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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Fügen eines Batterieelementes mit mindestens einem Polymerfaden und die Verwendung eines derart hergestellten Batterieelementes in einer Batterie für ein Elektrofahrzeug (EV), ein Hybridfahrzeug (HEV) und ein Plug-in-Hybridfahrzeug (PHEV).
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Stand der Technik
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US 2002/0160259 A1 bezieht sich auf ein laminiertes Separatormaterial für eine Batterie. Ein nicht gewebtes Material weist einen im Wesentlichen laminierten Aufbau auf und enthält eine erste Schicht eines nicht gewebten Materials, welche eine erste Oberfläche des Materials definiert. Eine zweite Schicht von nicht gewebten Fasern definiert die gegenüberliegende Oberfläche des Materials. Schließlich ist eine dritte Schicht nicht gewebter Fasern zwischen der ersten und der zweiten Schicht aufgenommen. Die Schichten sind miteinander verklebt und bilden ein Laminat. Zumindest eine der nicht gewebten Schichten umfasst eine nicht gewebte Bahn von angeschmolzenen Fasern. Zusätzlich ist eine oder mehrere der Schichten permanent hydrophil ausgebildet, dadurch, dass die nicht gewebte Bahn aus geschmolzenen Fasern eines normalerweise hydrophoben Polymers gebildet ist, welches ein hydrophiles Additiv aufweist.
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Darstellung der Erfindung
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Erfindungsgemäß wird ein Verfahren zum Fügen eines Batterieelementes durch mindestens einen Polymerfaden mit nachfolgenden Verfahrensschritten vorgesch lagen:
- a) Aufbringen eines bahn- oder bogenförmigen Elektrodenmaterials auf eine erste Separatorbahn,
- b) Erwärmen des mindestens einen Polymerfadens innerhalb einer Heizzone über eine Erweichungstemperatur hinaus,
- c) Einbringen des mindestens einen Polymerfadens zwischen die erste Separatorbahn und eine weitere auf die erste Separatorbahn aufzubringende zweite Separatorbahn und
- d) Abkühlen des mindestens einen Polymerfadens zwischen den Separatorbahnen und Ausbildung mindestens einer stoffschlüssigen Verbindung zwischen diesen.
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Mit der erfindungsgemäß vorgeschlagenen Lösung kann mittels eines weichen Polymerfadens eine stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Separatorbahnen beim Abkühlen des Polymerfadens erreicht werden und ein zwischen den Separatorfolien angeordnetes Elektrodenmaterial gekapselt werden. Der hergestellte Verbund kann anschließend geschnitten werden und für ein Stapeln von Elektroden verwendet werden. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren bietet eine extrem kurze Taktzeit, bei welchen für eine Batteriezelle unschädliche Polymermaterialien verwendet werden können. Abhängig von Temperaturdurchmesser des eingesetzten mindestens einen Polymerfadens können auch sehr dünne Batterieelemente hergestellt werden.
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In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens ist der mindestens eine Polymerfaden aus einem Polymer ausgewählt aus der nachfolgenden Gruppe gefertigt: Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyphthalamid (PPa), Polyamid (PA). Des Weiteren können alle schmelzbaren Materialien eingesetzt werden. Bei Thermoplasten, beispielsweise Polyparaphylensulfid (PPS), Teflon (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Polyurethane (PU). Ferner eignen sich auch thermoplastische Elastomere wie zum Beispiel Styrol-Blockpolymere als da wären SBS, SEBS, SEPS, SEEPS und MBS.
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Dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren folgend wird der mindestens eine Polymerfaden vor Durchführung des Verfahrensschrittes b) an einer Positionierung ausgerichtet. Darunter ist zu verstehen, dass bei der Zufuhr des mindestens einen Polymerfadens dieser auf der ersten Separatorbahn derart platziert wird, dass das auf dieser bereits aufgelegte und ausgerichtete Elektrodenmaterial in seiner Position verbleibt und eine später sich einstellende stoffschlüssige Verbindung zwischen der ersten Separatorbahn und einer noch aufzubringenden zweiten Separatorbahn das Elektrodenmaterial nicht kontaktiert.
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Die Erwärmung des mindestens einen Polymerfadens gemäß Verfahrensschritt b) erfolgt in Heizelementen, die Durchlassöffnungen aufweisen können und mindestens ein Polymerfaden während der Passage der Heizelemente erwärmen. Bei der Erwärmung des mindestens einen Polymerfadens wird dieser über seine Erweichungstemperatur erwärmt, so dass bei Ausbildung der Verbindung zwischen der ersten Separatorbahn und der zweiten Separatorbahn eine plastische Verformung auftritt, welche die spätere stoffschlüssige Verbindung, bevorzugt eine Klebeverbindung darstellt.
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Optional besteht die Möglichkeit, dass der mindestens eine Polymerfaden zur Durchführung des Verfahrensschrittes b) bei Passage der Positionierung vorgewärmt wird. Die Positionierung kann beispielsweise durch ein einzelne Führungsringe aufweisendes Führungswalzenpaar gebildet werden, das optional auch beheizt werden kann und ein Vorwärmung des die Positionierung passierenden mindestens einen Polymerfadens vornimmt.
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In vorteilhafter Weise erfolgt bei der Durchführung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens bei Verfahrensschritt c) ein Anpressen mindestens eines Polymerfadens durch mindestens eine Anpresseinrichtung an die erste Separatorbahn, wobei gleichzeitig die zweite Separatorbahn zugeführt wird und an den erweichten mindestens einen Polymerfaden angepresst wird.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung ist sichergestellt, dass die zweite Separatorbahn bevorzugt im Rahmen einer vertikalen Zufuhr nahezu gleichzeitig mit dem erweichten Polymerfaden aufgebracht wird, sodass der mindestens eine Polymerfaden noch nicht im Abkühlen begriffen ist, sondern die zweite Separatorbahn, auf den auf die erste Separatorbahn aufgebrachten, mindestens einen Polymerfaden angepresst wird, solange dieser noch plastisch verformbar ist. Auf diesem Wege kann eine durchgängige, das Elektrodenmaterial nicht tangierende stoffschlüssige Verbindung zwischen der ersten Separatorbahn und der zweiten Separatorbahn in einem Arbeitsgang sichergestellt werden. Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren kann gemäß Verfahrensschritt a) das Elektrodenmaterial, sei es für eine Anode, sei es für eine Kathode, als Bogen unter Ausbildung von Lücken auf die erste Separatorbahn aufgebracht werden. Andererseits besteht auch die Möglichkeit, eine kontinuierliche Bahn des Elektrodenmaterials auf die erste Separatorbahn aufzubringen. Beide Durchführungsvarianten des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens sind möglich.
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Die Verfahrensschritte a) bis d) des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens, können sowohl in einer Fügestation oder in mehreren, in Bewegungsrichtung des herzustellenden Batterieelementes gesehen hintereinanderliegenden Fügestationen durchgeführt werden. Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren eröffnet demnach die Möglichkeit, einzelne diskrete Batterieelemente herzustellen, bei denen ein Elektrodenmaterial von einer ersten Separatorbahn und einer zweiten Separatorbahn gekapselt umschlossen ist, oder auch die Möglichkeit, Batterieelemente herzustellen, die eine Mehrzahl von beispielsweise von Abschnitten eines Elektrodenmaterials, jeweils getrennt durch eine Separatorbahn, aufweisen können. Die beiden Durchführungsvarianten des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens ist eine Kapselung des von den beiden Separatorbahnen jeweils getrennten Elektrodenmaterials sichergestellt.
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Der Temperaturbereich hinsichtlich der Erwärmung der Polymerfäden sollte über bzw. in der Nähe der Glastemperatur oder des Schmelzpunkts des jeweiligen Materials liegen. Vor dem Andrücken des erwärmten Polymerfadens kann optional noch eine aktive Kühlung vorgesehen sein, um die Temperatur gegebenenfalls nochmals regeln zu können, bevor die Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung erfolgt.
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Das erfindungsgemäße Verfahren findet unter anderem vorteilhaft Verwendung in einem Batteriesystem eines reinen Elektrofahrzeugs, eines Hybridfahrzeugs, eines Plug-In-Hybridfahrzeugs oder eines e-Bikes. Aber auch andere Verwendungen sind denkbar.
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Vorteile der Erfindung
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren stellt ein Verfahren mit äußerst kurzen Taktzeiten zur Herstellung eines Batterieelementes dar. Bei dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren werden als Polymerfadenmaterial für das Batterieelement unschädliche Polymere, insbesondere Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyphthalamid (PPa) oder Polyamid (PA). Prinzipiell können alle schmelzbaren Materialien eingesetzt werden. Bei Thermoplasten, beispielsweise Polyparaphylensulfid (PPS), Teflon (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF) und Polyurethane (PU). Ferner können auch thermoplastische Elastomere eingesetzt werden wie zum Beispiel Styrol-Blockpolymere (SBS, SEBS, SEPS, SEEPS und MBS. Je nach Durchmesser des eingesetzten Polymerfadens aus besagten Polymermaterialien können sehr dünne Verbindungen, die vorzugsweise als stoffschlüssige Klebverbindungen in Nahtform ausgebildet sind, hergestellt werden. Die Ausbildung der stoffschlüssigen Verbindung zwischen den beiden Separatorbahnen ist darüber hinaus auch von der Temperatur abhängig.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren kann in die Herstellung von Batteriezellen dahingehend integriert werden, dass durch die stoffschlüssige Verbindung zwischen den beiden Separatorbahnen unter Einschluss eines Elektrodenmaterials Stapel von Batterieelementen gebildet werden können, die später in weiteren Verfahrensschritten zur Herstellung einer Batteriezelle integriert werden können. Die zwischen den beiden Separatorbahnen erzeugte stoffschlüssige Verbindung in Nahtform unter Einschluss eines Elektrodenmaterials kann in weiteren Prozessschritten eines Herstellverfahrens für Batteriezellen als Stapelhilfe genutzt werden.
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Das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren zeichnet sich des Weiteren dadurch aus, dass das Elektrodenmaterial in Bogenform oder auch in Bahnform verarbeitet werden kann, und abhängig von der Anzahl eingesetzter Fügestationen zum Durchführen der Verfahrensschritte a) bis d) Batterieelemente erzeugt werden können, die mehrere Schichten eines Elektrodenmaterials enthalten, jeweils getrennt durch eine Separatorbahn.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung können besonders preiswertige Materialien zum Beispiel Polymere wie zum Beispiel PP und PE eingesetzt werden, die gegenüber Klebstoffen recht günstig sind, verglichen mit den jeweils entstehenden Materialkosten.
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Figurenliste
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es zeigt:
- 1 eine perspektivische Draufsicht auf eine Fügestation zur Durchführung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens,
- 2 eine Seitenansicht der Fügestation gemäß 1,
- 3 eine Draufsicht auf die in 1 dargestellte Fügestation,
- 4 Temperaturgradienten in dem mindestens einen Polymerfaden vor und nach der Erwärmung,
- 5 zwei in Bewegungsrichtung der hergestellten Batterieelemente hintereinanderliegend angeordnete Fügestationen,
- 6 die Verarbeitung eines bahnförmig vorliegenden Separatormaterials in einer Fügestation und
- 7 eine Mehrzahl von in Bewegungsrichtung der hergestellten Batterieelemente hintereinanderliegenden Fügestationen.
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Ausführungsvarianten
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Der Darstellung gemäß 1 ist eine perspektivische Ansicht einer Fügestation zur Durchführung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zu entnehmen.
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In eine Fügestation 10 läuft eine erste Separatorbahn 12 in Bewegungsrichtung 64 ein. Auf einer Oberseite 14 der ersten Separatorbahn 12 befindet sich ein hier als Bogen 18 ausgebildetes Elektrodenmaterial 16. Dieses kann über ein umlaufendes Rad - hier nicht näher dargestellt - auf die Oberseite 14 der ersten Separatorbahn 12 appliziert werden, wobei zwischen den einzelnen Bögen 18 des Elektrodenmateriales 16, sei es ein Elektrodenmaterial für eine Kathode, sei es ein Elektrodenmaterial für eine Anode, jeweils Lücken 20 erzeugt werden. Die Anordnung aus der ersten Separatorbahn 12 mit auf dessen Oberseite 14 angeordneten Bögen 18, jeweils auf Lücke 20, von Elektrodenmaterial 16 bewegt sich in Bewegungsrichtung 64 und passiert eine Anpresseinrichtung 38. Die Bögen 18 von Elektrodenmaterial 16 weisen jeweils eine Kontaktfahne 22 auf, die über den Rand der ersten Separatorbahn 12 jeweils hervorsteht.
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Oberhalb der Anpresseinrichtung 38 laufen ein erster Polymerfaden 28 und ein zweiter Polymerfaden 30 auf eine Positionierung 24. Die Positionierung 24 kann beispielsweise durch ein Walzenpaar gebildet sein, welches optional auch beheizt sein kann. Auf der Mantelfläche der Positionierung 24 befinden sich beabstandet voneinander Positionierelemente 26, die beispielsweise in Ringform ausgebildet sein können und durch welche ein erster Polymerfaden 28 und ein zweiter Polymerfaden 30 in Richtung auf die Anpresseinrichtung 38 verlaufen. Der erste Polymerfaden 28 und der zweite Polymerfaden 30 passieren jeweils ein erstes Heizelement 32 und ein zweites Heizelement 34, welche in Ringform ausgebildet sind und jeweils eine Durchlassöffnung 36 aufweisen. Abhängig von dem Durchmesser der Durchlassöffnung 36 dem Material des ersten Polymerfadens 28 und des zweiten Polymerfadens 30, kann die Erwärmung des Polymermaterials des ersten Polymerfadens 28 und des zweiten Polymerfadens 30 eingestellt werden. Als Polymermaterialien, aus welchen der erste Polymerfaden 28 und der zweite Polymerfaden 30 hergestellt werden kann, kommen Materialien wie beispielsweise Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Polyphthalamid (PPa) oder auch Polyamid (PA) in Frage.
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Aus der perspektivischen Darstellung gemäß 1 geht hervor, dass der erste Polymerfaden 28 und der zweite Polymerfaden 30 schräg in Richtung auf die Anpresseinrichtung 38 gefördert werden. Gleichzeitig erfolgt eine vertikale Zuführung 41 einer zweiten Separatorbahn 40. Eine Oberseite der zweiten Separatorbahn 40 ist mit Bezugszeichen 42 gekennzeichnet, während eine Unterseite der zweiten Separatorbahn 40 durch Bezugszeichen 44 kenntlich gemacht ist. Bei der Förderung der ersten Separatorbahn 12 mit auf Lücke 20 angeordneter Bogen 18 des Elektrodenmaterials 16, erfolgt die Zuführung der beiden Polymerfäden 28, 30 und der zweiten Separatorbahn 40 derart, dass die beiden Polymerfäden 28, 30 die Anpresseinrichtung 38 vor der zweiten Separatorbahn 40 erreichen, mithin die zweite Separatorbahn 40 mit ihrer Unterseite 44 die zuvor auf die erste Separatorbahn 12 aufgebrachten und plastisch verformbaren Polymerfäden 28, 30 anpresst. Dadurch entsteht eine erste Verbindung 46 sowie eine zweite Verbindung 48 in Nahtform zwischen der Oberseite14 der ersten Separatorbahn 12 einerseits und der Unterseite 44 der zweiten Separatorbahn 40 andererseits.
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Wie aus 1 hervorgeht, erstrecken sich die erste Verbindung 46 und die zweite Verbindung 48 parallel zur Bewegungsrichtung 64 eines Verbundes, nämlich eines Batterieelementes 49 aus erster Separatorbahn 12, dem als Bogen 18 vorliegenden Elektrodenmaterial 16 sowie der zweiten Separatorbahn 40. Die Position der ersten Verbindung 46 und der zweiten Verbindung 48, ist durch die Positionierung 24 definiert und so gewählt, dass das von beiden Separatorbahnen 12, 40 gekapselte Elektrodenmaterial 16 nicht beeinträchtigt wird.
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Seitlich ragt aus jedem hergestellten Batterieelement 49 die Kontaktfahne 22. Nachdem die Batterieelemente 49 als Verbund aus erster Separatorbahn 12, Elektrodenmaterial 16 sowie zweiter Separatorbahn 40 hergestellt sind, können diese geschnitten und für ein Stapeln von Batterieelementen 49 zur Herstellung einer Batteriezelle verwendet werden. Nach Passage der Anpresseinrichtung 38 kühlt das Material des ersten Polymerfadens 28 sowie des zweiten Polymerfadens 30 ab, verfestigt sich und formt die erste Verbindung 46 und die zweite Verbindung 48 in Nahtform zwischen der ersten Separatorbahn 12 und der zweiten Separatorbahn 40. Optional kann die Anpresseinrichtung 38 auch beheizbar ausgebildet werden, so dass die Polymerfäden 28, 30 nochmals kurzzeitig über ihre Erweichungstemperatur erwärmt werden können, um möglichst dünne Verbindungen 46, 48, ausgeführt als stoffschlüssige Klebungen, zwischen der ersten Separatorbahn 12 und der zweiten Separatorbahn 40 zu erreichen.
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2 zeigt eine Seitenansicht einer Fügestation 10 zur Herstellung von Batterieelementen 49.
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2 zeigt, dass das Elektrodenmaterial 16 hier als Bogen 18 auf Lücke 20 auf der Oberseite 14 der ersten Separatorbahn 12 aufgebracht ist. Bei dem Elektrodenmaterial 16 kann es sich sowohl um Elektrodenmaterial für eine Anode als auch um Elektrodenmaterial für eine Kathode handeln. Die beiden Polymerfäden 28, 30, ausgerichtet an den Positionierelementen 26 der Positionierung 24, erfahren bei Passage einer Heizzone 50, erwärmt durch die Heizelemente 32, 34 eine Erwärmung, die vorzugsweise leicht oberhalb der Erweichungstemperatur liegt. Aus der Seitenansicht gemäß 2 geht hervor, dass die zweite Separatorbahn 40 im Wesentlichen eine vertikale Zuführung 41 erfährt, derart, dass die beiden Polymerfäden 28, 30 etwas früher auf der Oberseite 14 der ersten Separatorbahn 12 ankommen, bevor die zweite Separatorbahn 40 von oben kommend mittels der Anpresseinrichtung 38 auf diese aufgelegt wird und die erste Verbindung 46 sowie die zweite Verbindung 48 ausformt.
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Bei der Passage der beiden Polymerfäden 28 bzw. 30 durch die Heizelemente 32, 34 entsteht eine Heizzone 50, die abhängig vom Durchmesser der beispielsweise ringförmig ausgebildeten Heizelemente 32, 34 verläuft. Optional können auch die Walzen der Positionierung 24, wie auch die Anpresseinrichtung 38 beheizbar ausgebildet werden, um optimale Fügebedingungen nach Passage der Anpresseinrichtung 38 zwischen der zweiten Separatorbahn 40 und der ersten Separatorbahn 12 zu schaffen. Die nach der Verbindung der beiden Separatorbahnen 12 bzw. 40 entstehenden Verbünde aus erster Separatorbahn 12, Elektrodenmaterial 16, beispielsweise als Bogen 18 sowie zweiter Separatorbahn 40 bilden die Batterieelemente 49.
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3 zeigt die Fügestation 10 aus der Vogelperspektive.
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Der Draufsicht gemäß 3 ist zu entnehmen, dass die Positionierungselemente 26, beispielsweise ausgeführt als Ringe an der Positionierung 24, beispielsweise ausbildbar als ein Führungswalzenpaar in einem Abstand voneinander aufgenommen sind, der die Breite der ersten Separatorbahn 12 übersteigt. Dadurch ist eine optimale Zuführung des ersten Polymerfadens 28 sowie des zweiten Polymerfadens 30 in Richtung auf die erste Separatorbahn 12 im Bereich der Anpresseinrichtung 38 möglich. Auf der ersten Separatorbahn 12 ist das Elektrodenmaterial 16 - hier in Gestalt von Bögen 18 - unter Ausbildung einer Lücke 20 zwischen jedem Bogen 18 angeordnet. Aus der Draufsicht gemäß 3 geht hervor, dass die beiden Polymerfäden 28 bzw. 30 die Oberseite 14 der ersten Separatorbahn 12 vor der zweiten Separatorbahn 40 erreichen, d.h. bevor deren Unterseite 44 auf die erweichten Polymerfäden 28, 30 auftrifft. Unter dem Anstelldruck der Anpresseinrichtung 38 werden die jeweiligen Verbindungen 46 bzw. 48, die sich in Bewegungsrichtung 64 der hergestellten Batterieelemente 49 erstrecken, ausgeformt. Sowohl die Positionierung 24 als auch die Anpresseinrichtung 38 können beheizbar ausgeführt werden, um die Temperatur des Materials der beiden Polymerfäden 28, 30 über der Erweichungstemperatur zu halten, so dass nach Passage der Anpresseinrichtung zuverlässige stoffschlüssige Verbindungen 46, 48 in Nahtform erhalten werden.
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4 zeigt die Darstellung eines Temperaturgradienten im Material der Polymerfäden 28, 30.
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Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren erfolgt die Erwärmung des Materials des ersten Polymerfadens 28 sowie des zweiten Polymerfadens 30 im Wesentlichen durch die Heizelemente 32, 34 bei Passage der Polymerfäden 28, 30 durch die jeweiligen Durchlassöffnungen 36. Die Temperatur im Material der Polymerfäden 28, 30 stellt sich in Abhängigkeit von der Fadendicke der Polymerfäden 28, 30 ein, sowie abhängig vom Durchmesser der Durchlassöffnung 36 in den beiden Heizelementen 32, 34. Entlang der Heizzone 50 geht ein untemperierter Bereich 52 in einen temperierten Bereich 54 der beiden Polymerfäden 28, 30 über.
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Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, das Material der beiden Polymerfäden 28, 30 bereits bei der Passage der Positionierung 24 zu erwärmen, etwa durch Ausgestaltung der Positionierung 24 mit einer Beheizung. In diesem Falle erfolgt eine zweistufige Erwärmung des Materials der beiden Polymerfäden 28, 30.
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Weiterhin besteht zusätzlich die Möglichkeit, die Anpresseinrichtung 38 zu temperieren. Zwar verlassen die Polymerfäden 28, 30 die Heizzone 50 mit temperierten Bereichen 54, jedoch kann je nach Abstand der Heizelemente 32, 34 von der Anpressrichtung 38 eine unerwünschte Abkühlung des Materials entstehen, so dass eine nochmalige Temperierung über eine optional beheizbare Anpresseinrichtung 38 erfolgen kann. Damit ist sichergestellt, dass im Moment des Fügens der ersten Separatorbahn 12 mit der Unterseite 44 der zweiten Separatorbahn 40 das Material der Polymerfäden 28, 30 eine Temperatur aufweist, die oberhalb von der Erweichungstemperatur des jeweils eingesetzten Polymermaterials liegt. Aus 4 geht des Weiteren hervor, dass die Zuführung der zweiten Separatorbahn 40 im Wesentlichen als vertikale Zuführung 41 erfolgt. Nach Passage der Anpresseinrichtung 38 entstehen Batterieelemente 49 umfassend die erste Separatorbahn 12, das Elektrodenmaterial 16 in Form eines Bogens 18 sowie der zweiten Separatorbahn 40, die entlang von Verbindungen 46, 48 miteinander geklebt sind. Die Verbindungen 46, 48 kühlen bei Weiterförderung der hergestellten Batterieelementen 49 in Bewegungsrichtung 64 ab und härten aus.
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5 zeigt die Anordnung einer ersten Fügestation 10 und einer dieser vorgeschalteten Fügestation 58.
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Mit der Durchführungsvariante, die in 5 dargestellt ist, kann beispielsweise erreicht werden, dass auf die in Bewegungsrichtung 64 geförderte erste Separatorbahn 12 eine Ablage 56 von als Bogen 18 ausgeschnittenen Elektrodenmaterial 16 erfolgt. So können die Bögen 18 des Elektrodenmaterials 16 nach Ablage 56, beispielsweise über ein angetriebenes umlaufendes Rad durch die die Heizelemente 32, 34 passierenden über ihre Erweichungstemperatur erwärmten Polymerfäden 28, 30 auf der ersten Separatorbahn 12 fixiert werden. Entsprechend der Ablage 56 des Elektrodenmaterials 16 als in Form eines Bogens 18, können zwischen den einzelnen Bögen18 Lücken 20 erzeugt werden, bevor eine durch die beiden Polymerfäden 28, 30 ein fixiertes Elektrodenmaterial 16 die Fügestation 10 erreicht und ebenfalls durch über ihre Erweichungstemperatur temperierte Polymerfäden 28, 30 auf den vorfixierten Verbund aus erster Separatorbahn 12 und Elektrodenmaterial 16 als Bogen 18, die zweite Separatorbahn 40 mit ihrer Unterseite 44 an der Anpresseinrichtung 38 fixiert wird. Analog zu den vorstehend dargestellten Ausführungsvarianten erfolgt hier durch die Anpressvorrichtung 38 die Ausbildung der sich parallel zu Bewegungsrichtung 64 erstreckenden ersten Verbindung 46 und zweiten Verbindung 48 beim Aushärten und Abkühlen der Polymerfäden 28, 30 in Bewegungsrichtung 64.
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Der Darstellung gemäß 6 ist die Durchführung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens mit ungeschnittenem Elektrodenmaterial 16 zu entnehmen.
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Im Unterschied zu den vorstehend dargestellten Ausführungsvarianten ist das Elektrodenmaterial 16 in der Darstellung gemäß 6 nicht als Bogen 18 ausgeführt, sondern liegt in Form einer Bahn 60 vor. In einer dritten Fügestation 62, in der Elektrodenmaterial 16 in Form der Bahn 60 verarbeitet wird, erfolgt die Temperierung der Polymerfäden 28, 30 durch unterhalb einer Positionierung 24, die ringförmige Positionierelemente 26 aufweist, angeordnetem ersten und zweiten Heizelement 32, 34. Analog zu den vorstehend beschriebenen Fügestationen 10, 58 weisen das erste Heizelement 32 sowie das zweite Heizelement 34 jeweils Durchlassöffnungen 36 auf, die von den Polymerfäden 28, 30 passiert werden. Dabei erfolgt - wie oben stehend bereits ausgeführt - eine Temperierung des Materials der beiden Polymerfäden 28, 30 auf eine Temperatur über die Erweichungstemperatur des Polymermaterials.
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In Bewegungsrichtung 64 wird parallel dazu die erste Separatorbahn 12 gefördert deren Oberseite 14 die Anpresseinrichtung 38 passiert, die temperiert oder nicht temperiert ausgeführt sein kann. Kurz nachdem die Polymerfäden 28, und 30 elastisch verformbar auf die Oberseite 14 der ersten Separatorbahn 12 auftreffen, erfolgt die Zufuhr des Elektrodenmaterials 16 in Form einer Bahn 60 im Wesentlichen aus vertikaler Richtung. Nach Passage der Anpresseinrichtung 38 ist die Bahn 60 des Elektrodenmaterials 16 auf der Oberseite 14 der ersten Separatorbahn 12 durch die stoffschlüssigen Verbindungen 46, 48 fixiert. Bei weiterer Förderung des Verbundes aus erster Separatorbahn 12 und Elektrodenmaterial 60 in Form einer Bahn, wird die zweite Separatorbahn 40 aus der vertikalen Zuführung 41 ebenfalls durch über ihre Erweichungstemperatur temperierte Polymerfäden 28, 30 bei Passage der Anpresseinrichtung 38 mit der zweiten Separatorbahn 40 versehen. Über die hier aufgebrachten Polymerfäden 28, 30 wird die Unterseite 44 der zweiten Separatorbahn 40 mit der Oberseite des Elektrodenmaterials 16 in Form einer Bahn 60 verbunden. Der erhaltene Verbund stellt nun ein endloses Batterieelement 49 dar, welches entweder aufgewickelt werden kann oder welches nunmehr in einzelne Batterieelemente 49 aufgeteilt werden kann und einer weiteren Verarbeitung zugeführt werden kann.
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7 stellt eine Straße 66 dar, gebildet aus hintereinander angeordneten dritten Fügestationen 62.
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Durch die Ausführungsvariante einer Straße 66 aus dritten Fügestationen 62, wie schematisch in 7 dargestellt, können beliebig viele Schichten aus Elektrodenmaterial 16, hier dargestellt in Form einer Bahn 60 und Separatorbahnen 12, 40 erzeugt werden. Es lassen sich somit mehrschichtigte Batterieelemente 49 fertigen, bei denen jeweils das Elektrodenmaterial 16 durch eine Separatorbahn 12, 40 vom nachfolgenden Elektrodenmaterial 16 getrennt wird. Der Aufbau der dritten Fügestationen 62, hier in 7 dargestellt als Straße 66, entspricht im Wesentlichen dem Aufbau der dritten Fügestation 62, wie in Zusammenhang mit 6 beschrieben. Zunächst erfolgt eine Erwärmung der Polymerfäden 28, 30 in den Heizelementen 32, 34. Bei Passage der Anpresseinrichtung 38 wird die Bahn 60 des Elektrodenmaterials 16 mit der Oberseite 14 der ersten Separatorbahn 12 stoffschlüssig verbunden. Durch Abkühlung entstehen die erste Verbindung 46 und die zweite Verbindung 48, bevor bei Passage der nachfolgenden Anpresseinrichtung 38 auf den Verbund aus erster Separatorbahn 12 und Elektrodenmaterial 16 in Form einer Bahn 60 die zweite Separatorbahn 40 mit ihrer Unterseite 44 aufgebracht wird. Analog zu den vorstehend bereits beschriebenen Ausführungsvarianten erfolgt die Fixierung der Unterseite 44 der zweiten Separatorbahn 40 durch die Polymerfäden28, 30, die ausgerichtet an der Positionierung 24 durch Positionierungselemente 26 der Anpresseinrichtung 38 zugeführt werden, bevor die zweite Separatorbahn 40 mit ihrer Unterseite 44 auf die Oberseite des Elektrodenmaterials 16 in Form der Bahn 60 aufgebracht wird.
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In der dahinter folgenden dritten Fügestation verhält es sich analog. Abhängig von der Anzahl der dritten Fügestationen 62, aufgereiht in einer Straße 66, können Batterieelemente 49 in Endlosform hergestellt werden, die entweder aufgewickelt werden können und zu Batteriezellen weiterverarbeitet werden oder die einem Schneidprozess zugeführt werden und anschließend weiterverarbeitet werden.
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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.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2002/0160259 A1 [0002]
