DE102017215143A1

DE102017215143A1 - ELECTRODE AND METHOD FOR THE PRODUCTION THEREOF

Info

Publication number: DE102017215143A1
Application number: DE102017215143.9A
Authority: DE
Inventors: Byron Konstantinos Antonopoulos
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2017-08-30
Filing date: 2017-08-30
Publication date: 2019-02-28

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für einen elektrochemischen Energiespeicher sowie eine entsprechend hergestellte Elektrode. Dabei wird eine bahnförmigen Metallfolie, die, wenn sie in einer Bahnebene als Bahn ausgebreitet ist, eine in der Bahnebene liegende Krümmung mit einer Innenkante und einer Außenkante, insbesondere mit jeweils konstantem Krümmungsradius, aufweist, die jeweils in Bahnrichtung verlaufen, bereitgestellt und die Metallfolie auf zumindest einer ihrer Hauptflächen mit einem Elektrodenaktivmaterial in der Weise beschichtet, dass dabei ein entlang der Außenkante der Metallfolie verlaufender Abschnitt der zumindest einen Hauptfläche frei von Elektrodenaktivmaterial bleibt. Anschließend wird die mit dem Elektrodenaktivmaterial beschichteten Metallfolie durch Beaufschlagen mit einem, insbesondere gleichförmigen, Druck im Bereich des aufgebrachten Elektrodenaktivmaterials kalandriert, wobei der Druck so gewählt ist, dass dadurch eine solche Verformung der beschichteten Metallfolie bewirkt wird, dass ihre Krümmung dadurch reduziert, insbesondere im Wesentlichen aufgehoben, wird.

The invention relates to a method for producing an electrode for an electrochemical energy store and to a correspondingly produced electrode. In this case, a sheet-shaped metal foil, which, when it is spread in a web plane as a web, lying in the web plane curvature with an inner edge and an outer edge, in particular with a constant radius of curvature, respectively, provided in the web direction, provided and the metal foil at least one of its major surfaces is coated with an electrode active material in such a way that a portion of the at least one main surface extending along the outer edge of the metal foil remains free of electrode active material. Subsequently, the metal foil coated with the electrode active material is calendered by applying a, in particular uniform, pressure in the region of the applied electrode active material, the pressure being selected such that such deformation of the coated metal foil is effected, thereby reducing its curvature, in particular in the Essentially lifted, will.

Description

Die Erfindung betrifft eine Elektrode für einen elektrochemischen Energiespeicher, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Zelle, sowie ein Verfahren zur ihrer Herstellung.The invention relates to an electrode for an electrochemical energy store, in particular for a lithium-ion cell, and to a method for its production.

Zum Ableiten von elektrischen Ladungsüberschüssen, die beim Betrieb eines elektrochemischen Energiespeichers an dessen Elektroden anfallen, werden oftmals, insbesondere bei Lithium-Ionenzellen zur Versorgung von Kraftfahrzeugantrieben, sogenannte Stromableiter aus gut leitendem Material, vorgesehen. Solche Stromableiter werden bei der Herstellung des elektrochemischen Energiespeichers in der Regel in die Elektroden integriert. Insbesondere wird bei der Herstellung eine Metallfolie mit einem Elektrodenaktivmaterial beschichtet, gegebenenfalls geschnitten und anschließend eine gewünschte Porosität der Elektrodenbeschichtungen durch Kalandrieren, d.h. durch gezieltes Walzen, eingestellt.For deriving excess electrical charges that occur during operation of an electrochemical energy storage at the electrodes are often, especially in lithium-ion cells for the supply of motor vehicle drives, so-called current conductor of good conductive material, provided. Such current conductors are usually integrated in the manufacture of the electrochemical energy storage in the electrodes. More particularly, in manufacture, a metal foil is coated with an electrode active material, optionally cut and then a desired porosity of the electrode coatings by calendering, i. through targeted rolling, adjusted.

Um die als Stromableiter dienende Metallfolie im Energiespeicher trotz der Beschichtung elektrisch kontaktieren zu können, wird sie üblicherweise auf zumindest einer Seite nicht vollständig beschichtet, so dass die Metallfolie bezüglich des Aktivmaterials einen Überstand aufweist. Dieser Überstand kann nach Wickeln oder Stapeln einer bzw. mehrerer Elektroden elektrisch kontaktiert werden.In order to be able to electrically contact the metal foil serving as a current collector in the energy store despite the coating, it is usually not completely coated on at least one side, so that the metal foil has a projection with respect to the active material. This supernatant can be electrically contacted after winding or stacking one or more electrodes.

Beim Kalandrieren der mit dem Elektrodenaktivmaterial beschichteten Metallfolie krümmt sich Letztere üblicherweise in der Folienebene, wobei der Überstand auf der Krümmungsinnenseite der Metallfolie liegt. Dies ist auch als Camber-Effekt bekannt.During calendering of the metal foil coated with the electrode active material, the latter usually curves in the foil plane, the supernatant lying on the curvature inside of the metal foil. This is also known as camber effect.

Das Dokument EP 2 677 567 A1 betrifft das Erzeugen einer Elektrode mit einem Schritt für die Ausübung einer Zugkraft, wobei eine Elektrodenbahn in der Weise über einer Walze, die einen aus einer umfänglichen Oberfläche der Walze herausragenden Stufenabschnitt und einen zum Stufenabschnitt benachbarten Ausnehmungsabschnitt enthält, läuft, dass ein freiliegender Stromableiterabschnitt der Elektrodenbahn in dem Stufenabschnitt und eine Aktivmaterialschicht der Elektrodenbahn in dem Ausnehmungsabschnitt positioniert ist.The document EP 2 677 567 A1 relates to producing an electrode having a step of applying a tensile force, wherein an electrode sheet passes over a roller including a step portion projecting from a peripheral surface of the roller and a recess portion adjacent to the step portion, such that an exposed current-carrying portion of the electrode track runs in the step portion and an active material layer of the electrode sheet is positioned in the recess portion.

Es ist eine Aufgabe der Erfindung, auf verbesserte, insbesondere vereinfachte, Weise ein Elektrode auf Basis einer bahnförmigen Metallfolie bereitzustellen.It is an object of the invention to provide an electrode based on a sheet-like metal foil in an improved, in particular simplified way.

Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für einen elektrochemischen Energiespeicher gemäß dem unabhängigen Anspruch 1 sowie eine daraus erhältliche Elektrode gemäß Anspruch 8.This object is achieved by a method for producing an electrode for an electrochemical energy store according to independent claim 1 and an electrode obtainable therefrom according to claim 8.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für einen elektrochemischen Energiespeicher, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Zelle, aufweisend die Schritte: (i) Bereitstellen einer bahnförmigen Metallfolie, die, wenn sie in einer Bahnebene als Bahn ausgebreitet ist, eine in der Bahnebene liegende Krümmung mit einer Innenkante und einer Außenkante, insbesondere mit jeweils konstantem Krümmungsradius, aufweist, die jeweils in Bahnrichtung verlaufen; (ii) Beschichten der Metallfolie auf zumindest einer ihrer Hauptflächen mit einem Elektrodenaktivmaterial in der Weise, dass dabei ein entlang der Außenkante der Metallfolie verlaufender Abschnitt der zumindest einen Hauptfläche frei von Elektrodenaktivmaterial bleibt; (iii) Kalandrieren der mit dem Elektrodenaktivmaterial beschichteten Metallfolie durch Beaufschlagen mit einem, insbesondere gleichförmigen, Druck im Bereich des aufgebrachten Elektrodenaktivmaterials, wobei der Druck so gewählt ist, dass dadurch eine solche Verformung der beschichteten Metallfolie bewirkt wird, dass ihre Krümmung reduziert, insbesondere im Wesentlichen aufgehoben, wird.A first aspect of the invention relates to processes for producing an electrode for an electrochemical energy store, in particular for a lithium-ion cell, comprising the steps: (i) providing a sheet-like metal foil which, when spread in a web plane as a web in the web plane lying curvature having an inner edge and an outer edge, in particular with in each case constant radius of curvature, each extending in the web direction; (ii) coating the metal foil on at least one of its major surfaces with an electrode active material such that a portion of the at least one major surface running along the outer edge of the metal foil remains free of electrode active material; (iii) calendering the metal foil coated with the electrode active material by applying a particularly uniform pressure in the region of the applied electrode active material, the pressure being selected to cause such deformation of the coated metal foil that reduces its curvature, especially in the Essentially lifted, will.

Unter dem Aufbringen eines Aktivmaterials im Sinne der Erfindung ist insbesondere das Beschichten mit einem sog. Elektrodenslurry, der das Aktivmaterial, einen oder mehrere Elektrodenzusätze, wie etwa Leitruß und/oder Bindemittel, und ein Lösungsmittel enthält, und das anschließende Entfernen des Lösungsmittels, etwa durch Herausdampfen, zu verstehen. Dadurch kann die Schicht aus Aktivmaterial und Elektrodenzusatz mit der Metallfolie verbunden werden.The application of an active material in the context of the invention is in particular the coating with a so-called. Elektrodenslurry containing the active material, one or more electrode additives, such as Leitruß and / or binder, and a solvent, and the subsequent removal of the solvent, such as Evaporate, to understand. As a result, the layer of active material and electrode additive can be connected to the metal foil.

Die Verformung der bahnförmigen Metallfolie kann dabei insbesondere durch Zugkräfte, die im Inneren der bahnförmigen Metallfolie in Bahnrichtung wirken und durch den ausgeübten Druck auf die Metallfolie verursacht werden, hervorgerufen werden. Die Verformung ergibt sich insbesondere, da diese Zugkräfte in einer Richtung senkrecht zur Bahnrichtung, d.h. entlang eines Querschnitts der Metallfolie, nicht homogen sind. So können etwa in einem Bereich des entlang der Außenkante der Metallfolie verlaufenden Abschnitts keine oder zumindest nur geringe Zugkräfte auftreten, während in einem Bereich der Innenkante der Metallfolie hohe Zugkräfte auftreten können.The deformation of the sheet-like metal foil can be caused in particular by tensile forces acting in the interior of the sheet-like metal foil in the web direction and caused by the pressure exerted on the metal foil. The deformation results in particular since these tensile forces in a direction perpendicular to the web direction, i. along a cross section of the metal foil, are not homogeneous. For example, no or at least only slight tensile forces can occur in a region of the section running along the outer edge of the metal foil, while high tensile forces can occur in a region of the inner edge of the metal foil.

Die Krümmung der bereitgestellten bahnförmigen Metallfolie wird dabei vorzugsweise in Abhängigkeit der bei der Herstellung der Elektrode gewünschten Breite des in Bahnrichtung verlaufenden Abschnitts an einer ihrer Kanten derart gewählt, dass die hergestellte bahnförmige Metallfolie nach der Herstellung in einem ausgebreiteten Zustand in der Bahnebene im Wesentlichen geradlinig verläuft.The curvature of the provided web-shaped metal foil is preferably selected as a function of the width of the web-extending section at one of its edges in such a way that the produced web-shaped metal foil extends in a substantially straight state in the web plane after production in an expanded state ,

Somit erlaubt es das Bereitstellen und Verwenden der gekrümmten bahnförmigen Metallfolie im Rahmen des Herstellungsverfahrens, den Verformungseffekt (Camber-Effekt) des Kalandrierens, der insbesondere aufgrund der nicht vollständigen Beschichtung der Metallfolie mit dem Aktivmaterial auftritt, zumindest teilweise, vorzugsweise vollständig, zu kompensieren. Thus, the provision and use of the curved sheet-like metal foil in the manufacturing process makes it possible to compensate, at least partially, preferably completely, the calendering effect (camber effect) which occurs in particular due to the incomplete coating of the metal foil with the active material.

Im Gegensatz zu dem im Dokument EP 2 677 567 A1 beschriebenen Verfahren ist hierbei keine speziell geformte Walze mit abschnittsweise unterschiedlichem Walzzendurchmesser notwendig, um eine mit dem Elektrodenaktivmaterial beschichtete kalandrierte bahnförmige Metallfolie zu erhalten, die, wenn sie in einer Bahnebene als Bahn ausgebreitet ist, im Wesentlichen gerade verläuft bzw. keine Krümmung aufweist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann deshalb, ohne zusätzlichen technischen Aufwand, in Verbindung mit herkömmlichen Vorrichtungen zum Herstellen von Elektroden für elektrochemische Energiespeicher angewendet werden.Unlike the one in the document EP 2 677 567 A1 described method is in this case no specially shaped roller with partially different diameter roller diameter necessary to obtain a coated with the electrode active calendered sheet-like metal foil, which, when it is spread in a web plane as a web, is substantially straight or has no curvature. The inventive method can therefore be applied, without additional technical effort, in conjunction with conventional devices for producing electrodes for electrochemical energy storage.

Darüber hinaus können durch die erfindungsgemäß hergestellte bahnförmige Elektrode Probleme, die beim Wickeln von gekrümmten Elektrodenbahnen zu einem Elektrodenwickel auftreten , wie etwa das Ausbilden eines aus dem Elektrodenwickel herausragenden Elektrodenüberstands oder von Hohlräumen zwischen zwei Elektrodenlagen, reduziert oder sogar gänzlich vermieden werden.Moreover, the sheet-shaped electrode produced according to the present invention can reduce or even eliminate problems associated with winding curved electrode sheets to an electrode coil, such as forming an electrode protrusion protruding from the electrode coil or voids between two electrode layers.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht zudem die Herstellung einer bahnförmigen Elektrode, die in Bezug auf eine Stromdichteverteilung im Betrieb eines mit der Elektrode ausgestatteten Energiespeichers optimiert ist, d.h. eine im wesentlichen homogene Stromdichteverteilung aufweist, da die durch das Kalandrieren der mit dem Elektrodenaktivmaterial beschichteten Metallfolie bewirkte, der Krümmung entgegengesetzten Verformung in einer im Wesentlichen homogenen Verteilung des Materials der bahnförmigen Elektrode, insbesondere in einer im Wesentlichen homogenen Dicke der bahnförmigen Elektrode, resultiert. Dadurch können Alterungseffekte zumindest verringert werden. Gleichzeitig kann die erfindungsgemäß hergestellte bahnförmige Elektrode hierdurch auch ein verringertes Risiko in Bezug auf ein Einreißen der bahnförmigen Elektrode aufweisen.The method according to the invention also makes it possible to produce a web-shaped electrode which is optimized with respect to a current density distribution in the operation of an energy storage device equipped with the electrode, i. has a substantially homogeneous current density distribution, since the deformation caused by the calendering of the metal foil coated with the electrode active material results in a substantially homogenous distribution of the material of the sheet-like electrode, in particular in a substantially homogeneous thickness of the sheet-like electrode. This can at least reduce aging effects. At the same time, the web-shaped electrode produced according to the invention can thereby also have a reduced risk with regard to tearing of the web-shaped electrode.

Insgesamt ermöglicht es die Erfindung, auf vereinfachte Weise eine Elektrode auf Basis einer bahnförmigen Metallfolie bereitzustellen, die insbesondere ohne ein Beschneiden der Elektrode begradigt ist.Overall, the invention makes it possible to provide, in a simplified manner, an electrode based on a sheet-like metal foil, which is in particular straightened without trimming the electrode.

In einer bevorzugten Ausführung weist das Verfahren den weiteren, dem Bereitstellen vorausgehenden Schritt auf: Herstellen der mit der Krümmung versehenen bahnförmigen Metallfolie, indem eine zunächst im Wesentlichen krümmungsfreie bahnförmige Metallfolie zur Erzeugung der Krümmung mit einem Druck beaufschlagt wird, der in einer senkrecht zur Bahnrichtung in der Fläche der Metallfolie liegenden Richtung inhomogen verläuft. Vorzugsweise bewirkt der Druck hierbei Krümmung der Metallfolie, die derjenigen Krümmung entspricht, die beim Kalandrieren der Metallfolie auftritt. Insbesondere kann der Druck bzw. dessen Verteilung entlang einer Richtung senkrecht zur Bahnrichtung in der Weise gewählt werden, dass in Bereichen, in denen beim Kalandrieren eine starke Verformung auftritt, eine schwache Verformung auftritt, und in Bereichen, in denen beim Kalandrieren eine schwache Verformung auftritt, eine starke Verformung auftritt. In anderen Worten wird die Verteilung des Drucks entlang der Richtung senkrecht zur Bahnrichtung vorzugsweise in der Weise gewählt, dass eine Krümmung der bahnförmigen Elektrode gerade entgegengesetzt einer Krümmung der Elektrode ist, die beim Kalandrieren unter Beaufschlagen mit einem im Wesentlichen gleichmäßigen Druck im mit Elektrodenaktivmaterial beschichteten Bereich verursacht wird.In a preferred embodiment, the method comprises the further step preceding the provision of: producing the sheet metal foil provided with the curvature by applying to a first substantially curvilinear sheet-shaped metal foil for generating the curvature in a direction perpendicular to the web direction the surface of the metal foil lying inhomogeneous course. In this case, the pressure preferably causes curvature of the metal foil, which corresponds to the curvature that occurs when calendering the metal foil. In particular, the pressure or its distribution along a direction perpendicular to the web direction may be selected such that weak deformation occurs in areas where severe deformation occurs during calendering, and in areas where weak deformation occurs in calendering , a strong deformation occurs. In other words, the distribution of the pressure along the direction perpendicular to the web direction is preferably selected such that a curvature of the web-shaped electrode is just opposite to a curvature of the electrode which when calendered under a substantially uniform pressure in the electrode active material coated region is caused.

Dadurch kann die Metallfolie im Verlaufe des Verfahrens insgesamt in jedem Bereich ihrer zur Bahnrichtung senkrechten Querschnittsfläche den gleichen Zugkräften ausgesetzt werden. In anderen Worten kann die Metallfolie im Verlaufe des Verfahrens durch die Verformungen insgesamt im Wesentlichen gleichmäßig entlang der Bahnrichtung gedehnt werden. Dies resultiert zum einen zuverlässig in einer Metallfolie, die, wenn Sie in der Bahnebene als Bahn ausgebreitet wird, im Wesentlichen krümmungsfrei verläuft und eine im Wesentlichen homogene Dicke aufweist. Zum anderen kann dadurch das Einbringen von Krafteinschlüssen, d.h. Spannungen, in der Metallfolie vermieden oder zumindest reduziert werden, wodurch die Metallfolie leichter verarbeitet, etwa gleichmäßig gewickelt oder gestapelt werden kann und weniger anfällig gegenüber einem Einreißen ist.As a result, in the course of the method, the metal foil can be subjected to the same tensile forces in all areas of its cross-sectional area perpendicular to the web direction. In other words, in the course of the process, the metal foil can be stretched substantially uniformly along the web direction as a result of the deformations. This results firstly reliably in a metal foil which, when spread in the web plane as a web, is substantially free of curvature and has a substantially homogeneous thickness. On the other hand, the introduction of force inclusions, i. Strains in which metal foil is avoided or at least reduced, whereby the metal foil can be processed more easily, about evenly wound or stacked and is less prone to tearing.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist der inhomogene Druck in einer senkrecht zur Bahnrichtung verlaufenden Richtung von der sich ergebenden Außenkante zur sich ergebenden Innenkante hin einen abfallenden Druckverlauf auf. Vorzugsweise fällt der Druck entlang des Druckverlaufs linear ab. Die durch den Druck bewirkte Verformung kann dabei zur sich ergebenden Innenkante hin zuverlässig vermindert werden. In manchen Ausführungen verschwindet der Druck zur sich ergebenden Innenkante hin, so dass im Bereich der Innenkante keine Verformung der Metallfolie auftritt.In a further preferred embodiment, the inhomogeneous pressure in a direction perpendicular to the web direction from the resulting outer edge to the resulting inner edge towards a falling pressure curve. Preferably, the pressure drops linearly along the pressure curve. The deformation caused by the pressure can be reliably reduced towards the resulting inner edge. In some embodiments, the pressure disappears to the resulting inner edge, so that no deformation of the metal foil occurs in the region of the inner edge.

Dadurch ergibt sich eine größere Dehnung entlang der Bahnrichtung im Bereich der Außenkante als im Bereich der Innenkante der Metallfolie. Somit kann die gekrümmte Form der bereitzustellenden bahnförmigen Metallfolie gezielt eingestellt werden bzw. eine kontrollierte und gezielte Krümmung bewirkt werden.This results in a greater elongation along the web direction in the region of the outer edge than in the region of the inner edge of the metal foil. Thus, the curved shape of the be made available web-shaped metal foil targeted or a controlled and targeted curvature can be effected.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird der inhomogen verlaufende Druck durch Ermitteln eines Überstands einer mit Elektrodenaktivmaterial beschichteten gewickelten kalandrierten bahnförmigen Metallfolie festgelegt, die in einem Ursprungszustand vor dem Kalandrieren, wenn sie in der Bahnebene als Bahn ausgebreitet ist, im Wesentlichen krümmungsfrei verläuft. Der Überstand kann dabei empirisch ermittelt werden. Insbesondere kann auf Grundlage der Länge des Überstands und der Länge der gewickelten bahnförmigen Metallfolie in Bahnrichtung ein Krümmungsradius der Innen- und/oder Außenkante ermittelt werden. Aus dem Krümmungsradius kann dann weiter anhand von bekannten mechanischen Eigenschaften des Materials, aus dem die Metallfolie gefertigt ist, etwa einem Schermodul, einem Kompressionsmodul und/oder einem Youngsmodul, der zur Erzeugung dieser Krümmung notwendige Druck bzw. Druckverlauf entlang der Richtung senkrecht zur Bahnrichtung ermittelt werden. Dies ermöglicht eine zuverlässige Vorkrümmung der bereitzustellenden Metallfolie, so dass die verfahrensgemäß weiterbearbeitete Metallfolie letztendlich, zumindest im Wesentlichen, krümmungsfrei ist.In a further preferred embodiment, the inhomogeneous pressure is determined by determining a supernatant of an electrodeposited coated, wound calendered sheet metal foil which, in an initial state prior to calendering, when deployed as a web in the web plane, is substantially free of curvature. The supernatant can be determined empirically. In particular, a radius of curvature of the inner and / or outer edge can be determined on the basis of the length of the projection and the length of the wound sheet-like metal foil in the web direction. From the radius of curvature can then continue on the basis of known mechanical properties of the material from which the metal foil is made, such as a shear modulus, a compression modulus and / or a Youngsmodul, which determines the generation of this curvature necessary pressure or pressure profile along the direction perpendicular to the web direction become. This allows a reliable pre-curvature of the metal foil to be provided, so that the metal foil further processed according to the method is ultimately, at least essentially, free from curvature.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung wird der inhomogene Druck durch Walzen der bahnförmigen Metallfolie mit zumindest einem Walzkörper bewirkt. Dabei ist eine Rotationsachse des zumindest einen Walzkörpers senkrecht zur Bahnrichtung orientiert und gegenüber der mit Druck beaufschlagten Hauptfläche der bahnförmigen Metallfolie gekippt. Alternativ oder zusätzlich weist der zumindest eine Walzkörper eine kegelstumpfartige Form auf.In a further preferred embodiment, the inhomogeneous pressure is effected by rolling the sheet-like metal foil with at least one rolling body. In this case, an axis of rotation of the at least one rolling body is oriented perpendicular to the web direction and tilted with respect to the pressurized main surface of the sheet-like metal foil. Alternatively or additionally, the at least one rolling body has a frustoconical shape.

Dadurch kann die zu krümmende Metallfolie in einem Bereich der sich ergebenden Außenkante stärker zusammengepresst werden als in einem Bereich der sich ergebenden Innenkante, so dass im Bereich der sich ergebenden Außenkante im Inneren der Metallfolie stärkere Zugkräfte entlang der Bahnrichtung wirken als im Bereich der sich ergebenden Innenkante. Die beabsichtigte Vorkrümmung der Metallfolie, insbesondere der dabei aufzubringende Druck bzw. Druckverlauf, kann somit gezielt eingestellt werden.As a result, the metal foil to be bent can be compressed more strongly in a region of the resulting outer edge than in a region of the resulting inner edge, so that stronger tensile forces act along the web direction in the region of the resulting outer edge in the interior of the metal foil than in the region of the resulting inner edge , The intended pre-curvature of the metal foil, in particular the pressure or pressure curve to be applied in this case, can thus be adjusted in a targeted manner.

Das Walzen der bereitzustellenden Metallfolie mit zumindest einem Walzkörper ist technisch einfacher zu realisieren als andere Verfahren, beispielsweise Schneid- oder Stanzverfahren, welche prinzipiell ebenfalls geeignet wären, um die bereitzustellenden Metallfolie in die gekrümmte Form zu bringen. Dies ist zum einen in der geringen Dicke der Metallfolie, die in der Regel zwischen 1 µm und 500 µm, vorzugsweise zwischen 2 µm und 100 µm, insbesondere zwischen 5 µm und 25 µm, liegt, begründet, zum anderen in der Länge der Metallfolie in Bahnrichtung, die in der Regel mehr als 1 km, vorzugsweise mehr als 2,5 km, insbesondere mehr als 5 km betragen kann.The rolling of the metal foil to be provided with at least one rolling element is technically easier to implement than other methods, for example cutting or punching methods, which in principle would also be suitable for bringing the metal foil to be provided into the curved shape. This is on the one hand in the small thickness of the metal foil, which is usually between 1 .mu.m and 500 .mu.m, preferably between 2 .mu.m and 100 .mu.m, in particular between 5 .mu.m and 25 .mu.m, justified, on the other hand in the length of the metal foil in Railway direction, which can usually be more than 1 km, preferably more than 2.5 km, in particular more than 5 km.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung weist die Außenkante der bereitgestellten bahnförmigen Metallfolie zumindest abschnittsweise eine Kreisbogenform auf. Dies ist vorteilhaft, da es sich bei der Kreisbogenform um eine wohldefinierte Form mit einer konstanten Krümmung handelt. Eine entsprechende Krümmung der Metallfolie kann daher durch, insbesondere gradientenhafte, Druckbeaufschlagung gezielt und mit einfachen technischen Mitteln, etwa durch Walzen mit einem Walzkörper, zuverlässig erzeugt werden.In a further preferred embodiment, the outer edge of the provided web-shaped metal foil at least in sections on a circular arc shape. This is advantageous because the circular arc shape is a well-defined shape with a constant curvature. A corresponding curvature of the metal foil can therefore be generated reliably by, in particular gradient-like, pressurization and reliably by simple technical means, for example by rolling with a rolling body.

In einer weiteren bevorzugten Ausführung beträgt der Krümmungsradius der Kreisbogenform zwischen 15 m und 35 m, vorzugsweise zwischen 20 m und 30 m, insbesondere zwischen 23 m und 27 m. Dadurch kann die bereitgestellte Metallfolie zuverlässig durch, insbesondere gleichmäßiges, Druckbeaufschlagen in mit Elektrodenaktivmaterial beschichteten Bereichen in der Weise verformt werden, dass die Metallfolie, wenn sie in der Bahnebene als Bahn ausgebreitet ist, zumindest im Wesentlichen, krümmungsfrei ist.In a further preferred embodiment, the radius of curvature of the circular arc shape is between 15 m and 35 m, preferably between 20 m and 30 m, in particular between 23 m and 27 m. As a result, the metal foil provided can be reliably deformed by, in particular uniform, pressurization in areas coated with electrode active material in such a way that the metal foil, if it is spread in the web plane as a web, is at least substantially free of curvature.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Elektrode für einen elektrochemischen Energiespeicher, insbesondere für eine Lithium-Ionen-Zelle, welche mittels eines Verfahrens nach dem ersten Aspekt der Erfindung erhältlich ist.A second aspect of the invention relates to an electrode for an electrochemical energy store, in particular for a lithium-ion cell, which is obtainable by means of a method according to the first aspect of the invention.

Die derart hergestellte Elektrode weist eine bahnförmige Metallfolie, insbesondere eine Kupferfolie für den Einsatz als Anode oder einer Aluminiumfolie für den Einsatz als Katode, auf, die auf zumindest einer Hauptfläche mit einem Elektrodenaktivmaterial bis auf einen Abschnitt, der in Bahnrichtung entlang einer Kante der Metallfolie verläuft, beschichtet ist. Die bahnförmige Metallfolie ist dabei, wenn sie in einer Bahnebene als Bahn ausgebreitet ist, im Wesentlichen krümmungsfrei, so dass sich die Elektrode ohne die Ausbildung eines Elektrodenüberstands zu einem Elektrodenwickel wickeln lässt, oder, wenn sie quer zur Bahnrichtung in mehrere Stücke zerteilt ist, ohne Verschnitt zu einem Elektrodenstapel stapeln lässt.The electrode produced in this way has a sheet-shaped metal foil, in particular a copper foil for use as an anode or an aluminum foil for use as a cathode, which extends on at least one main surface with an electrode active material except for a section which runs in the web direction along an edge of the metal foil , coated. The sheet-like metal foil is, if it is spread in a web plane as a web, substantially free of curvature, so that the electrode can be wound without the formation of an electrode protrusion to an electrode coil, or if it is divided transversely to the web direction into several pieces, without Stack waste to an electrode stack.

In einer bevorzugten Ausführung weist die bahnförmige Metallfolie eine senkrecht zur Bahnrichtung verlaufende Querschnittsfläche auf, deren Begrenzungslinie zu der zumindest einen Hauptfläche gleichmäßig, insbesondere geradlinig, verläuft. Vorzugsweise ist die Querschnittsfläche rechteckig, d.h. die Metallfolie weist senkrecht zur Bahnrichtung eine konstante Dicke auf.In a preferred embodiment, the sheet-like metal foil has a cross-sectional surface running perpendicular to the web direction, the boundary line of which extends uniformly, in particular in a straight line, to the at least one main surface. Preferably, the cross-sectional area is rectangular, ie the metal foil has a constant thickness perpendicular to the web direction.

Vorzugsweise ist die Metallfolie dementsprechend auch gleichmäßig, insbesondere gleichmäßig dick, mit Elektrodenaktivmaterial beschichtet, so dass im Betrieb eines elektrochemischen Energiespeichers, der mit der Elektrode ausgestattet ist, eine homogene Stromdichtenverteilung an der Elektrode ermöglicht wird. Neben einer höheren Effizienz im Betrieb des Energiespeichers kann so auch die Alterung der Elektrode zumindest entschleunigt werden.Accordingly, the metal foil is accordingly also uniform, in particular uniformly thick, coated with electrode active material, so that a homogeneous current density distribution at the electrode is made possible during operation of an electrochemical energy store equipped with the electrode. In addition to a higher efficiency in the operation of the energy storage so the aging of the electrode can be at least decelerated.

Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhafte Ausgestaltung beschriebenen Merkmale und Vorteile gelten, zumindest wo technisch sinnvoll, auch für den zweiten Aspekt der Erfindung und dessen vorteilhafte Ausgestaltung sowie umgekehrt.The features and advantages described in relation to the first aspect of the invention and its advantageous embodiment apply, at least where technically feasible, for the second aspect of the invention and its advantageous embodiment and vice versa.

Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren, in denen durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechende Elemente der Erfindung verwendet werden. Es zeigen wenigstens teilweise schematisch:

1 ein Kalandrieren einer beschichteten Metallfolie nach dem Stand der Technik;
2 ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens zum Herstellen einer Elektrode;
3 Ausführungsbeispiele von Walzkörpern zur Herstellung einer gekrümmten Metallfolie; und
4 ein Ausführungsbeispiel einer bereitgestellten bahnförmigen Metallfolie.

Further features, advantages and possible applications of the invention will become apparent from the following description in conjunction with the figures, in which the same reference numerals for the same or corresponding elements of the invention are used throughout. At least partially schematically show:

1 calendering a coated metal foil according to the prior art;
2 an embodiment of a method for producing an electrode;
3 Exemplary embodiments of rolling bodies for producing a curved metal foil; and
4 an embodiment of a provided sheet-like metal foil.

1 zeigt ein Kalandrieren einer beidseitig mit einem Elektrodenaktivmaterial 2 beschichteten, bahnförmigen Metallfolie 1 nach dem Stand der Technik, durch das eine Porosität des Elektrodenaktivmaterials 2 eingestellt, etwa an den Einsatz der derart hergestellten Elektrode 10 in einem elektrochemischen Energiespeicher angepasst, werden kann. Die Metallfolie 1 ist dabei nicht vollständig mit dem Elektrodenaktivmaterial 2 beschichtet, sondern weist einen unbeschichteten Abschnitt 1a an einer Kante 1b der Metallfolie 1. Der Abschnitte 1a verläuft dabei entlang der Außenkante 1b, insbesondere über die gesamte Länge der Außenkante 1b in eine Bahnrichtung, d.h. in 1 in die Zeichenebene hinein. 1 shows a calendering on both sides with an electrode active material 2 coated, sheet-like metal foil 1 in the prior art, by which a porosity of the electrode active material 2 set, such as the use of the thus prepared electrode 10 can be adjusted in an electrochemical energy storage. The metal foil 1 is not complete with the electrode active material 2 coated but has an uncoated section 1a on an edge 1b the metal foil 1 , The sections 1a runs along the outer edge 1b , in particular over the entire length of the outer edge 1b in a web direction, ie in 1 into the drawing plane.

Beim Kalandrieren wird das Aktivmaterial 2 mit einem, insbesondere gleichmäßigen, Druck beaufschlagt, indem die Metallfolie 1 mit dem aufgebrachten Elektrodenaktivmaterial 2 entlang der Bahnrichtung durch einen von zwei Walzkörpern 3 gebildeten Zwischenraum 4, der durch einen kürzesten Abstand d zwischen den Oberflächen der zwei Walzkörper 3 definiert ist, geführt wird.Calendering becomes the active material 2 with a, in particular uniform, pressure applied by the metal foil 1 with the electrode active material applied 2 along the web direction through one of two rolling bodies 3 formed gap 4 that by a shortest distance d between the surfaces of the two rolling bodies 3 is defined.

Der auf das Elektrodenaktivmaterial 2 ausgeübte Druck wirkt durch das Elektrodenaktivmaterial 2 hindurch auch, zumindest teilweise, auf die Metallfolie 1. Der auf die Metallfolie 1 wirkende Druck verformt die Metallfolie 1 im Zwischenraum 4 derart, dass die Dicke der Metallfolie 1 im Bereich des aufgebrachten Elektrodenaktivmaterials 2 geringer ist als im unbeschichteten Abschnitt 1a an der Kante 1b der Metallfolie 1.The on the electrode active material 2 applied pressure acts through the electrode active material 2 also, at least in part, on the metal foil 1 , The on the metal foil 1 acting pressure deforms the metal foil 1 in the space 4 such that the thickness of the metal foil 1 in the region of the applied electrode active material 2 less than in the uncoated section 1a on the edge 1b the metal foil 1 ,

Das in dieser Weise verpresste Material der Metallfolie 1 im Bereich der Beschichtung mit Elektrodenaktivmaterial 2 wird entlang der Bahnrichtung, d.h. senkrecht zur Zeichenebene der 1, verschoben und bewirkt dadurch eine Verformung der Metallfolie 1 in einer Bahnebene der Metallfolie 1, d.h. senkrecht zur Zeichenebene der 1.The pressed in this way material of the metal foil 1 in the area of coating with electrode active material 2 is along the web direction, ie perpendicular to the plane of the 1 , displaced and thereby causes a deformation of the metal foil 1 in a web plane of the metal foil 1 , ie perpendicular to the plane of the 1 ,

Das Verschieben des verpressten Materials wird durch im Inneren der Metallfolie 1 entlang der Bahnrichtung wirkende Zugkräfte verursacht, wobei diese Zugkräfte von einer der Außenkante 1b gegenüberliegenden Innenkante 1c zur Außenkante 1b hin abnehmen. Dadurch ergibt sich eine Krümmung der Metallfolie 1 bzw. der hergestellten Elektrode 10, bei welcher der unbeschichtete Abschnitt 1a auf der Innenseite der Krümmung liegt.The displacement of the pressed material is carried out inside the metal foil 1 along the web direction acting tensile forces caused, these tensile forces from one of the outer edge 1b opposite inner edge 1c to the outer edge 1b decrease. This results in a curvature of the metal foil 1 or the electrode produced 10 in which the uncoated section 1a lying on the inside of the curvature.

Eine solche Elektrode 10 mit einer Krümmung ist nur unter zusätzlichem Aufwand weiter zu verarbeiten, beispielsweise gleichmäßig zu einem Elektrodenwickel zu wickeln oder in einem prismatischen Gehäuse zu stapeln.Such an electrode 10 with a curvature can be further processed only with additional effort, for example, to wind evenly to an electrode winding or to stack in a prismatic housing.

2 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Verfahrens 100 zum Herstellen einer Elektrode für einen elektrochemischen Energiespeicher, insbesondere eine Lithium-Ionen-Zelle. 2 shows an embodiment of a method 100 for producing an electrode for an electrochemical energy store, in particular a lithium-ion cell.

In einem Verfahrensschritt S1 wird eine bahnförmige Metallfolie bereitgestellt, die, wenn sie in einer Bahnebene ausgebreitet ist, eine gekrümmte Form aufweist. Dabei liegt eine Kante der Metallfolie auf der Innenseite der Krümmung und wird daher als Innenkante bezeichnet. Eine weitere, der Innenkante gegenüberliegende Kante der Metallfolie liegt auf der Außenseite der Krümmung und wird daher als Außenkante bezeichnet.In one process step S1 provided is a sheet-shaped metal foil which, when spread in a web plane, has a curved shape. In this case, an edge of the metal foil is located on the inside of the curvature and is therefore referred to as the inner edge. Another, the inner edge opposite edge of the metal foil lies on the outside of the curvature and is therefore referred to as the outer edge.

Das Material der bereitgestellten Metallfolie wird vorzugsweise in Abhängigkeit des geplanten Einsatzes der nach dem Verfahren 100 hergestellten Elektrode in einem elektrochemischen Energiespeicher als negative Elektrode, insbesondere als Anode, oder als positive Elektrode, insbesondere als Katode, gewählt. Ist der Einsatz als Anode geplant, kann die bereitgestellte Metallfolie aus Kupfer sein. Ist der Einsatz dagegen als Katode geplant, kann die bereitgestellte Metallfolie aus Aluminium sein.The material of the provided metal foil is preferably determined depending on the intended use of the method 100 produced electrode in an electrochemical energy storage as a negative electrode, in particular as an anode, or as a positive electrode, in particular as a cathode selected. If the use is planned as an anode, the metal foil provided can be made of copper. Is the In contrast, use planned as a cathode, the metal foil provided may be made of aluminum.

Die bereitgestellte Metallfolie kann eine Dicke zwischen 1 µm und 500 µm, vorzugsweise zwischen 2 µm und 100 µm, insbesondere zwischen 5 µm und 25 µm, aufweisen, wodurch die Metallfolie eine ausreichende elektrische Stromstärke führen kann und gleichzeitig leicht weiterverarbeitbar ist.The provided metal foil may have a thickness between 1 .mu.m and 500 .mu.m, preferably between 2 .mu.m and 100 .mu.m, in particular between 5 .mu.m and 25 .mu.m, whereby the metal foil can carry a sufficient electrical current and at the same time be easily processed.

Eine derartige Metallfolie kann in einer dargestellten Ausführungsform des Verfahrens 100 bereitgestellt werden, indem in einem zusätzlichen, dem Verfahrensschritt S1 vorangehenden Verfahrensschritt eine bahnförmige Metallfolie, die, wenn sie in einer Bahnebene als Bahn ausgebreitet ist, im Wesentlichen krümmungsfrei, d.h. im Wesentlichen geradlinig, verläuft, mit einem Druck beaufschlagt wird, welcher von der sich ergebenden Außenkante zur sich ergebenden Innenkante hin abnimmt. Eine solche Druckbeaufschlagung, insbesondere ein solcher Druckverlauf, kann etwa durch Walzen der bahnförmigen Metallfolie mit gegenüber der Metallfolie gekippten oder kegelstumpfartigen Walzkörpern erreicht werden, wie es im Zusammenhang mit 3 weiter unten ausführlich beschrieben wird.Such a metal foil may, in an illustrated embodiment of the method 100 be provided by an additional, the process step S1 the preceding method step, a sheet-like metal foil which, when laid in a web plane as a web substantially curvature-free, ie substantially rectilinear, is subjected to a pressure which decreases from the resulting outer edge to the resulting inner edge. Such a pressurization, in particular such a pressure curve, can be achieved, for example, by rolling the sheet-like metal foil with respect to the metal foil tilted or truncated cone-like rolling elements, as in connection with 3 will be described in detail below.

In einem weiteren Verfahrensschritt S2 des Verfahrens 100 wird die bereitgestellte, gekrümmte Metallfolie auf wenigstens einer Hauptseite mit einem Elektrodenaktivmaterial beschichtet. Dazu wird vorzugsweise ein sog. Elektrodenslurry, der ein Aktivmaterial, Elektrodenzusätze und Lösungsmittel enthält, in der Weise auf die Metallfolie aufgebracht, dass ein Abschnitt der wenigstens einen Hauptseite, der in einer Bahnrichtung entlang der Außenkante verläuft, frei von dem Elektrodenslurry bleibt. In einem Heizschritt, der vorzugsweise Teil des Verfahrensschritts S2 ist, wird das Lösungsmittel anschließend herausgedampft, so dass das Elektrodenaktivmaterial auf der Metallfolie haftend zurückbleibt.In a further process step S2 of the procedure 100 The provided, curved metal foil is coated on at least one main side with an electrode active material. For this purpose, preferably a so-called electrode slurry containing an active material, electrode additives and solvent is applied to the metal foil in such a way that a portion of the at least one main side running in a web direction along the outer edge remains free of the electrode slurry. In a heating step, preferably part of the process step S2 is the solvent is then evaporated out, so that the electrode active material remains adherent to the metal foil.

In einem noch weiteren Verfahrensschritt S3 wird die nun beschichtete Metallfolie kalandriert, wobei in dem oder den mit Elektrodenaktivmaterial beschichteten Bereichen ein Druck auf das Elektrodenaktivmaterial bzw. die Metallfolie ausgeübt wird. Insbesondere wird die beschichtete Metallfolie dabei, wie in 1 gezeigt, durch einen von zwei Walzkörpern gebildeten Zwischenraum geführt, wodurch das Elektrodenaktivmaterial verdichtet und die Metallfolie verformt wird. Auf diese Weise kann die Porosität des Elektrodenaktivmaterials zur Erzielung gewünschter elektrischer und/oder chemischer Eigenschaften eingestellt werden.In a still further process step S3 the metal foil which has now been coated is calendered, wherein pressure is exerted on the electrode active material or the metal foil in the region (s) coated with electrode active material. In particular, the coated metal foil is thereby, as in 1 shown passed through a gap formed by two rolling bodies, whereby the electrode active material is compacted and the metal foil is deformed. In this way, the porosity of the electrode active material can be adjusted to achieve desired electrical and / or chemical properties.

Das Kalandrieren bewirkt zudem eine wie in Zusammenhang mit 1 beschriebene Verformung der Metallfolie. Dadurch, dass die Metallfolie jedoch, wie im Zusammenhang mit Verfahrensschritt S1 beschrieben, einen entlang der Bahnrichtung gekrümmten Verlauf aufweist, wobei ein entlang der Außenkante verlaufender Abschnitt der Metallfolie nicht mit Elektrodenaktivmaterial beschichtet ist, wird die Metallfolie dabei in eine Form überführt, in der die Metallfolie, wenn sie in der Bahnebene als Bahn ausgebreitet ist, im Wesentlichen krümmungsfrei ist. In anderen Worten wird die Krümmung der Metallfolie durch die beim Kalandrieren bewirkte Verformung im Wesentlichen kompensiert.The calendering also causes a as related to 1 described deformation of the metal foil. Due to the fact that the metal foil, however, as in connection with process step S1 described, having a curved along the web direction, wherein a along the outer edge extending portion of the metal foil is not coated with electrode active material, the metal foil is thereby converted into a form in which the metal foil, when it is spread in the web plane, in the web Is substantially curvature-free. In other words, the curvature of the metal foil is substantially compensated by the deformation caused by calendering.

Insbesondere bewirkt der beim Kalandrieren in dem oder den mit Elektrodenaktivmaterial beschichteten Bereichen auf das Elektrodenaktivmaterial bzw. die Metallfolie ausgeübte Druck entlang der Bahnrichtung wirkende Zugkräfte im Inneren der Metallfolie, die in einer Dehnung der Metallfolie in Bahnrichtung resultieren. Da im entlang der Außenkante verlaufenden Abschnitt, wie im Zusammenhang mit 1 gezeigt, kein Kontakt zwischen den Walzkörper und der Metallfolie auftritt und somit kein Druck auf die Metallfolie einwirkt, sind die besagten Zugkräfte in dem oder den mit dem Elektrodenaktivmaterial beschichteten Bereichen größer als im Bereich des Abschnitts, so dass die Dehnung der Metallfolie, insbesondere im Bereich der Innenkante, der Krümmung der Metallfolie entgegenwirkt.In particular, the pressure exerted on the electrode active material or the metal foil during calendering in the electrode active material or coated regions along the web direction causes tensile forces in the interior of the metal foil which result in an elongation of the metal foil in the web direction. As in along the outer edge extending section, as related to 1 shown, no contact between the rolling body and the metal foil occurs and thus no pressure acts on the metal foil, said tensile forces in the electrode active material or coated areas are greater than in the region of the section, so that the elongation of the metal foil, in particular in the area the inner edge, the curvature of the metal foil counteracts.

Die derart bearbeitete, mit dem Elektrodenaktivmaterial beschichtete Metallfolie kann durch Wickeln, Falten oder Stapeln zu einem Elektrodenwickel bzw. Elektrodenstapel weiterverarbeitet und als positive oder negative Elektrode in einem elektrochemischen Energiespeicher eingesetzt werden.The thus processed, coated with the electrode active material metal foil can be further processed by winding, folding or stacking to an electrode coil or electrode stack and used as a positive or negative electrode in an electrochemical energy storage.

3 zeigt Ausführungsbeispiele von Walzkörpern 3 zur Herstellung einer gekrümmten bahnförmigen Metallfolie 1. In 3a) ist ein Walzkörper 3' kegelstumpfartig ausgebildet. In 3b) ist eine Rotationsachse 3a' eines Walzkörpers 3 gegenüber einer Rotationsachse 3a eines anderen Walzkörpers 3 gekippt. 3 shows embodiments of rolling elements 3 for producing a curved sheet-like metal foil 1 , In 3a) is a rolling body 3 ' truncated cone-shaped. In 3b) is a rotation axis 3a ' a rolling body 3 opposite a rotation axis 3a another rolling body 3 tilted.

Der kegelstumpfartige Walzkörper 3' in 3a) rotiert um eine Rotationsachse 3a, die parallel zu einer Rotationsachse 3a eines zylindrischen Walzkörpers 3 orientiert ist. Dadurch ergibt sich ein sich verjüngender Zwischenraum 4 zwischen den zwei Walzkörper 3, 3'. Die zwischen den zwei Walzkörper 3, 3' geführte bahnförmige Metallfolie 1 wird dadurch mit einem Druck beaufschlagt, der mit der Verjüngung des Zwischenraums 4 in einer Richtung parallel zu den Rotationsachsen 3a bzw. in einer Richtung senkrecht zu einer Bahnrichtung der Metallfolie 1 zunimmt.The frustoconical rolling body 3 ' in 3a) rotates about a rotation axis 3a parallel to a rotation axis 3a a cylindrical rolling body 3 is oriented. This results in a tapered space 4 between the two rolling bodies 3 . 3 ' , The between the two rolling elements 3 . 3 ' Guided web-shaped metal foil 1 is thereby pressurized with the taper of the gap 4 in a direction parallel to the axes of rotation 3a or in a direction perpendicular to a web direction of the metal foil 1 increases.

Dies führt zum einen zu einer Verformung des durch die Schraffur gekennzeichneten Querschnittsfläche 1d der Metallfolie 1 senkrecht zur Bahnrichtung, und zum anderen zu einer Verkrümmung der Metallfolie 1 in der Bahnebene, welche senkrecht zur Zeichenebene der 3 verläuft. Infolge des höheren Drucks in einem Bereich des Zwischenraums 4, in dem der Abstand zwischen den zwei Walzkörpern 3, 3' geringer ist, wirken in der Metallfolie 1 in diesem Bereich stärkere Zugkräfte entlang der Bahnrichtung als in einem Bereich Zwischenraums 4, in dem der Abstand zwischen den zwei Walzkörpern 3, 3' höher ist. Somit ergibt sich in dem Bereich des Zwischenraums 4, in dem der Abstand zwischen den zwei Walzkörpern 3, 3' geringer und eine Kante der Metallfolie 1 angeordnet ist, eine Außenkante 1b der Metallfolie 1. Entsprechend ergibt sich in dem Bereich des Zwischenraums 4, in dem der Abstand zwischen den zwei Walzkörpern 3, 3' höher und eine der Außenkante 1b der Metallfolie 1 gegenüberliegende Kante der Metallfolie 1 angeordnet ist, eine Innenkante 1c der Metallfolie 1.On the one hand, this leads to a deformation of the cross-sectional area indicated by the hatching 1d the metal foil 1 perpendicular to the web direction, and on the other to a curvature of metal foil 1 in the orbital plane perpendicular to the plane of the drawing 3 runs. Due to the higher pressure in a region of the gap 4 in which the distance between the two rolling elements 3 . 3 ' is lower, acting in the metal foil 1 in this area stronger tensile forces along the web direction than in a region of space 4 in which the distance between the two rolling elements 3 . 3 ' is higher. This results in the area of the gap 4 in which the distance between the two rolling elements 3 . 3 ' less and one edge of the metal foil 1 is arranged, an outer edge 1b the metal foil 1 , Accordingly, results in the region of the gap 4 in which the distance between the two rolling elements 3 . 3 ' higher and one of the outer edge 1b the metal foil 1 opposite edge of the metal foil 1 is arranged, an inner edge 1c the metal foil 1 ,

Der Grad der sich somit ergebenden Krümmung der Metallfolie 1 mit einer Innenkante 1c und einer Außenkante 1b kann durch Anpassung des Abstands der zwei Walzkörper 3, 3' und/oder durch Anpassung der kegelstumpfform des einen Walzkörpers 3' variiert werden.The degree of the resulting curvature of the metal foil 1 with an inner edge 1c and an outer edge 1b can by adjusting the distance of the two rolling elements 3 . 3 ' and / or by adaptation of the truncated cone shape of the one rolling body 3 ' be varied.

In einer anderen, nicht gezeigten Ausführungsform ist es auch möglich, zwei Kegel stumpfartige Walzkörper 3' vorzusehen.In another embodiment, not shown, it is also possible for two cones to be stump-like rolling elements 3 ' provided.

Durch die Verkippung der Rotationsachse 3a' des einen Walzkörpers 3 gegenüber der Rotationsachse 3a des anderen Walzkörpers 3 in 3b) wird erreicht, dass beim Führen der Metallfolie 1 durch den von den zwei Walzkörpern 3 gebildeten, sich verjüngenden Zwischenraum 4 die eine Rotationsachse 3a' auch gegenüber der Metallfolie 1, insbesondere einer Hauptfläche der Metallfolie 1, verkippt ist. Dadurch Wirken die zwei Walzkörper 3 analog zu dem in 3a) gezeigten Ausführungsbeispiel, so dass die diesbezüglichen Ausführungen auch im Zusammenhang mit 3b) gelten.By tilting the rotation axis 3a ' of a rolling body 3 opposite the axis of rotation 3a of the other rolling body 3 in 3b) is achieved when guiding the metal foil 1 by the one of the two rolling bodies 3 formed, tapered gap 4 the one rotation axis 3a ' also opposite the metal foil 1 , in particular a main surface of the metal foil 1 , is tilted. As a result, the two rolling elements act 3 analogous to that in 3a) shown embodiment, so that the relevant embodiments also in connection with 3b) be valid.

Insbesondere wird somit die Herstellung einer bahnförmigen Metallfolie 1 mit einer Krümmung ermöglicht, wobei der Grad der Krümmung der Metallfolie 1 mit einer Innenkante 1c und einer Außenkante 1b durch Anpassung des Abstands der zwei Walzkörper 3 und/oder durch Anpassung des Grads der Verkippung der einen Rotationsachse 3a' gegenüber der anderen Rotationsachse 3a variiert werden kann.In particular, therefore, the production of a sheet-like metal foil 1 with a curvature allowing the degree of curvature of the metal foil 1 with an inner edge 1c and an outer edge 1b by adjusting the spacing of the two rolling bodies 3 and / or by adjusting the degree of tilt of the one axis of rotation 3a ' opposite to the other axis of rotation 3a can be varied.

Es sei darauf hingewiesen, dass Oberflächen der in 3a) und 3b) gezeigten Walzkörper 3, 3' nicht notwendigerweise eben ausgebildet bzw. gradlinig verlaufen müssen. In weiteren, nicht gezeigten Ausführungsformen können jeweils ein oder beide der in 3a) oder 3b) gezeigten Walzkörper 3, 3' durch konusartige Walzkörper ersetzt werden, die eine gekrümmte Oberfläche aufweisen. Dadurch kann eine Metallfolie 1 bereitgestellt werden, bei der wenigstens eine Begrenzungslinie zwischen der Querschnittsfläche 1d und einer Hauptfläche der Metallfolie 1 einen gekrümmten Verlauf aufweist. Dies kann vorteilhaft sein, um nach einem späteren Kalandrieren eine Metallfolie 1 zu erhalten, die, wenn sie in einer Bahnebene als Bahn ausgebreitet ist, im Wesentlichen krümmungsfrei ist und eine homogene Dicke aufweist.It should be noted that surfaces of in 3a) and 3b) shown rolling elements 3 . 3 ' not necessarily trained just trained or straight line. In further embodiments, not shown, one or both of the in 3a) or 3b) shown rolling elements 3 . 3 ' be replaced by cone-shaped rolling bodies having a curved surface. This can be a metal foil 1 be provided, wherein the at least one boundary line between the cross-sectional area 1d and a major surface of the metal foil 1 has a curved course. This can be advantageous to a metal foil after a later calendering 1 which, when spread in a web plane as a web, is substantially free of curvature and has a homogeneous thickness.

4 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer bereitgestellten bahnförmigen Metallfolie 1, die zum Herstellen einer Elektrode (siehe 1) geeignet ist. 4 shows an embodiment of a provided sheet metal foil 1 for making an electrode (see 1 ) suitable is.

Die bereitgestellte bahnförmigen Metallfolie 1 weist eine in einer Bahnebene liegende Krümmung mit einer Innenkante 1c und einer Außenkante 1b auf, die jeweils entlang einer Bahnrichtung 5 verlaufen, wenn die Metallfolie 1 in der Bahnebene als Bahn ausgebreitet ist. Die Bahnebene entspricht dabei der Bildebene der 4.The provided web-shaped metal foil 1 has a curvature lying in a web plane with an inner edge 1c and an outer edge 1b on, each along a web direction 5 run when the metal foil 1 in the orbital plane is spread as a web. The orbital plane corresponds to the image plane of 4 ,

Durch das im Zusammenhang mit 1 und 2 beschriebene Verfahren, insbesondere durch das Ausüben eines Drucks auf die Metallfolie 1 beim Kalandrieren des Elektrodenaktivmaterials, mit dem die bereitgestellte bahnförmigen Metallfolie 1 beschichtet wird, wird eine Verformung der Metallfolie 1 bewirkt, so dass die in der erzeugten Elektrode 10 enthaltene Metallfolie 1, wenn sie in der Bahnebene als Bahn ausgebreitet ist, nach Durchführung des Verfahrens, zumindest im Wesentlichen, krümmungsfrei verläuft.By related to 1 and 2 described method, in particular by applying a pressure to the metal foil 1 in calendering the electrode active material with which the provided sheet metal foil 1 is coated, a deformation of the metal foil 1 causes, so that in the generated electrode 10 contained metal foil 1 if it is spread in the web plane as a web, after performing the method, at least substantially, runs without curvature.

Mit anderen Worten zeigt 4 das Überführen der bereitgestellten bahnförmigen Metallfolie 1 von einer im Wesentlichen gekrümmten Form in eine im Wesentlichen krümmungsfreie Form im Rahmen des beschriebenen Verfahrens zur Herstellung der Elektrode 10.In other words shows 4 transferring the provided sheet metal foil 1 from a substantially curved shape to a substantially curvature-free form in the described method of manufacturing the electrode 10 ,

Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration des hier beschriebenen Verfahrens bzw. der hier beschriebenen Elektrode zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.While at least one exemplary embodiment has been described above, it should be understood that a large number of variations exist. It should also be understood that the described exemplary embodiments are nonlimiting examples only, and it is not intended to thereby limit the scope, applicability, or configuration of the method or electrode described herein. Rather, the foregoing description will provide those skilled in the art with guidance for implementing at least one example embodiment, it being understood that various changes in the operation and arrangement of the elements described in an exemplary embodiment may be made without departing from the scope of the appended claims each deviated from, and its legal equivalents.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Metallfoliemetal foil
1a1a: Abschnittsection
1b1b: Außenkanteouter edge
1c1c: Innenkanteinner edge
1d1d: QuerschnittsflächeCross sectional area
22: ElektrodenaktivmaterialElectrode active material
3,3'3,3 ': Walzkörperroller body
3a, 3a'3a, 3a ': Rotationsachseaxis of rotation
44: Zwischenraumgap
55: Bahnrichtungweb direction
1010: Elektrodeelectrode
100100: Verfahren zur Herstellung einer ElektrodeProcess for producing an electrode
S1 - S3S1 - S3: Verfahrensschrittesteps
dd: Abstanddistance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

EP 2677567 A1 [0005, 0013]

Claims

Method (100) for producing an electrode (10) for an electrochemical energy store, in particular for a lithium-ion cell, comprising the steps: Providing (S1) a sheet-like metal foil (1) which, when spread in a web plane as a web, has a curvature lying in the web plane with an inner edge (1c) and an outer edge (1b), each in the web direction (5) run; Coating (S2) the metal foil (1) on at least one of its main surfaces with an electrode active material (2) in such a way that a section (1a) of the at least one main surface running along the outer edge (1b) of the metal foil is free of electrode active material (2). remains; Calendering (S3) the metal foil (1) coated with the electrode active material (2) by applying a pressure in the region of the applied electrode active material (2), the pressure being selected to cause such deformation of the coated metal foil (1) in that its curvature is reduced.

Method (100) according to Claim 1 with the further step of providing (S1): producing the curled sheet-like metal foil (1) by applying to a first substantially curvilinear sheet-like metal foil (1) for generating the curvature in a direction perpendicular to Web direction (5) inhomogeneous in the direction of the metal foil (1) lying direction.

Method (100) according to Claim 2 wherein the inhomogeneous pressure in a direction perpendicular to the web direction (5) extending direction from the resulting outer edge (1b) to the resulting inner edge (1c) has a decreasing pressure curve.

Method (100) according to Claim 2 or 3 in which the inhomogeneously running pressure, in particular the pressure curve, is determined by determining a supernatant of an electrode active material (2) coated wound calendered sheet metal foil (1), which is in an original state prior to calendering (S3), when in web plane is spread, essentially free of curvature.

Method (100) according to one of Claims 2 to 4 , wherein the inhomogeneous pressure is effected by rolling the sheet-like metal foil (1) with at least one rolling body (3, 3 ').

Method (100) according to one of the preceding claims, wherein the outer edge (1b) of the provided sheet-like metal foil (1) at least in sections has a circular arc shape.

Method (100) according to Claim 5 , wherein the radius of curvature of the circular arc shape is between 15 m and 35 m, preferably between 20 m and 30 m, in particular between 23 m and 27 m.

Electrode (10) for an electrochemical energy store, in particular for a lithium-ion cell, obtainable by means of the method (100) according to one of the preceding claims.

Electrode (10) after Claim 8 , wherein the sheet-like metal foil (1) has a perpendicular to the web direction (5) extending cross-sectional area (1d), the boundary line to the at least one main surface evenly, in particular rectilinearly.