ends 38A at the edge 58 of the wound core stack 24 may be substantially aligned with one another. For example, if the ends 22A, 38A are aligned as shown in 2A shown at the beginning of the procedure, these can essentially be as in 4 be aligned at the conclusion of the procedure. When the ends 22A, 38A are aligned as shown in 4 shown at the completion of the procedure, they may be trimmed to be the same length, as in 2A shown. For another example, if the ends 22A, 38A are aligned as shown in 3 shown at completion of the process, they may be substantially aligned such that ends 22A and 38A are of equal length with one another (e.g., an imaginary vertical plane is formed at ends 22A and 38A) at the end of the process. In this example, the ends 22A, 38A may be pre-cut so that the trimming is not performed at the end of the procedure.

Zusätzlich kann am Schluss des Wicklungs-/Faltverfahrens jede Lasche, die an den negative Elektroden 14NE angebracht ist, zusammengeschweißt sein, um eine einzelne negative Elektrodenlasche 52 (5) zu bilden und jede Lasche, die an den positiven Elektroden 14PE angebracht ist, kann zusammengeschweißt sein, um eine einzelne positive Elektrodenlasche 54 ( 5) zu bilden.Additionally, at the conclusion of the winding/folding process, each tab attached to the negative electrodes 14NE may be welded together to form a single negative electrode tab 52 ( 5 ) and each tab attached to the positive electrodes 14PE may be welded together to form a single positive electrode tab 54 ( 5 ) to build.

Wenn die Pouch-Zelle 30 fertiggestellt ist, kann diese in einer Pouch 56 abgedichtet werden, wie in 5 gezeigt. Ein Elektrolyt kann zu der Pouch 56 vor der Abdichtung hinzugefügt werden. Der verwendete Elektrolyt hängt zumindest teilweise von den verwendeten Elektroden 14NE, 14PE ab.When the pouch cell 30 is completed, it can be sealed in a pouch 56, as shown in 5 shown. An electrolyte may be added to the pouch 56 prior to sealing. The electrolyte used depends at least partially on the electrodes 14NE, 14PE used.

Die Elektrolyten der Lithium-Ionen-Batterie/Pouch-Zelle oder der Lithium-Lithium-Batterie/Pouch-Zelle beinhaltet ein organisches Lösungsmittel und ein Lithiumsalz, die in dem organischen Lösungsmittel gelöst werden. Beispiele der organischen Lösungsmittel beinhalten cyclische Carbonate (Ethylencarbonat (EC), Propylencarbonat, Butylencarbonat, Fluorethylencarbonat), lineare Carbonate (Dimethylcarbonat (DMC), Diethylcarbonat (DEC), Ethylmethylcarbonat (EMC)), aliphatische Carbonsäureester (Methylformiat, Methylacetat, Methylpropionat), γ-Lactone (γ-Butyrolacton, γ-Valerolacton), Kettenstrukturether (1,2-Dimethoxyethan, 1,2-Diethoxyethan, Ethoxymethoxyethan), cyclische Ether (Tetrahydrofuran, 2-Methyltetrahydrofuran) und Gemische derselben. In einem Beispiel ist der Elektrolyt eine Mischung aus Ethylencarbonat, Dimethylcarbonat und Diethylcarbonat. Beispiele für die Lithiumsalze beinhalten LiClO4, LiAlCl4, Lil, LiBr, LiSCN, LiBF4, LiB(C6H5)4, LiAsF6, LiCF3SO3, LiN(FSO2)2 (LlFSI), LiN(CF3SO2) 2 (LITFSI), LiPF6, LiB(C2O4)2 (LiBOB), LiBF2(C2O4) (LiODFB), LiPF3(C2F5)3 (LiFAP), LiPF4(CF3)2, LiPF4(C2O4) (LiFOP), LiNO3, LiPF3(CF3) 3, LiSO3CF3 und Mischungen derselben. In einem Beispiel beträgt die Konzentration des Salzes in dem Elektrolyt etwa 1 mol/L. LiNO3 kann dem Elektrolyt auch als Additiv hinzugefügt werden. In diesen Fällen kann die Konzentration des Lithiumsalzes ca. 0,6 mol/L plus das LiNO3 Additiv sein.The electrolytes of the lithium-ion battery/pouch cell or the lithium-lithium battery/pouch cell include an organic solvent and a lithium salt which are dissolved in the organic solvent. Examples of the organic solvents include cyclic carbonates (ethylene carbonate (EC), propylene carbonate, butylene carbonate, fluoroethylene carbonate), linear carbonates (dimethyl carbonate (DMC), diethyl carbonate (DEC), ethyl methyl carbonate (EMC)), aliphatic carboxylic acid esters (methyl formate, methyl acetate, methyl propionate), γ -Lactones (γ-butyrolactone, γ-valerolactone), chain structure ethers (1,2-dimethoxyethane, 1,2-diethoxyethane, ethoxymethoxyethane), cyclic ethers (tetrahydrofuran, 2-methyltetrahydrofuran) and mixtures thereof. In one example, the electrolyte is a mixture of ethylene carbonate, dimethyl carbonate and diethyl carbonate. Examples of the lithium salts include LiClO 4 , LiAlCl 4 , Lil, LiBr, LiSCN, LiBF 4 , LiB(C 6 H 5 ) 4 , LiAsF 6 , LiCF 3 SO 3 , LiN(FSO 2 ) 2 (LlFSI), LiN(CF 3 SO 2 ) 2 (LITFSI), LiPF 6 , LiB(C 2 O 4 ) 2 (LiBOB), LiBF 2 (C 2 O 4 ) (LiODFB), LiPF 3 (C 2 F 5 ) 3 (LiFAP), LiPF 4 (CF 3 ) 2 , LiPF 4 (C 2 O 4 ) (LiFOP), LiNO 3 , LiPF 3 (CF 3 ) 3 , LiSO 3 CF 3 and mixtures thereof. In one example, the concentration of the salt in the electrolyte is approximately 1 mol/L. LiNO 3 can also be added to the electrolyte as an additive. In these cases the concentration of the lithium salt can be approx. 0.6 mol/L plus the LiNO 3 additive.

Die Elektrolyten der Lithium- oder Silizium-Schwefel-Batterie/Pouch-Zelle oder der Lithium-Lithium-Batterie/Pouch-Zelle beinhaltet ein Ether-basiertes Lösungsmittel und ein Lithiumsalz, die in dem Ether-basierten Lösungsmittel gelöst werden. Beispiele des Ether-basierten Lösungsmittels beinhalten 1,3-Dioxolan (DOL), 1,2-Ethylenglycoldimethylether (DME) Tetrahydrofuran (THF), 2-Methyltetrahydrofuran, 1,2-Diethoxyether, Ethoxymethylether, Tetraethylenglykoldimethylether (TEGDME), Polyethylenglykol-Dimethylether (PEGDME) und Mischungen davon. Ein Beispiel einer Mischung beinhaltet 1,3-Dioxolan und 1,2-Ethylenglycoldimethylether. Jedes der zuvor erwähnten Salze kann in diesem Elektrolyt verwendet werden. In einem Beispiel beträgt die Konzentration des Salzes im Elektrolyt etwa 1 mol/l. Dieses Elektrolyt kann auch ein anderes Additiv beinhalten, wie etwa LiNO3 (neben einem anderen Lithiumsalz) und/oder einen fluorierten Ether. Wenn beinhaltet, kann das fluorierte Ether Bis(2,2,2-Trifluorethylen)-Ether (F3C-CH2-O-CH2-CF3) und/oder Propylen-1,1,2,2-Tetra-Ether (H7C3-O-CF2-CHF2) sein. Die Konzentration des fluorierten Ethers in der Elektrolytlösung reicht von etwa 0,1 M bis etwa 1 M.The electrolytes of the lithium or silicon-sulfur battery/pouch cell or the lithium-lithium battery/pouch cell include an ether-based solvent and a lithium salt contained in the ether based solvents can be dissolved. Examples of the ether-based solvent include 1,3-dioxolane (DOL), 1,2-ethylene glycol dimethyl ether (DME) tetrahydrofuran (THF), 2-methyltetrahydrofuran, 1,2-diethoxyether, ethoxymethyl ether, tetraethylene glycol dimethyl ether (TEGDME), polyethylene glycol dimethyl ether ( PEGDME) and mixtures thereof. An example of a mixture includes 1,3-dioxolane and 1,2-ethylene glycol dimethyl ether. Any of the previously mentioned salts can be used in this electrolyte. In one example, the concentration of the salt in the electrolyte is approximately 1 mol/l. This electrolyte may also contain another additive, such as LiNO 3 (along with another lithium salt) and/or a fluorinated ether. When included, the fluorinated ether can be bis(2,2,2-trifluoroethylene) ether (F 3 C-CH 2 -O-CH 2 -CF 3 ) and/or propylene-1,1,2,2-tetra- Ether (H 7 C 3 -O-CF 2 -CHF 2 ). The concentration of the fluorinated ether in the electrolyte solution ranges from about 0.1 M to about 1 M.

Zur weiteren Darstellung der vorliegenden Erfindung wird hierin ein Beispiel angeführt. Es ist selbstverständlich, dass dieses Beispiel zu Veranschaulichungszwecken bereitgestellt wird.To further illustrate the present invention, an example is given herein. It is understood that this example is provided for illustrative purposes.

BEISPIELEXAMPLE

Eine 1 Ah Pouch-Zelle wurde mit einer Nickel-Mangan-Kobalt- (NMC)-positiven-Elektrode (auf beiden Seiten eines Aluminiumstromabnehmers) und einer Stromabnehmer-freien-Lithiummetall-negativen-Elektrode hergestellt. Auf diese Weise wurden Laschen auf jeder der Elektroden unter Verwendung des hierin offenbarten Verfahrens angebracht. Eine Aluminium-Lasche wurde er neben der positiven Elektrode und sowohl die Lasche als auch die Elektrode wurden sandwichartig zwischen zwei Stücken Aluminiumfolie befestigt. Das Sandwich wurde ultraschallverschweißt, um die Aluminium-Lasche an die positive Elektrode zu sichern. Eine Nickel-Lasche wurde er neben der negativen Elektrode und sowohl die Lasche als auch die Elektrode wurden sandwichartig zwischen zwei Stücken Nickelfolie befestigt. Das Sandwich wurde ultraschallverschweißt, um die Nickel-Lasche an die negative Elektrode zu sichern. Die beiden Elektroden wurden mit einem Separator dazwischen gestapelt. Der Separator war eine Polypropylenmembran (CELGARD 2400). In diesem Beispiel besteht der äußerste Stapel aus der negativen Elektrode und der Separator und der innere Stapel aus der positiven Elektrode. Dieses Beispiel beinhaltete nicht die zusätzlichen hierin offenbarten Unterstapel. Ein Abschnitt des äußersten Stapels wurde um ein Ende der positiven Elektrode gefaltet, um die erste Überlagerung zu bilden und dann wurde der Kernstapel (einschließlich der negativen Elektrode, dem Separator und der positiven Elektrode) 9-mal um die erste Überlagerung gefaltet, um die Pouch-Zelle zu bilden. In der folgenden Tabelle werden verschiedene Parameter gezeigt. Faltzeiten Gesamtdicke (T 0 ) (cm) Gesamtbreite (W) (cm) Li-Länge (cm) Li-Gewicht (g) NMC-Länge (cm) NMC-Gewicht (g) 9 0,6360 3,225 69,96 2,24 66,18 22,87 Separatorgewicht (g) Laschengewicht (g) Elektrolyt (g) Pouchgewicht (g) Gesamtgewicht (g) Energiedichte (Wh/kg) Kapazität (Ah) 1,46 0,2 3,33 2 32,12 346,13 1,11 A 1 Ah pouch cell was fabricated with a nickel-manganese-cobalt (NMC) positive electrode (on either side of an aluminum current collector) and a current collector-free lithium metal negative electrode. In this way, tabs were attached to each of the electrodes using the method disclosed herein. An aluminum tab was placed next to the positive electrode and both the tab and electrode were sandwiched between two pieces of aluminum foil. The sandwich was ultrasonically welded to secure the aluminum tab to the positive electrode. A nickel tab was placed next to the negative electrode and both the tab and electrode were sandwiched between two pieces of nickel foil. The sandwich was ultrasonically welded to secure the nickel tab to the negative electrode. The two electrodes were stacked with a separator in between. The separator was a polypropylene membrane (CELGARD 2400). In this example, the outermost stack consists of the negative electrode and the separator and the inner stack consists of the positive electrode. This example did not include the additional sub-stacks disclosed herein. A portion of the outermost stack was folded around one end of the positive electrode to form the first overlay and then the core stack (including the negative electrode, the separator and the positive electrode) was folded around the first overlay 9 times to form the pouch -cell to form. Various parameters are shown in the following table. Folding times Total thickness (T 0 ) (cm) Total width (W) (cm) Li length (cm) Li weight (g) NMC length (cm) NMC weight (g) 9 0.6360 3,225 69.96 2.24 66.18 22.87 Separator weight (g) Tab weight (g) Electrolyte (g) Pouch weight (g) Total weight (g) Energy density (Wh/kg) Capacity (Ah) 1.46 0.2 3.33 2 32.12 346.13 1.11

Bei einem herkömmlichen Aufbau einer Pouch-Zelle, einschließlich Cu-Folien mit Laschenbereichen und gestapelten Elektroden und Separatoren, beträgt die Energiedichte etwa 304 Wh/kg. Der Cu-Stromabnehmer wird etwa 4,37 g im der herkömmlichen Aufbau betragen.With a conventional pouch cell design, including Cu foils with tab regions and stacked electrodes and separators, the energy density is approximately 304 Wh/kg. The Cu current collector will be about 4.37 g in the conventional structure.

Die Eliminierung des Stromabnehmers der Negativseite, bei Verwendung von Lithiummetall als die negative Elektrode, verbessert die Energiedichte der hierin offenbarten Pouch-Zelle.Elimination of the negative side current collector, using lithium metal as the negative electrode, improves the energy density of the pouch cell disclosed herein.

Es ist selbstverständlich, dass die hierin bereitgestellten Bereiche den angegebenen Bereich und einen beliebigen Wert oder Teilbereich innerhalb des angegebenen Bereichs beinhalten. So sollte beispielsweise ein Bereich von etwa 0,1 M bis etwa 1 M dahingehend interpretiert werden, dass er nicht nur die explizit angegebenen Grenzen von etwa 0,1 M bis etwa 1 M, sondern auch Einzelwerte beinhaltet, wie beispielsweise 0,5 M, 0,75 M, usw., und Teilbereiche, wie von etwa 0,3 M bis etwa 0,9 M usw. Weiterhin, wenn „etwa“ verwendet wird, um einen Wert zu beschreiben, soll dieses bedeuten, dass geringfügige Variationen des angegebenen Wertes darin enthalten sind (bis zu +/- 10 %).It is to be understood that the ranges provided herein include the specified range and any value or portion within the specified range. For example, a range from about 0.1 M to about 1 M should be interpreted as including not only the explicitly stated limits of about 0.1 M to about 1 M, but also individual values, such as 0.5 M, 0.75M, etc., and subranges such as from about 0.3M to about 0.9M, etc. Furthermore, when "about" is used to describe a value, it is intended to mean that slight variations of that stated Value is included (up to +/- 10%).

Claims (8)

Verfahren zur Herstellung einer Pouch-Zelle, umfassend: das Bilden eines äußersten Stapels, einschließlich einer negativen Elektrode und Separatoren, die an gegenüberliegenden Oberflächen der negativen Elektrode positioniert sind; das Bilden eines inneren Stapels, einschließlich: einer positiven Elektrode; und mindestens einem Unterstapel mit einer weiteren negativen Elektrode, einer weiteren positiven Elektrode und weiteren Separatoren, die an gegenüberliegenden Oberflächen der weiteren negativen Elektrode positioniert sind; das Positionieren des inneren Stapels auf dem äußersten Stapel, so dass i) ein Ende des inneren Stapels im Wesentlichen mit einem Ende des äußersten Stapels ausgerichtet ist, ii) ein anderes Ende des äußersten Stapels und ein Abschnitt des äußersten Stapels frei bleiben und iii) sich die positive Elektrode des inneren Stapels neben einem der Separatoren des äußersten Stapels befindet, wodurch ein Kernstapel gebildet wird; das Falten des freiliegenden Abschnitts des äußersten Stapels um ein anderes Ende des inneren Stapels und zum Abdecken eines Abschnitts einer Au-ßenschicht des inneren Stapels, wodurch eine erste Überlagerung gebildet wird; und das Falten des Kernstapels um mindestens einen Abschnitt der ersten Überlagerung nach einer zuvor festgelegten Anzahl.A method for producing a pouch cell, comprising: forming an outermost stack including a negative electrode and separators positioned on opposing surfaces of the negative electrode; forming an inner stack, including: a positive electrode; and at least one sub-stack having another negative electrode, a further positive electrode and further separators positioned on opposite surfaces of the further negative electrode; positioning the inner stack on the outermost stack so that i) one end of the inner stack is substantially aligned with one end of the outermost stack, ii) another end of the outermost stack and a portion of the outermost stack remain exposed, and iii) themselves the positive electrode of the inner stack is adjacent to one of the separators of the outermost stack, thereby forming a core stack; folding the exposed portion of the outermost stack around another end of the inner stack and covering a portion of an outer layer of the inner stack, thereby forming a first overlay; and folding the core stack by at least a portion of the first overlay after a predetermined number of times. Verfahren nach Anspruch 1, wobei der innere Stapel eine Vielzahl von Unterstapeln beinhaltet und wobei das Verfahren ferner beinhaltet: das Beschneiden einer Kante des Kernstapels, sodass die positiven Elektroden, die negativen Elektroden und die Separatoren im Wesentlichen zueinander am Rand des Kernstapels ausgerichtet sind.Procedure according to Claim 1 , wherein the inner stack includes a plurality of sub-stacks and wherein the method further includes: trimming an edge of the core stack so that the positive electrodes, the negative electrodes and the separators are substantially aligned with one another at the edge of the core stack. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die negativen Elektroden Lithiummetalle sind und wobei die Pouch-Zelle einen Stromabnehmer der Negativseite ausschließt.Procedure according to Claim 1 , where the negative electrodes are lithium metals and where the pouch cell excludes a negative side current collector. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die positiven Elektroden Schwefel-Kohlenstoff-Verbundelektroden sind und wobei die Pouch-Zelle Stromabnehmer der Positivseite ausschließt.Procedure according to Claim 1 , wherein the positive electrodes are sulfur-carbon composite electrodes and wherein the pouch cell excludes positive side current collectors. Verfahren nach Anspruch 1, wobei vor dem Bilden des äußersten und inneren Stapels, das Verfahren ferner das Befestigen einer Lasche auf jede der negativen Elektroden umfasst durch: das Bilden einer Sandwich-Struktur mit einem ersten Stück Folie, der negativen Elektrode, der Lasche und einem zweiten Stück Folie; und das Verschweißen der Sandwichstruktur.Procedure according to Claim 1 , wherein before forming the outermost and inner stacks, the method further comprises attaching a tab to each of the negative electrodes by: forming a sandwich structure with a first piece of foil, the negative electrode, the tab and a second piece of foil; and welding the sandwich structure. Verfahren nach Anspruch 5, wobei nach dem Falten des Kernstapels, das Verfahren ferner die Laschen, die an jede der negativen Elektroden befestigt sind, zusammenschweißt, um eine einzelne negative Elektrodenlasche zu bilden.Procedure according to Claim 5 , wherein after folding the core stack, the method further welds the tabs attached to each of the negative electrodes together to form a single negative electrode tab. Verfahren nach Anspruch 1, wobei vor dem Bilden des äußersten und inneren Stapels, das Verfahren ferner das Befestigen einer Lasche auf jede der positive Elektroden umfasst durch: das Bilden einer Sandwich-Struktur mit einem ersten Stück Folie, der positiven Elektrode, der Lasche und einem zweiten Stück Folie; und das Verschweißen der Sandwichstruktur.Procedure according to Claim 1 , wherein before forming the outermost and inner stacks, the method further comprises attaching a tab to each of the positive electrodes by: forming a sandwich structure with a first piece of foil, the positive electrode, the tab and a second piece of foil; and welding the sandwich structure. Verfahren nach Anspruch 7, wobei nach dem Falten des Kernstapels, das Verfahren ferner die Laschen, die an jede der positiven Elektroden befestigt sind, zusammenschweißt, um eine einzelne positive Elektrodenlasche zu bilden.Procedure according to Claim 7 , wherein after folding the core stack, the method further welds the tabs attached to each of the positive electrodes together to form a single positive electrode tab.
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