DE102017216156A1

DE102017216156A1 - Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle und Batteriezelle

Info

Publication number: DE102017216156A1
Application number: DE102017216156.6A
Authority: DE
Inventors: Thomas Peter; Mirko Maier; Bernhard Gossen; Friedrich Hauser; Martin Reusch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2017-09-13
Publication date: 2019-03-14

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle, umfassend folgende Schritte: Bereitstellen eines bandförmigen Bandelements (52), welches mindestens ein bandförmiges Separatorelement umfasst; Aufbringen des Bandelements (52) auf Schlitten (130) in einem Einlaufbereich (131) eines Mover-Systems (76), wobei die Schlitten (130) des Mover-Systems (76) einzeln und unabhängig voneinander beweglich sind; Erzeugen eines Unterdrucks in den in dem Einlaufbereich (131) befindlichen Schlitten (130), auf denen das Bandelement (52) oder ein Bandsegment (57) aufliegt; Vermeiden eines Unterdrucks in den in einem Rücklaufbereich (133) befindlichen Schlitten (130), die frei von Transportgut (52, 57, 58) sind. Die Erfindung betrifft auch eine Batteriezelle, die mindestens einen Elektrodenstapel umfasst, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle aus plattenförmigen Elektrodensegmenten und Stapeln der Segmente. Die Erfindung betrifft auch eine Batteriezelle, die einen Elektrodenstapel aufweist, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
Stand der Technik
Elektrische Energie ist mittels Batterien speicherbar. Batterien wandeln chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie um. Hierbei werden Primärbatterien und Sekundärbatterien unterschieden. Primärbatterien sind nur einmal funktionsfähig, während Sekundärbatterien, die auch als Akkumulator bezeichnet werden, wieder aufladbar sind. In einem Akkumulator finden insbesondere sogenannte Lithium-Ionen-Batteriezellen Verwendung. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten, thermische Stabilität und eine äußerst geringe Selbstentladung aus.
Lithium-Ionen-Batteriezellen weisen eine positive Elektrode, die auch als Kathode bezeichnet wird, und eine negative Elektrode, die auch als Anode bezeichnet wird, auf. Die Kathode sowie die Anode umfassen je einen Stromableiter, auf den ein Aktivmaterial aufgebracht ist. Die Elektroden der Batteriezelle sind folienartig ausgebildet und unter Zwischenlage eines Separators, welcher die Anode von der Kathode trennt, beispielsweise zu einem Elektrodenstapel gestapelt. Die Elektroden können auch zu einem Elektrodenwickel gewunden sein oder auf eine andere Art eine Elektrodeneinheit bilden.
Die beiden Elektroden der Elektrodeneinheit sind elektrisch mit Polen der Batteriezelle verbunden, welche auch als Terminals bezeichnet werden. Die Elektroden und der Separator sind von einem in der Regel flüssigen Elektrolyt umgeben. Die Batteriezelle weist ferner ein Zellengehäuse auf, welches beispielsweise aus Aluminium gefertigt ist. Das Zellengehäuse ist in der Regel prismatisch, insbesondere quaderförmig, ausgestaltet und druckfest ausgebildet. Aber auch andere Gehäuseformen, beispielsweise kreiszylindrisch, oder auch flexible Pouchzellen, sind bekannt.
Wesentliche Bestrebung bei der Entwicklung von neuen Batteriezellen ist, das elektrochemische Nutzvolumen in der Zelle zu erhöhen. Als geeignetste Bauform einer Elektrodeneinheit zur Maximierung des Nutzvolumens hat sich der Elektrodenstapel herausgestellt, da dieser sowohl ideal prismatisch als auch in einer beliebigen anderen Geometrie hergestellt werden kann.
Aus der DE 10 2015 202 894 A1 ist eine Batteriezelle bekannt, die einen Elektrodenstapel mit einer Anode und einer Kathode aufweist. Die Anode und die Kathode umfassen dabei mehrere plattenförmig ausgebildete Segmente, die unter Zwischenlag von plattenförmigen Separatoren zu dem Elektrodenstapel übereinander geschichtet sind.
Offenbarung der Erfindung
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst dabei mindestens die nachfolgend aufgeführten Schritte.
Zunächst wird ein bandförmiges Bandelement bereitgestellt, welches mindestens ein bandförmiges Separatorelement umfasst. Das mindestens eine Separatorelement ist, ebenso wie das Bandelement, vorliegend flach und bandförmig ausgebildet. Das bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine Ausdehnung in eine Längsrichtung viel größer, insbesondere mindestens zehnmal größer, ist als eine Ausdehnung in eine Querrichtung, welche rechtwinklig zu der Längsrichtung orientiert ist.
Das Bandelement umfasst vorzugsweise auch mehrere plattenförmige Elektrodensegmente. Die Elektrodensegmente sind dabei flach und plattenförmig ausgebildet. Das bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine Ausdehnung der Elektrodensegmente in Längsrichtung annähernd gleich groß, insbesondere mindestens halb so groß und höchstens doppelt so groß, ist wie eine Ausdehnung der besagten Segmente in Querrichtung. Bevorzugt umfasst das Bandelement ein bandförmiges erstes Separatorelement, ein bandförmiges zweites Separatorelement und dazwischen angeordnete plattenförmige Elektrodensegmente.
Bei den Elektrodensegmenten kann es sich beispielsweise um Anodensegmente handeln, welche einen anodischen Stromableiter umfassen, auf den ein anodisches Aktivmaterial aufgebracht ist. Ebenso kann es sich bei den Elektrodensegmenten um Kathodensegmente handeln, welche einen kathodischen Stromableiter umfassen, auf den ein kathodisches Aktivmaterial aufgebracht ist.
Das Bandelement wird auf Schlitten in einem Einlaufbereich eines Mover-Systems aufgebracht. Das Mover-System umfasst eine umlaufende Schiene, auf welcher die Schlitten umlaufen. Die Schlitten des Mover-Systems sind einzeln und unabhängig voneinander auf der Schiene beweglich. Dabei laufen die Schlitten auf der Schiene in die gleiche Bewegungsrichtung um. Die Querrichtung ist dabei rechtwinklig zu der Bewegungsrichtung orientiert. In dem Einlaufbereich des Mover-Systems verläuft die Bewegungsrichtung parallel zu der Längsrichtung.
Vorzugsweise wird das Bandelement in dem Einlaufbereich zwischen den Elektrodensegmenten, bevorzugt in Querrichtung, zu plattenförmigen Bandsegmenten geschnitten. Dabei wird jedes der so entstandenen Bandsegmente auf einem separaten Schlitten weiter in der Bewegungsrichtung transportiert.
In den in dem Einlaufbereich befindlichen Schlitten, auf denen das bandförmige Bandelement oder ein plattenförmiges Bandsegment aufliegt, wird ein Unterdruck erzeugt um das Bandelement oder das Bandsegment auf dem Schlitten zu halten.
Vorzugsweise werden durch Aufbringen weiterer plattenförmiger Elektrodensegmente auf die Bandsegmente plattenförmige Stapelsegmente erzeugt. Sofern das Verbundelement Anodensegmente aufweist, werden nun Kathodensegmente aufgebracht. Sofern das Verbundelement Kathodensegmente aufweist, werden nun Anodensegmente aufgebracht. Jedes Stapelsegment umfasst somit ein Anodensegment, ein Kathodensegment und zwei Separatorsegmente.
Jedes der so erzeugten Stapelsegmente wird in einem Auslaufbereich des Mover-Systems auf einem separaten Schlitten zu einer Stapelvorrichtung transportiert. Das Mover-System weist bevorzugt mehrere Stapelvorrichtungen auf. Die Stapelsegmente werden dann von dem Schlitten in die Stapelvorrichtung abgelegt und in mindestens einer Stapelvorrichtung zu einem Elektrodenstapel gestapelt.
Nachdem die Stapelsegmente in der Stapelvorrichtung abgelegt sind, sind die Schlitten leer, also frei von Transportgut. Als Transportgut werden in diesem Zusammenhang das Bandelement, die Bandsegmente sowie die Stapelsegmente bezeichnet. Die leeren Schlitten befinden sich in einem Rücklaufbereich und werden wieder zu dem Einlaufbereich bewegt, um dort wieder das Bandelement aufzunehmen. In den in dem Rücklaufbereich befindlichen leeren Schlitten wird ein Unterdruck vermieden.
Vorzugsweise wird auch in den in dem Auslaufbereich befindlichen Schlitten, welche die Stapelsegmente transportieren, ein Unterdruck vermieden. Die Stapelsegmente werden bevorzugt mittels mechanischer Greifer auf den Schlitten fixiert.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Unterdruck in den in dem Einlaufbereich befindlichen Schlitten erzeugt, indem in einem Unterdruckkanal, welcher sich entlang des Einlaufbereichs erstreckt und zu welchem die in dem Einlaufbereich befindlichen Schlitten eine Fluidverbindung aufweisen, ein Unterdruck erzeugt wird. Der Unterdruckkanal ragt dabei gegebenenfalls bis in den Auslaufbereich hinein, jedoch nicht bis in den Rücklaufbereich.
Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung wird der Unterdruck in den in dem Einlaufbereich befindlichen Schlitten erzeugt, indem in einem Unterdruckkanal ein Unterdruck erzeugt wird, wobei in den in dem Einlaufbereich befindlichen Schlitten eine Fluidverbindung zu dem Unterdruckkanal hergestellt wird. Der Unterdruckkanal ist beispielsweise umlaufend ausgebildet, erstreckt sich also über den Einlaufbereich, den Auslaufbereich und den Rücklaufbereich. In dem Rücklaufbereich wird die Fluidverbindung aufgehoben.
Die Fluidverbindung der Schlitten zu dem Unterdruckkanal wird beispielsweise über eine geeignete Steuerkurve hergestellt.
Alternativ wird die Fluidverbindung der Schlitten zu dem Unterdruckkanal über in dem Einlaufbereich befindliche Dichtlippen hergestellt.
Es wird auch eine Batteriezelle vorgeschlagen, die mindestens einen Elektrodenstapel umfasst, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.
Eine erfindungsgemäße Batteriezelle findet vorteilhaft Verwendung in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV), in einem Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV) oder in einem Consumer-Elektronik-Produkt. Unter Consumer-Elektronik-Produkten sind insbesondere Mobiltelefone, Tablet-PCs oder Notebooks zu verstehen.
Vorteile der Erfindung
Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet eine Verringerung der erforderlichen Prozesszeit beim Stapeln der Elektroden und des Separators zu dem Elektrodenstapel. Durch die Vermeidung des Unterdrucks in den leeren Schlitten des Mover-Systems ist die Menge an Falschluft vorteilhaft verringert. Als Falschluft wird in diesem Zusammenhang eine Luftmenge bezeichnet, die von dem Mover-System bei der Erzeugung des Unterdrucks angesaugt wird. Dadurch ist auch die Saugleistung auf den Schlitten, insbesondere auf den Schlitten in dem Einlaufbereich des Mover-Systems, welche das bandförmige Bandelement sowie die bandförmigen Separatorelemente transportieren, vorteilhaft erhöht. Die Erfindungen ermöglicht es, an einem Schlitten eines Mover-Systems, welcher sich in ständiger Bewegung befindet, Vakuum zu erzeugen um ein Bandelement mit einem Separator und einem darüber liegenden Elektrodensegment zu transportieren.
Figurenliste
Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Batteriezelle,
2 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Herstellung von Elektrodenstapeln für Batteriezellen,
3 eine Draufsicht auf ein bandförmiges Verbundelement und auf ein bandförmiges Bandelement,
4 eine schematische Darstellung eines Mover-Systems aus 2 gemäß einer ersten Ausführungsform,
5 eine schematische Darstellung eines Mover-Systems aus 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform,
6 eine schematische Darstellung eines Mover-Systems aus 2 gemäß einer dritten Ausführungsform,
7 eine Detailansicht aus 6,
8 eine schematische Darstellung eines aus mehreren Stapelsegmenten gebildeten Elektrodenstapels,
9 eine schematische Darstellung eines Mover-Systems aus 2 gemäß einer vierten Ausführungsform,
10 eine schematische Darstellung eines Mover-Systems aus 2 gemäß einer fünften Ausführungsform und
11 eine schematische Darstellung eines Mover-Systems aus 2 gemäß einer sechsten Ausführungsform.

Ausführungsformen der Erfindung
In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.
1 zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle 2. Die Batteriezelle 2 umfasst ein Gehäuse 3, welches prismatisch, vorliegend quaderförmig, ausgebildet ist. Das Gehäuse 3 ist vorliegend elektrisch leitend ausgeführt und beispielsweise aus Aluminium gefertigt. Das Gehäuse 3 kann auch in Form einer flexiblen Pouch-Folie ausgebildet sein.
Die Batteriezelle 2 umfasst ein negatives Terminal 11 und ein positives Terminal 12. Über die Terminals 11, 12 kann eine von der Batteriezelle 2 zur Verfügung gestellte Spannung abgegriffen werden. Ferner kann die Batteriezelle 2 über die Terminals 11, 12 auch geladen werden.
Innerhalb des Gehäuses 3 der Batteriezelle 2 ist eine Elektrodeneinheit angeordnet, welche vorliegend als Elektrodenstapel 10 ausgeführt ist. Der Elektrodenstapel 10 weist zwei Elektroden, nämlich eine Anode 21 und eine Kathode 22, auf. Die Anode 21 und die Kathode 22 sind jeweils folienartig ausgeführt und durch einen Separator 18 voneinander separiert. Der Separator 18 ist ionisch leitfähig, also für Lithiumionen durchlässig.
Die Anode 21 umfasst ein anodisches Aktivmaterial 41 und einen anodischen Stromableiter 31. Der anodische Stromableiter 31 ist elektrisch leitfähig ausgeführt und aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus Kupfer. Der anodische Stromableiter 31 ist elektrisch mit dem negativen Terminal 11 der Batteriezelle 2 verbunden.
Die Kathode 22 umfasst ein kathodisches Aktivmaterial 42 und einen kathodischen Stromableiter 32. Der kathodische Stromableiter 32 ist elektrisch leitfähig ausgeführt und aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus Aluminium. Der kathodische Stromableiter 32 ist elektrisch mit dem positiven Terminal 12 der Batteriezelle 2 verbunden.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Anlage 60 zur Herstellung von Elektrodenstapeln 10 für Batteriezellen 2. Von einer ersten Separatorrolle 71 wird ein bandförmiges erstes Separatorelement 16 einer Transportvorrichtung 110 zugeführt. Bei der Transportvorrichtung 110 kann es sich um ein umlaufendes Band oder dergleichen handeln. Auf der Transportvorrichtung 110 wird das erste Separatorelement 16 in eine Transportrichtung 64 transportiert.
Von einer Kathodenrolle 62 erfolgt die Zufuhr eines bandförmigen Kathodenelements 46. Die Zufuhr des bandförmigen Kathodenelements 46 erfolgt über mehrere hier nicht dargestellte Umlenkrollen an eine in einer Förderrichtung 68 umlaufende Fördereinheit 100. Die Fördereinheit 100 ist mit einem Antrieb 90 versehen, welcher einen Encoder und eine Antriebssteuerung umfasst.
Der Fördereinheit 100 ist ein Laser 96 oder eine sonstige, insbesondere messerartige Schneideinrichtung zugeordnet. Durch den Laser 96 oder die Schneideinrichtung erfolgt ein Schnitt durch das bandförmige Kathodenelement 46, wodurch plattenförmige Kathodensegmente 56 erzeugt werden. Die Kathodensegmente 56 werden dabei insbesondere in einer Querrichtung y geschnitten, welche rechtwinklig zu der Förderrichtung 68 verläuft und vorliegend senkrecht zu der Zeichenebene orientiert ist. Zusätzlich werden Konturschnitte durchgeführt um Kontaktfahnen 36 der Kathode 22 an den Kathodensegmenten 56 zu erzeugen.
Die Kathodensegmente 56 werden an der Fördereinheit 100 beispielsweise mittels eines Vakuums fixiert, bevor die Kathodensegmente 56 auf das erste Separatorelement 16 auf der Transportvorrichtung 110 abgelegt werden. So entsteht ein bandartiges Verbundelement 50, wobei zwischen den einzelnen Kathodensegmenten 56 in der Transportrichtung 64 Lücken 51 erzeugt werden. Die Kathodensegmente 56 sind danach in der Transportrichtung 64 regelmäßig beabstandet voneinander auf dem ersten Separatorelement 16 angeordnet. Somit sind benachbarte Kathodensegmente 56 in dem Verbundelement 50 durch entsprechende Lücken 51 voneinander getrennt. Das Verbundelement 50 wird dabei von der Transportvorrichtung 110 weiter in die Transportrichtung 64 transportiert.
In der Transportvorrichtung 110 wird ein Vakuum erzeugt, mittels welchem die Kathodensegmente 56 durch das erste Separatorelement 16 hindurch angesaugt werden. So werden die Kathodensegmente 56 auf dem ersten Separatorelement 16 zusätzlich gehalten.
Auf das Verbundelement 50 werden Klebefilme aufgebracht. Danach erfolgt die Zuführung eines bandförmigen zweiten Separatorelements 17 von einer zweiten Separatorrolle 72. Dieses wird auf das Verbundelement 50 auf der Transportvorrichtung 110 überführt und mittels einer Walze 119 auf das Verbundelement 50 gepresst. Das bandförmige erste Separatorelement 16 und die regelmäßig beabstandeten Kathodensegmente 56 sind somit von dem zweiten Separatorelement 17 überdeckt. Dabei sind die Kathodensegmente 56 weitgehend zwischen dem ersten Separatorelement 16 und dem zweiten Separatorelement 17 eingeschlossen.
Anschließend erfolgt innerhalb eines Übergabebereiches 74 die Überführung des Bandelements 52 an ein Mover-System 76. Das Mover-System 76 umfasst mehrere mit Unterdruck beaufschlagbare Schlitten 130, wobei aus 2 auch hervorgeht, dass dem Mover-System 76 an dessen Unterseite angeordnete einzelne diskrete Stapelvorrichtungen 78 zugeordnet sind.
In einem Einlaufbereich 131 des Mover-Systems 76 erfolgt bevorzugt mittels eines Lasers 96 ein Laserschnitt 80 des an das Mover-System 76 übergebenen Bandelements 52. Es entstehen dreilagig ausgebildete Bandsegmente 57, welche zwei Separatorsegmente 53 sowie ein dazwischen liegendes Kathodensegment 56 umfassen. Die Bandsegmente 57 werden seitlich über Greifvorrichtungen oder mittels Unterdruck auf den einzelnen voneinander getrennten Schlitten 130 des Mover-Systems 76 fixiert.
Aus 2 geht hervor, dass dem Mover-System 76 ein angetriebenes Rad 92 zugeordnet ist. Dieses wird mit einem bandförmigen Anodenelement 45 von einer Anodenrolle 61 beaufschlagt, welches auf dem Rad 92 bevorzugt durch einen Laser 96 zu Anodensegmenten 55 geschnitten wird. Die von dem bandförmigen Anodenelement 45 abgetrennten Anodensegmente 55 werden innerhalb eines Vakuumbereiches 86 auf dem angetriebenen Rad 92 fixiert und auf die von den einzelnen Schlitten 130 des Mover-Systems 76 herantransportierten Bandsegmente 57 aufgebracht. So entstehen Stapelsegmente 58.
Die Stapelsegmente 58 sind plattenförmig ausgebildet und umfassen zwei Separatorsegmente 53, ein Anodensegment 55 und ein Kathodensegment 56. Die so entstandenen Stapelsegmente 58 werden beispielsweise von mechanischen Greifern des Mover-Systems 76 fixiert, in einem Auslaufbereich 132 des Mover-Systems 76 um 180° gewendet und anschließend auf die einzelnen Stapelvorrichtungen 78 abgelegt.
Nachdem die Stapelsegmente 58 in die Stapelvorrichtungen 78 abgelegt sind befinden sich die leeren Schlitten 130 in einem Rücklaufbereich 133 und werden wieder zu dem Einlaufbereich 131 bewegt um dort das Bandelement 52 aufzunehmen. Das Rad 92 stellt die Grenze zwischen dem Einlaufbereich 131 und dem Auslaufbereich 132 dar. Die Stapelvorrichtungen 78 stellen die Grenze zwischen dem Auslaufbereich 132 und dem Rücklaufbereich 133 dar. Eine Stelle, an welcher das Bandelement 52 zugeführt wird, stellt die Grenze zwischen dem Rücklaufbereich 133 und dem Einlaufbereich 131 dar.
Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass das angetriebene Rad 92, welches oberhalb des Mover-Systems 76 angeordnet ist, neben dem Vakuumbereich 86 auch einen Abblasbereich 88 aufweist. Auf dem Rad 92 erfolgt der Laserschnitt des Anodenelements 45 bevorzugt mittels des Lasers 96. Alternativ zu dem Laser 96 kann auch eine messerartige Schneidvorrichtung eingesetzt werden um die plattenförmigen Anodensegmente 55 zu erzeugen. Das angetriebene Rad 92 ist mit einem Antrieb 90 versehen.
3 zeigt eine Draufsicht auf ein bandförmiges Verbundelement 50 und auf ein bandförmiges Bandelement 52. Die plattenförmigen Kathodensegmente 56 des Verbundelements 50 liegen dabei in einer Längsrichtung x, welche rechtwinklig zu der Querrichtung y verläuft, voneinander beabstandet auf dem bandförmigen ersten Separatorelement 16. Die Kathodensegmente 56 sind in Längsrichtung x durch die Lücken 51 voneinander getrennt. Die Längsrichtung x verläuft dabei parallel zu der Transportrichtung 64, in die das Verbundelement 50 transportiert wird.
Die Kathodensegmente 56 des Verbundelements 50 liegen annähernd vollständig auf dem ersten Separatorelement 16. Die Kathodensegmente 56 weisen Kontaktfahnen 36 der Kathode 22 auf, welche sich in Querrichtung y erstrecken. Lediglich die Kontaktfahnen 36 der Kathode 22 ragen in der Querrichtung y seitlich über das erste Separatorelement 16 heraus.
Mittels der Walze 119 wird das bandförmige zweite Separatorelement 17 auf das Verbundelement 50 aufgebracht. Dadurch entsteht das bandförmige Bandelement 52, das weiter in die Transportrichtung 64 transportiert wird. Das zweite Separatorelement 17 liegt dabei bündig auf dem ersten Separatorelement 16 auf. Die Kathodensegmente 56 sind weitgehend zwischen den beiden Separatorelementen 16, 17 eingeschlossen. Lediglich Kontaktfahnen 36 der Kathode 22 ragen in der Querrichtung y seitlich über die beiden Separatorelemente 16, 17 heraus.
4 zeigt eine schematische Darstellung eines Mover-Systems 76 aus 2 gemäß einer ersten Ausführungsform. Das Mover-System 76 umfasst einen Unterdruckkanal 135, welcher sich entlang des Einlaufbereichs 131 erstreckt. Der Unterdruckkanal 135 ragt vorliegend geringfügig bis in den Auslaufbereich 132 hinein. Der Unterdruckkanal 135 erstreckt sich jedoch nicht bis in den Rücklaufbereich 133. In dem Unterdruckkanal 135 wird ein Unterdruck erzeugt. Die in dem Einlaufbereich 131 befindlichen Schlitten 130 weisen eine Fluidverbindung zu dem Unterdruckkanal 135 auf, beispielsweise in Form einer Röhre, welche in den Unterdruckkanal 135 hinein ragt. Somit wird der Unterdruck in den in dem Einlaufbereich 131 befindlichen Schlitten 130 erzeugt.
5 zeigt eine schematische Darstellung eines Mover-Systems 76 aus 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform. Das Mover-System 76 umfasst einen Unterdruckkanal 135, welcher umlaufend ausgebildet ist. Der Unterdruckkanal 135 erstreckt sich also über den Einlaufbereich 131, den Auslaufbereich 132 und den Rücklaufbereich 133. Das Mover-System 76 umfasst eine umlaufende Steuerkurve 137, welche im Einlaufbereich 131 einen Nocken 138 aufweist. Die Schlitten 130 umfassen Taster 136, welche auf der Steuerkurve 137 ablaufen. Wenn sich der Taster 136 auf dem Nocken 138 befindet, so ist ein Ventil des Schlittens 130 geöffnet und es besteht eine Fluidverbindung zu dem Unterdruckkanal 135. Wenn sich der Taster 136 nicht dem Nocken 138 befindet, so ist ein Ventil des Schlittens 130 geschlossen und es besteht keine Fluidverbindung zu dem Unterdruckkanal 135. Somit wird der Unterdruck in den in dem Einlaufbereich 131 befindlichen Schlitten 130 erzeugt.
6 zeigt eine schematische Darstellung eines Mover-Systems 76 aus 2 gemäß einer dritten Ausführungsform. Das Mover-System 76 umfasst einen Unterdruckkanal 135, welcher umlaufend ausgebildet ist. Der Unterdruckkanal 135 erstreckt sich also über den Einlaufbereich 131, den Auslaufbereich 132 und den Rücklaufbereich 133. Die Schlitten 130 weisen jeweils ein Rohr 140 auf, welches sich auf den Unterdruckkanal 135 zu erstreckt. In dem Einlaufbereich 131 sind Dichtlippen 139 angeordnet, welche von dem Unterdruckkanal 135 weg weisen. Wenn sich der Schlitten 130 in dem Einlaufbereich 131 befindet, so ragt das Rohr 140 zwischen die Dichtlippen 139 und es besteht eine Fluidverbindung zu dem Unterdruckkanal 135. Wenn sich der Schlitten 130 nicht in dem Einlaufbereich 131 befindet, ist das Rohr 140 von dem Unterdruckkanal 135 beabstandet und es besteht keine Fluidverbindung zu dem Unterdruckkanal 135.
7 zeigt eine Detailansicht des Einlaufbereichs 131 aus 6. Das Rohr 140 eines nicht dargestellten Schlittens 130 drückt die in dem Einlaufbereich 131 befindlichen Dichtlippen 139 auseinander. Es besteht eine Fluidverbindung von dem Schlitten zu dem Unterdruckkanal 135. Somit wird der Unterdruck in den in dem Einlaufbereich 131 befindlichen Schlitten 130 erzeugt.
8 zeigt eine schematische Darstellung eines aus mehreren Stapelsegmenten 58 gebildeten Elektrodenstapels 10. Die Stapelsegmente 58 sind dabei in einer Stapelrichtung z zu dem Elektrodenstapel 10 gestapelt. Jedes Stapelsegment 58 weist, wie bereits erwähnt, ein Anodensegment 55, ein Kathodensegment 56 und zwei Separatorsegmente 53 auf. Dabei ist eines der Separatorsegmente 53 zwischen dem Anodensegment 55 und dem Kathodensegment 56 angeordnet, wobei vorliegend das Kathodensegment 56 zwischen den beiden Separatorsegmenten 53 angeordnet ist.
Die Anodensegmente 55 bilden zusammen die Anode 21 des Elektrodenstapels 10. Die Kathodensegmente 56 bilden zusammen die Kathode 22 des Elektrodenstapels 10. Die Separatorsegmente 53 bilden zusammen den Separator 18 des Elektrodenstapels 10. Die hier nicht dargestellten Kontaktfahnen 35 der Anode 21 sind miteinander verschweißt und elektrisch mit dem negativen Terminal 11 der Batteriezelle 2 verbunden. Die hier nicht dargestellten Kontaktfahnen 36 der Kathode 22 sind ebenfalls miteinander verschweißt und elektrisch mit dem positiven Terminal 12 der Batteriezelle 2 verbunden.
9 zeigt eine schematische Darstellung eines Mover-Systems 76 aus 2 gemäß einer vierten Ausführungsform. Das Mover-System 76 umfasst mehrere Nocken 138, die mittels Federn 142 federnd gelagert sind. Die Führung der Nocken 138 durch jeweils zwei Führungsstifte 144 verhindert dabei eine Bewegung der Nocken 138 in Bewegungsrichtung 77. Dichtungsringe 143 verhindern in einer Ausgangsstellung 146 den Austritt sowie den Eintritt von Luft. Durch eine Rollenvorrichtung 147 bewegt sich der Schlitten 130 in die Bewegungsrichtung 77. Die Rollenvorrichtung 147 drückt dabei die Nocken 138 nach unten, sodass Vakuum aufgebaut werden kann. Durch den Vakuumbereich 86 kann damit das auf dem Schlitten 130 liegende Bandelement 52 angesaugt werden.
10 zeigt eine schematische Darstellung eines Mover-Systems 76 aus 2 gemäß einer fünften Ausführungsform. Das Mover-System 76 umfasst eine unter dem Schlitten 130 liegende Vakuumkammer 149 zur Erzeugung des Vakuums. Eine Luftzu- bzw. -abfuhr 150 wird durch Ventile 151 gewährleistet, welche vorliegend als elektrisch geschaltete 2/2 Pneumatik Ventile ausgebildet sind. Dadurch wird das Bandelement 52 angesaugt und kann transportiert werden. An die Ventile 151 sind Ventilschläuche 152 für die Luftzu- bzw. -abfuhr 150 angeschlossen.
11 zeigt eine schematische Darstellung eines Mover-Systems 76 aus 2 gemäß einer sechsten Ausführungsform. Das Mover-System 76 umfasst einen Mikrokompressor 153 zur Erzeugung des Vakuums, welcher an dem Schlitten 130 befestigt ist. Der Mikrokompressor 153 wird mittels einer Stromleiste 154 und deren Schleifkontakte 155 mit Energie versorgt. Durch die darüber liegende verbundene Vakuumkammer 149 kann damit das auf dem Schlitten 130 liegende Bandelement 52 angesaugt und mit dem Schlitten 130 transportiert werden.
Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102015202894 A1 [0006]

Claims

Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels (10) für eine Batteriezelle (2), umfassend folgende Schritte: - Bereitstellen eines bandförmigen Bandelements (52), welches mindestens ein bandförmiges Separatorelement (16, 17) umfasst; - Aufbringen des Bandelements (52) auf Schlitten (130) in einem Einlaufbereich (131) eines Mover-Systems (76), wobei die Schlitten (130) des Mover-Systems (76) einzeln und unabhängig voneinander beweglich sind; - Erzeugen eines Unterdrucks in den in dem Einlaufbereich (131) befindlichen Schlitten (130), auf denen das Bandelement (52) oder ein Bandsegment (57) aufliegt; - Vermeiden eines Unterdrucks in den in einem Rücklaufbereich (133) befindlichen Schlitten (130), die frei von Transportgut (52, 57, 58) sind.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Bandelement (52) ein bandförmiges erstes Separatorelement (16), ein bandförmiges zweites Separatorelement (17) und dazwischen angeordnete plattenförmige Elektrodensegmente (55, 56) umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Bandelement (52) in dem Einlaufbereich (131) zwischen den Elektrodensegmenten (55, 56) zu plattenförmigen Bandsegmenten (57) geschnitten wird, und wobei jedes Bandsegment (57) auf einem separaten Schlitten (130) transportiert wird.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei plattenförmige Stapelsegmente (58) durch Aufbringen weiterer plattenförmiger Elektrodensegmente (55, 56) auf die Bandsegmente (57) erzeugt werden, jedes Stapelsegment (58) in einem Auslaufbereich (132) auf einem separaten Schlitten (130) zu einer Stapelvorrichtung (78) transportiert wird, und die Stapelsegmente (58) in mindestens einer Stapelvorrichtung (78) zu dem Elektrodenstapel (10) gestapelt werden.
Verfahren nach Anspruch 4, wobei ein Unterdruck in den in dem Auslaufbereich (132) befindlichen Schlitten (130) vermieden wird.
Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Unterdruck in den in dem Einlaufbereich (131) befindlichen Schlitten (130) erzeugt wird, indem in einem Unterdruckkanal (135), welcher sich entlang des Einlaufbereichs (131) erstreckt, und zu welchem die in dem Einlaufbereich (131) befindlichen Schlitten (130) eine Fluidverbindung aufweisen, ein Unterdruck erzeugt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Unterdruck in den in dem Einlaufbereich (131) befindlichen Schlitten (130) erzeugt wird, indem in einem Unterdruckkanal (135) ein Unterdruck erzeugt wird, wobei in den in dem Einlaufbereich (131) befindlichen Schlitten (130) eine Fluidverbindung zu dem Unterdruckkanal (135) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Fluidverbindung der Schlitten (130) zu dem Unterdruckkanal (135) über eine Steuerkurve (137) hergestellt wird.
Verfahren nach Anspruch 7, wobei die Fluidverbindung der Schlitten (130) zu dem Unterdruckkanal (135) über in dem Einlaufbereich (131) befindliche Dichtlippen (139) hergestellt wird.
Batteriezelle (2), umfassend mindestens einen Elektrodenstapel (10), hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche.
Verwendung einer Batteriezelle (2) nach Anspruch 10 in einer Batteriezelle (2) in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV), in einem Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV) oder in einem Consumer-Elektronik-Produkt.