DE102018210177A1 - Windable electrode - Google Patents
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Abstract
Vorgeschlagen wird eine wickelbare Elektrode (200) für eine Batteriezelle (300) mit einer metallischen Kollektorfolie (201), und mit einer wenigstens einseitigen Elektrodenbeschichtung (202), wobei die Elektrodenbeschichtung (202) mit Ausnahme von Verbindungsstreifenflächen (203) der metallischen Kollektorfolie (201), welche sich quer zu einer Längsrichtung (L) der metallischen Kollektorfolie (201) über eine gesamte Breite (B) der metallischen Kollektorfolie (201) erstrecken, im Wesentlichen vollflächig auf der metallischen Kollektorfolie (201) aufgebracht ist. Ebenso werden ein Verfahren zur Herstellung der wickelbaren Elektrode und zum Herstellen einer Batteriezelle sowie eine Batteriezelle beschrieben.The invention relates to a windable electrode (200) for a battery cell (300) with a metallic collector foil (201) and with an at least one-sided electrode coating (202), the electrode coating (202) with the exception of connecting strip surfaces (203) of the metallic collector foil (201 ), which extend transversely to a longitudinal direction (L) of the metallic collector foil (201) over an entire width (B) of the metallic collector foil (201), is applied over the entire surface of the metallic collector foil (201). A method for producing the windable electrode and for producing a battery cell and a battery cell are also described.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine wickelbare Elektrode für eine Batteriezelle, ein Verfahren für die Herstellung einer wickelbaren Elektrode für eine Batteriezelle, ein Verfahren für die Herstellung einer Batteriezelle und eine Batteriezelle.The present invention relates to a windable electrode for a battery cell, a method for producing a windable electrode for a battery cell, a method for producing a battery cell and a battery cell.
Zur Herstellung von Batteriezellen, welche auch als Zellen oder galvanische Zellen bezeichnet werden, ist es bekannt, einen Stapel bestehend aus einer Anodenelektrode, einem ersten Separator, einer Kathodenelektrode und einen zweiten Separator um eine Achse parallel zur Breitenrichtung des Stapels zu wickeln. Dadurch kann bei kompakten äußeren Abmessungen der Batteriezelle die wirksame Oberfläche der sich gegenüberliegenden Anodenelektrode und Kathodenelektrode vergrößert werden.For the production of battery cells, which are also referred to as cells or galvanic cells, it is known to wind a stack consisting of an anode electrode, a first separator, a cathode electrode and a second separator about an axis parallel to the width direction of the stack. As a result, the effective surface area of the opposite anode electrode and cathode electrode can be increased with compact external dimensions of the battery cell.
Typischerweise weist wenigstens eine der beiden Elektroden eine metallische Kollektorfolie mit einer wenigstens einseitigen Elektrodenbeschichtung auf. Verbindungselemente zur elektrischen Verbindung der Elektrode mit einem Anschluss der Batteriezelle werden bevorzugt an der metallischen Kollektorfolie selbst angebracht. Daher wird in der Regel ein Randbereich der metallischen Kollektorfolie unbeschichtet gelassen. Aus fertigungstechnischen Gründen ist es dabei üblich, symmetrische Randbereiche an den zwei sich gegenüberliegenden Längskanten der metallischen Kollektorfolie unbeschichtet zu lassen. Anschließend wird der nicht benötigte Randbereich Elektrode entfernt.Typically, at least one of the two electrodes has a metallic collector foil with an at least one-sided electrode coating. Connection elements for the electrical connection of the electrode to a connection of the battery cell are preferably attached to the metallic collector foil itself. Therefore, an edge area of the metallic collector film is usually left uncoated. For manufacturing reasons, it is customary to leave symmetrical edge areas on the two opposite longitudinal edges of the metallic collector foil uncoated. The electrode edge area that is not required is then removed.
Hiervon ausgehend liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, verbesserte Elektroden bereitzustellen. Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, den mit dem Entfernen des nicht benötigten Randbereichs einhergehenden erhöhten Material- und Arbeitsaufwand zu vermeiden.Proceeding from this, the object of the present invention is to provide improved electrodes. In particular, it is an object of the invention to avoid the increased outlay in material and labor associated with the removal of the marginal area that is not required.
Diese Aufgabe wurde mit dem Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den auf die unabhängigen Patentansprüche rückbezogenen Patentansprüchen angeführt.This object was achieved with the subject matter of the independent patent claims. Advantageous embodiments of the invention are set out in the claims which refer back to the independent claims.
Nach einem ersten Aspekt wird eine wickelbare Elektrode für eine Batteriezelle vorgeschlagen. Die wickelbare Elektrode umfasst eine metallische Kollektorfolie und eine wenigstens einseitige Elektrodenbeschichtung. Die Elektrodenbeschichtung ist mit Ausnahme von Verbindungsstreifenflächen der metallischen Kollektorfolie, welche sich quer zu einer Längsrichtung der metallischen Kollektorfolie über eine gesamte Breite der metallischen Kollektorfolie erstrecken, im Wesentlichen vollflächig auf der metallischen Kollektorfolie aufgebracht.According to a first aspect, a windable electrode for a battery cell is proposed. The windable electrode comprises a metallic collector film and an at least one-sided electrode coating. With the exception of connecting strip surfaces of the metallic collector foil, which extend transversely to a longitudinal direction of the metallic collector foil over an entire width of the metallic collector foil, the electrode coating is applied essentially over the entire surface of the metallic collector foil.
Im Unterschied zum eingangs beschriebenen Stand der Technik erstrecken sich die Verbindungsstreifenflächen der wickelbaren Elektrode nicht entlang der Kanten der metallischen Kollektorfolie. Dies kann die Beschichtung der metallischen Kollektorfolie in einem kontinuierlichen Prozess vereinfachen.In contrast to the prior art described at the outset, the connecting strip surfaces of the windable electrode do not extend along the edges of the metallic collector film. This can simplify the coating of the metallic collector foil in a continuous process.
Nach einer ersten vorteilhaften Ausgestaltung der wickelbaren Elektrode ist die metallische Kollektorfolie eine Kathodenfolie und die Elektrodenbeschichtung eine Kathodenelektrodenbeschichtung oder die metallische Kollektorfolie eine Anodenfolie und die Elektrodenbeschichtung eine Anodenelektrodenbeschichtung ist.According to a first advantageous embodiment of the windable electrode, the metallic collector foil is a cathode foil and the electrode coating is a cathode electrode coating or the metallic collector foil is an anode foil and the electrode coating is an anode electrode coating.
Mit anderen Worten kann sowohl die Anodenelektrode als auch die Kathodenelektrode einer Batteriezelle in der oben beschriebenen Weise ausgestaltet sein. Die mit der Verwendung der vorgeschlagenen wickelbaren Elektrodenfolie einhergehenden Vorteile zeigen sich dann bei der Batteriezelle doppelt. Es ist allerdings grundsätzlich auch denkbar, nur bei der Anodenelektrode oder nur bei der Kathodenelektrode eine Elektrodenbeschichtung vorzusehen. Insbesondere ist es nicht ausgeschlossen, als Anodenelektrode oder Kathodenelektrode auch eine unbeschichtete, metallische Kollektorfolie zu verwenden. Dies kann die Herstellung der Batteriezelle gegebenenfalls weiter vereinfachen.In other words, both the anode electrode and the cathode electrode of a battery cell can be configured in the manner described above. The advantages associated with the use of the proposed wrap-around electrode film can then be seen twice in the battery cell. In principle, however, it is also conceivable to provide an electrode coating only for the anode electrode or only for the cathode electrode. In particular, it is not excluded to use an uncoated, metallic collector foil as the anode electrode or cathode electrode. This can possibly further simplify the manufacture of the battery cell.
Eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der wickelbaren Elektrode sieht vor, dass die Verbindungsstreifenflächen zum Anbringen, insbesondere Anschweißen, von Albleiterfahnen eingerichtet sind.A further advantageous embodiment of the windable electrode provides that the connecting strip surfaces are set up for the attachment, in particular welding, of Alb conductor tabs.
Ein Anschweißen kann eine dauerhafte Verbindung der Ableiterfahnen mit der metallischen Kollektorfolie und somit eine lange Lebensdauer einer unter der Verwendung der wickelbaren Elektrode hergestellten Batteriezelle ermöglichen. Alternativ ist es grundsätzlich auch denkbar, die Ableiterfahnen durch Löten oder Kleben an den Verbindungsstreifenflächen mit der metallischen Kollektorfolie zu verbinden.Welding on can allow a permanent connection of the conductor tabs to the metallic collector foil and thus a long service life of a battery cell produced using the windable electrode. Alternatively, it is also conceivable in principle to connect the conductor tabs to the metallic collector foil by soldering or gluing to the connection strip surfaces.
Ferner wird eine Weiterbildung der wickelbaren Elektrode als weitere vorteilhafte Ausgestaltung vorgeschlagen, bei welcher der oder die Abstände der Verbindungsstreifenflächen in der Weise an die Geometrie der Elektrode im aufgewickelten Zustand angepasst sind, dass die Verbindungsstreifenflächen der Elektrode im aufgewickelten Zustand nur auf einer Seite einer ersten Ebene, in der eine Wickelachse der Elektrode liegt, angeordnet sind.Furthermore, a further development of the windable electrode is proposed as a further advantageous embodiment, in which the spacing or spacings of the connecting strip surfaces are adapted to the geometry of the electrode in the wound state such that the connecting strip surfaces of the electrode in the wound state only on one side of a first level , in which a winding axis of the electrode is arranged.
Die offenbarte Anordnung der Verbindungsstreifenflächen auf einer Seite der Ebene kann eine einfachere Trennung der beiden unterschiedlichen Pole der Batteriezelle ermöglichen. Insbesondere können auf diese Weise Kurzschlüsse verhindert und die Betriebssicherheit einer unter Verwendung der wickelbaren Elektrode hergestellten Batteriezelle verbessert werden.The disclosed arrangement of the connecting strip surfaces on one side of the plane can make it easier to separate the two different poles of the battery cell. In particular, short circuits can be prevented in this way and the operational safety of one Battery cell manufactured using the windable electrode can be improved.
Nach einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der wickelbaren Elektrode schneiden die Verbindungsstreifenflächen im aufgewickelten Zustand eine zweite Ebene, welche parallel zu einer oder der Wickelachse der Elektrode ausgerichtet ist.According to a further advantageous embodiment of the windable electrode, the connecting strip surfaces cut a second plane in the wound state, which is aligned parallel to one or the winding axis of the electrode.
In einer Querschnittsansicht der wickelbare Elektrode im aufgewickelten Zustand schneiden die Verbindungstreifen folglich eine Gerade. Dies kann die elektrische Verbindung der metallischen Kollektorfolie an den verschiedenen Verbindungsstreifenflächen vereinfachen. In a cross-sectional view of the windable electrode in the wound state, the connecting strips consequently intersect a straight line. This can simplify the electrical connection of the metallic collector foil on the different connection strip surfaces.
Insbesondere können an diesen Verbindungsstreifenflächen angebrachte Ableiterfahnen schneller und damit kostengünstiger sowohl miteinander als auch mit dem elektrischen Anschluss der Batteriezelle verbunden werden.In particular, arrester tabs attached to these connecting strip surfaces can be connected both to one another and to the electrical connection of the battery cell more quickly and therefore more cost-effectively.
Eine andere vorteilhafte Ausgestaltung der wickelbaren Elektrode sieht vor, dass die zweite Ebene die erste Ebene schneidet.Another advantageous embodiment of the windable electrode provides that the second level intersects the first level.
Auf diese Weise kann die Trennung der beiden Pole der Batteriezelle bei gleichzeitig vereinfachter elektrischer Anbindung der beiden metallischen Kollektorfolien noch einfacher realisiert werden.In this way, the separation of the two poles of the battery cell can be realized even more simply with a simplified electrical connection of the two metallic collector foils.
Ferner wird eine Weiterbildung der wickelbaren Elektrode als weitere vorteilhafte Ausgestaltung vorgeschlagen, bei welcher zwischen der Elektrodenbeschichtung und der metallischen Kollektorfolie eine Haftvermittlerschicht angeordnet ist.Furthermore, a further development of the windable electrode is proposed as a further advantageous embodiment, in which an adhesion promoter layer is arranged between the electrode coating and the metallic collector foil.
Die Verwendung einer Haftvermittlerschicht zwischen der Elektrodenbeschichtung und der metallischen Kollektorfolie kann mit geringeren Einschränkungen hinsichtlich der Wahl der Elektrodenbeschichtung einhergehen. Die Haftvermittlerschicht kann die Elektrodenbeschichtung dauerhaft mit der metallischen Kollektorschicht verbinden. Zudem kann damit die Hochstrom-Belastbarkeit erhöht und der Zell-Innenwiderstand reduziert werden. Beispielsweise können Materialien für die Elektrodenbeschichtung verwendet werden, die sich nicht unmittelbar mit der metallischen Kollektorfolie verbinden lassen. Solche Materialien können vorteilhafte elektrochemische, chemische und mechanische Eigenschaften aufweisen.The use of an adhesion promoter layer between the electrode coating and the metallic collector foil can be accompanied by fewer restrictions with regard to the choice of the electrode coating. The adhesive layer can permanently connect the electrode coating to the metallic collector layer. It can also increase high-current load capacity and reduce cell internal resistance. For example, materials can be used for the electrode coating that cannot be connected directly to the metallic collector foil. Such materials can have advantageous electrochemical, chemical and mechanical properties.
Nach einer anderen vorteilhaften Ausgestaltung der wickelbaren Elektrode weist die Haftvermittlerschicht ein Polymer und/oder Kohlenstoff bzw. Graphit auf.According to another advantageous embodiment of the windable electrode, the adhesion promoter layer has a polymer and / or carbon or graphite.
Polymere können kostengünstig zur Verfügung gestellt werden und sich durch eine lange Haltbarkeit auszeichnen. Kohlenstoff kann insbesondere eine verbesserte elektrische Leitung von der Elektrodenbeschichtung zu der metallischen Kollektorfolie ermöglichen.Polymers can be made available inexpensively and are characterized by a long shelf life. Carbon can in particular enable improved electrical conduction from the electrode coating to the metallic collector foil.
Nach einem zweiten Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung einer vorstehend beschriebenen wickelbaren Elektrode vorgeschlagen. Es wird eine metallische Kollektorfolie bereitgestellt und anschließend ein Elektrodenbeschichtungsmaterial auf die metallische Kollektorfolie aufgebracht.According to a second aspect, a method for producing a windable electrode described above is proposed. A metallic collector foil is provided and then an electrode coating material is applied to the metallic collector foil.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung einer wickelbaren Elektrode wird vor dem Aufbringen des Elektrodenbeschichtungsmaterials eine Haftvermittlerschicht auf der metallischen Kollektorfolie aufgebracht.In an advantageous embodiment of the method for producing a windable electrode, an adhesion promoter layer is applied to the metallic collector film before the electrode coating material is applied.
Die metallische Kollektorfolie kann als kontinuierliche, metallische Kollektorfolie bereitgestellt werden, auf welche intermittierend das Elektrodenbeschichtungsmaterial oder die Haftvermittlerschicht über die gesamte Breite der metallischen Kollektorfolie aufgebracht wird. Später kann die Kollektorfolie dann auf die passende Länge abgelängt werden. Durch den kontinuierliche Transport der metallischen Kollektorfolie und die intermittierende Beschichtung derselben kann die Herstellung der wickelbaren Elektrode kostengünstiger gestaltet werden. Bestehende Anlagen, z.B. Beschichter (Coater) und Kalander, können für das neue Verfahren weiterverwendet werden. Ebenso kann das neue Verfahren kompatibel mit bestehenden Verfahren zur Herstellung eines Batterie(zellen)gehäuses, insbesondere für eine Hardcase- oder Softpack- Zelle, gestaltet werden.The metallic collector foil can be provided as a continuous, metallic collector foil, to which the electrode coating material or the adhesion promoter layer is applied intermittently over the entire width of the metallic collector foil. The collector foil can then be cut to the appropriate length later. Due to the continuous transport of the metallic collector foil and the intermittent coating thereof, the manufacture of the windable electrode can be made more cost-effective. Existing systems, e.g. Coaters and calenders can continue to be used for the new process. The new method can also be designed to be compatible with existing methods for producing a battery (cell) housing, in particular for a hardcase or softpack cell.
Hinsichtlich weiterer mit dem Verfahren verbundenen Vorteile wird auch auf die vorstehenden Erläuterungen zu der wickelbaren Elektrode verwiesen.With regard to further advantages associated with the method, reference is also made to the above explanations regarding the windable electrode.
Ferner sieht eine Weiterbildung des Verfahrens zur Herstellung einer wickelbaren Elektrode vor, dass das Elektrodenbeschichtungsmaterial eine selbsttragenden Elektrodenbeschichtungsfolie und/oder eine Elektrodenbeschichtungsflüssigkeit und/oder ein Elektrodenbeschichtungspulver ist.A further development of the method for producing a windable electrode provides that the electrode coating material is a self-supporting electrode coating film and / or an electrode coating liquid and / or an electrode coating powder.
Durch die Verwendung einer Elektrodenbeschichtungsfolie kann die Gesamtdicke der wickelbaren Elektrode präziser vorbestimmt werden. Insbesondere kann die Elektrodenbeschichtungsfolie vor dem Aufbringen auf die metallische Kollektorfolie verdichtet werden, so dass prozesssicher eine dünnere wickelbare Elektrode erhalten werden kann. Insbesondere kann durch ein Vorpressen der Elektrodenschicht vor der Aufbringung dieser auf den metallischen Kollektor zu weniger mechanischer Belastung für die Kollektorfolie führen. Dünnere wickelbare Elektrode können bei gegebenen Abmessungen der Batteriezelle eine größere wirksame Oberfläche und somit eine höhere Kapazität der Batteriezelle ermöglichen.The total thickness of the windable electrode can be predetermined more precisely by using an electrode coating film. In particular, the electrode coating film can be compressed before being applied to the metallic collector film, so that a thinner, windable electrode can be obtained in a process-reliable manner. In particular, pre-pressing the electrode layer before applying it to the metallic collector can result in less mechanical stress on the collector film. For given dimensions of the Battery cell allow a larger effective surface and thus a higher capacity of the battery cell.
Eine Elektrodenbeschichtungsflüssigkeit, insbesondere eine Elektrodenpaste oder ein Slurry, kann die Verwendung üblicher Flüssigkeitsbeschichtungsvorrichtungen ermöglichen. Die Elektrodenbeschichtungsflüssigkeit kann beispielsweise aufgerollt, aufgegossen oder aufgesprüht werden.An electrode coating liquid, in particular an electrode paste or a slurry, can enable the use of conventional liquid coating devices. The electrode coating liquid can, for example, be rolled up, poured on or sprayed on.
Es ist denkbar, ein Elektrodenbeschichtungspulver mittels statischer Elektrizität auf die metallische Kollektorfolie aufzubringen. Bei der Verwendung von Elektrodenbeschichtungspulver in Kombination mit einer Haftvermittlerschicht kann überschüssiges Elektrodenbeschichtungspulver durch Abblasen einfach von den nicht mit der Haftvermittlerschicht benetzten Bereichen entfernt werden.It is conceivable to apply an electrode coating powder to the metallic collector foil by means of static electricity. When using electrode coating powder in combination with an adhesion promoter layer, excess electrode coating powder can simply be removed from the regions not wetted by the adhesion promoter layer by blowing off.
Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung einer wickelbaren Elektrode werden die metallische Kollektorfolie, das Elektrodenbeschichtungsmaterial und die optionale Haftvermittlerschicht zusammen verdichtet. Durch die gemeinsame Verdichtung kann die Gesamtdicke der wickelbaren Elektrode weiter verringert und im Ergebnis die Kapazität der Batteriezelle wie oben beschrieben weiter erhöht werden.According to a further exemplary embodiment of the method for producing a windable electrode, the metallic collector foil, the electrode coating material and the optional adhesion promoter layer are compressed together. Due to the common compression, the total thickness of the windable electrode can be further reduced and, as a result, the capacity of the battery cell can be further increased as described above.
Nach einem dritten Aspekt wird ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle vorgeschlagen. Es wird eine Anodenelektrode bereitgestellt. Die Anodenelektrode kann insbesondere mit einem der vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt worden sein. Auf der Anodenelektrodenbeschichtung der Anodenelektrode wird ein erster Separator angeordnet. Eine Kathodenelektrode wird mit der Kathodenelektrodenbeschichtung auf dem ersten Separator angeordnet. Die Kathodenelektrode kann ebenfalls mit einem der vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt worden sein. Ein zweiter Separator wird auf der Kathodenelektrode und/oder auf der der Anodenelektrodenbeschichtung der Anodenelektrode abgewandten Seite angeordnet. Der Stapel umfassend die Anodenelektrode, den ersten Separator, die Kathodenelektrode und den zweiten Separator wird anschließend um eine senkrecht zur Längsrichtung der Anodenelektrode und Kathodenelektrode angeordnete Wickelachse gewickelt.According to a third aspect, a method for producing a battery cell is proposed. An anode electrode is provided. The anode electrode can in particular have been produced using one of the methods described above. A first separator is arranged on the anode electrode coating of the anode electrode. A cathode electrode with the cathode electrode coating is arranged on the first separator. The cathode electrode can also have been produced using one of the methods described above. A second separator is arranged on the cathode electrode and / or on the side facing away from the anode electrode coating of the anode electrode. The stack comprising the anode electrode, the first separator, the cathode electrode and the second separator is then wound around a winding axis arranged perpendicular to the longitudinal direction of the anode electrode and cathode electrode.
Nach einer ersten Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung einer Batteriezelle werden vor dem Wickeln an den Verbindungsstreifenflächen Ableiterfahnen angebracht, insbesondere angeschweißt. Das Anbringen der Ableiterfahnen vor dem Wickeln kann einfacher sein als das Anbringen der Ableiterfahnen nach dem Wickeln.According to a first embodiment of the method for producing a battery cell, conductor tabs are attached, in particular welded, to the connecting strip surfaces before winding. Attaching the conductor tabs before winding can be easier than attaching the conductor tabs after winding.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel des Verfahrens zur Herstellung einer Batteriezelle werden nach dem Wickeln an den Verbindungsstreifenflächen Ableiterfahnen angebracht, insbesondere angeschweißt. Das Anbringen der Ableiterfahnen nach dem Wickeln kann das Wickeln des Stapels vereinfachen.In an alternative exemplary embodiment of the method for producing a battery cell, conductor tabs are attached, in particular welded, to the connecting strip surfaces after winding. Attaching the arrester tabs after winding can simplify the winding of the stack.
Ferner sieht eine Weiterbildung des Verfahrens zur Herstellung einer Batteriezelle vor, dass die Abstände der Verbindungsstreifenflächen, die Dicke des Anodenelektrode, des ersten Separators, der Kathodenelektrode und des zweiten Separators sowie die Wickelgeometrie so angepasst sind, dass die Verbindungsstreifenflächen der Anodenelektrode auf einer Seite einer Ebene, in der die Wickelachse liegt, angeordnet und die Verbindungsstreifenflächen der Kathodenelektrode auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet sind. Alternativ oder zusätzlich können die Ableiterfahnen so übereinander angeordnet werden, sowohl bei einem Elektrodenwickel als auch bei einem Elektrodenstapel, dass ein Multi-Tab Design verwirklicht wird.Furthermore, a development of the method for producing a battery cell provides that the distances between the connecting strip surfaces, the thickness of the anode electrode, the first separator, the cathode electrode and the second separator, and the winding geometry are adapted such that the connecting strip surfaces of the anode electrode are on one side of a plane , in which the winding axis is located, and the connecting strip surfaces of the cathode electrode are arranged on the opposite side. Alternatively or additionally, the conductor tabs can be arranged one above the other, both in the case of an electrode coil and in an electrode stack, in such a way that a multi-tab design is achieved.
Auf diese Weise können die der Anode zugeordneten elektrischen Kontakte sauber von den der Kathode zugeordneten elektrischen Kontakten getrennt und Kurzschlüsse vermieden werden. Dies kann die Betriebssicherheit der Batteriezellen verbessern.In this way, the electrical contacts assigned to the anode can be cleanly separated from the electrical contacts assigned to the cathode and short circuits can be avoided. This can improve the operational safety of the battery cells.
Nach einem vierten Aspekt wird eine Batteriezelle vorgeschlagen. Die Batteriezelle kann insbesondere mit einem der vorstehend beschriebenen Verfahren hergestellt sein. Die Batteriezelle weist einen um eine Wickelachse gewickelten Stapel auf. Der Stapel umfasst eine Anodenelektrode, einen ersten Separators, welcher auf der Anodenelektrodenbeschichtung der Anodenelektrode angeordnet ist, eine Kathodenelektrode welche mit der Kathodenelektrodenbeschichtung auf dem ersten Separator angeordnet ist, und eine zweiten Separator auf. Die Anodenelektrode und/oder die Kathodenelektrode können mit einem der vorstehend genannten Verfahren hergestellt worden sein. Der zweite Separator kann auf der Kathodenelektrode oder auf der der Anodenelektrodenbeschichtung der Anodenelektrode abgewandten Seite angeordnet sein. Die Verbindungsstreifenflächen der Anodenelektrode sind auf einer Seite einer Ebene, in der die Wickelachse liegt, angeordnet und die Verbindungsstreifenflächen der Kathodenelektrode sind auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet. Die mit der vorgeschlagenen Batteriezelle einhergehenden Vorteile einer höheren Energiedichte und einer verringerten Kurzschlussgefahr sind voranstehend erläutert worden.According to a fourth aspect, a battery cell is proposed. The battery cell can in particular be produced using one of the methods described above. The battery cell has a stack wound around a winding axis. The stack comprises an anode electrode, a first separator which is arranged on the anode electrode coating of the anode electrode, a cathode electrode which is arranged with the cathode electrode coating on the first separator, and a second separator. The anode electrode and / or the cathode electrode can have been produced using one of the methods mentioned above. The second separator can be arranged on the cathode electrode or on the side facing away from the anode electrode coating of the anode electrode. The connecting strip surfaces of the anode electrode are arranged on one side of a plane in which the winding axis lies, and the connecting strip surfaces of the cathode electrode are arranged on the opposite side. The advantages associated with the proposed battery cell of a higher energy density and a reduced risk of short circuit have been explained above.
In einer Ausgestaltung der Batteriezelle schneiden die Verbindungsstreifenflächen im aufgewickelten Zustand eine zweite Ebene, welche parallel zu der Wickelachse der Elektrode ausgerichtet ist, und wobei die zweite Ebene die erste Ebene schneidet. Dis kann das elektrische Verbinden der metallischen Kollektorfolien mit den Anschlüssen der Batteriezelle vereinfachen.In one configuration of the battery cell, the connecting strip surfaces cut a second plane in the wound state, which is aligned parallel to the winding axis of the electrode, and wherein the second plane intersects the first plane. This can simplify the electrical connection of the metallic collector foils to the connections of the battery cell.
Eine vorteilhafte Ausgestaltung der Batteriezelle sieht vor, dass der gewickelte Stapel einen im Wesentlichen kreisrunden oder einen im Wesentlichen polygonalen Querschnitt senkrecht zur Wickelachse hat. Bei einem im Wesentlichen kreisrunden Querschnitt ändert sich die Krümmung des Stapels langsam und kontinuierlich, was ein Knicken des Stapels beim Wickeln vermeiden kann und eine dichtere Wicklung mit einer damit einhergehenden höheren Energiedichte bezogen auf die Querschnittsfläche des Stapels ermöglich kann. Die Bereitstellung eines Stapels mit im Wesentlichen polygonalen Querschnitt kann demgegenüber die Bereitstellung von Batterien, welche eine Vielzahl von Batteriezellen umfassen, vereinfachen. Insbesondere Stapel und somit Batteriezellen mit einem rechteckigen, dreieckigen oder hexagonalen Querschnitt lassen sich besonders dicht packen, so dass ein gegebenes Volumen, z.B. in einem Elektrofahrzeug, optimal ausgenutzt werden kann.An advantageous embodiment of the battery cell provides that the wound stack has an essentially circular or an essentially polygonal cross section perpendicular to the winding axis. In the case of an essentially circular cross section, the curvature of the stack changes slowly and continuously, which can prevent the stack from buckling during winding and a denser winding with an associated higher energy density based on the cross-sectional area of the stack. In contrast, the provision of a stack with an essentially polygonal cross section can simplify the provision of batteries which comprise a multiplicity of battery cells. In particular, stacks and thus battery cells with a rectangular, triangular or hexagonal cross section can be packed particularly densely, so that a given volume, e.g. in an electric vehicle, can be optimally used.
Eine Batterie kann eine oder mehrere der vorgeschlagenen, ggf. miteinander elektrisch verbundenen Batteriezellen umfassen. Die Batterie kann insbesondere als Energiespeicher eines Kraftfahrzeugs verwendet werden. Ein Personenkraftwagen oder Lastkraftwagen, welcher eine der hier offenbarten Batterien aufweist, kann sich durch eine gegenüber herkömmlichen Elektrofahrzeugen höhere Reichweite aufweisen. Bei den beschriebenen Batteriezellen kann es sich um Primärzellen, insbesondere aber auch um wieder aufladbare Sekundärzellen (Akkumulatorzellen) handeln.A battery can include one or more of the proposed battery cells, which may be electrically connected to one another. The battery can be used in particular as an energy store in a motor vehicle. A passenger car or lorry, which has one of the batteries disclosed here, can have a greater range than conventional electric vehicles. The battery cells described can be primary cells, but in particular also rechargeable secondary cells (accumulator cells).
Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung werden mit Hilfe der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Dabei zeigt wenigstens teilweise schematisch:
-
1 eine beispielhafte Vorrichtung zur Herstellung einer wickelbaren Elektrode; -
2 einen Abschnitt der in1 gezeigten Vorrichtung; -
3 beispielhafte Zwischen- und Endprodukte bei der Ausführung eines Verfahrens zur Herstellung einer wickelbaren Elektrode mit der in den1 und2 gezeigten Vorrichtung; -
4 einen Stapel mit wickelbaren Elektroden gemäß3 in einem Längsschnitt entlang einer SchnittachseX3 -X3 ; -
5 Stapel nach4 im Querschnitt entlang der SchnittachseX2 -X2 ; -
6 eine beispielhafte Batteriezelle mit einem gewickelten Stapel nach4 und5 ; -
7 die Batteriezelle nach6 entlang einer SchnittachseX3 -X3 ; -
8 ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung einer wickelbaren Elektrode gemäß dem ersten Aspekt; -
9 ein alternatives Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung einer wickelbaren Elektrode gemäß dem ersten Aspekt; -
10 ein erstes Ausführungsbeispiel einer wickelbaren Elektrode gemäß dem ersten Aspekt in der Aufsicht; -
11 ein zweites Ausführungsbeispiel einer wickelbare Elektrode gemäß dem ersten Aspekt in der Aufsicht; -
12 einen Stapel mit wickelbaren Elektroden gemäß dem in10 gezeigten Ausführungsbeispiel oder gemäß dem in11 gezeigten Ausführungsbeispiel im Längsschnitt; -
13 den in der12 gezeigten Stapel im gewickelten Zustand; und -
14 ein Ausführungsbeispiel einer Batteriezelle nach dem vierten Aspekt mit einem Stapel gemäß13 .
-
1 an exemplary device for producing a windable electrode; -
2 a section of the in1 shown device; -
3 exemplary intermediate and end products in the execution of a method for producing a windable electrode with the in the1 and2 shown device; -
4 according to a stack with windable electrodes3 in a longitudinal section along a cutting axisX3 -X3 ; -
5 Stack after4 in cross section along the cutting axisX2 -X2 ; -
6 an exemplary battery cell with a wound stack after4 and5 ; -
7 the battery cell after6 along an intersection axisX3 -X3 ; -
8th an embodiment of a device for producing a windable electrode according to the first aspect; -
9 an alternative embodiment of a device for producing a windable electrode according to the first aspect; -
10 a first embodiment of a windable electrode according to the first aspect in plan; -
11 a second embodiment of a windable electrode according to the first aspect in plan; -
12 a stack with windable electrodes according to the in10 shown embodiment or according to the in11 embodiment shown in longitudinal section; -
13 the one in the12 shown stack in the wound state; and -
14 an embodiment of a battery cell according to the fourth aspect with a stack according to13 ,
Anhand der
Zunächst wird eine metallische Kollektorfolie
Wie in der
Nach dem Aufbringen der Elektrodenbeschichtung
Die
Der Stapel weist vorzugsweise eine Anodenfolie
Die
In der
Anhand der
Die metallische Kollektorfolie
Mittels einer Düse
Nach dem Aushärten der Elektrodenbeschichtungsflüssigkeit
In der
Aufgrund der im Wesentlichen vollflächigen Beschichtung der Kollektorfolie
Anhand der
Zunächst wird vorzugsweise eine Haftvermittlerschicht
Weiter vorzugsweise wird eine selbsttragende Elektrodenbeschichtungsfolie
Nach dem Aufbringen der Elektrodenbeschichtungsfolie
In der
Bis auf die Verbindungsstreifenflächen
Der Stapel umfasst eine Anodenelektrode
Die Anodenelektrode
Der Abstand
Zudem liegen sich die Verbindungsstreifenflächen der Anodenfolie
In der
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Stapel so gewickelt, dass die Kathodenelektrode 200kw innen und die Anodenelektrode
Der Stapel ist vorzugsweise um eine Wickelachse gewickelt, die zwischen den beiden innersten, sich unmittelbar gegenüberliegenden Abschnitten des zweiten Separators
Die Verbindungsstreifenflächen
Das Gehäuse
Gegenüber dem in Bezug auf die
Zudem entfällt die Notwendigkeit der seitlich überstehenden Ränder der metallischen Kollektorfolien, so dass ein größerer Anteil des Volumens innerhalb des Gehäuses für die aktiven, sich gegenüberliegenden Oberflächenbereich der Anodenelektrode und Kathodenelektrode genutzt werden kann. Hierdurch kann die Energiedichte der Batteriezelle weiter erhöht werden. Zudem kann durch die verbesserte Trennung der Kathodenanschlüsse und Anodenanschlüsse die Strombelastbarkeit der beschriebenen Batteriezelle erhöht sein.In addition, there is no need for the laterally projecting edges of the metallic collector foils, so that a larger proportion of the volume inside the housing can be used for the active, opposing surface areas of the anode electrode and cathode electrode. In this way, the energy density of the battery cell can be increased further. In addition, the current capacity of the battery cell described can be increased by the improved separation of the cathode connections and anode connections.
Die im Vorhergehenden beschriebenen Ausführungsbeispiele der erfindungsgemäßen Batteriezelle können insbesondere als Lithium-Ionen-Zelle verwirklicht sein.The exemplary embodiments of the battery cell according to the invention described above can in particular be implemented as a lithium-ion cell.
BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS
- AA
- Abstand der VerbindungsstreifenflächenDistance of the connecting strip surfaces
- A1A1
- Abstand der VerbindungsstreifenflächenDistance of the connecting strip surfaces
- A2A2
- Abstand der VerbindungsstreifenflächenDistance of the connecting strip surfaces
- LL
- Längsrichtung der ElektrodeLongitudinal direction of the electrode
- BB
- Breite der ElektrodeWidth of the electrode
- E1E1
- erste Ebenefirst floor
- E2E2
- zweite Ebenesecond level
- 101101
- metallische Kollektorfoliemetallic collector foil
- 101v101v
- verdichtete metallische Kollektorfoliecompressed metallic collector foil
- 101a101
- Anodenfolieanode foil
- 101k101k
- Kathodenfoliecathode foil
- 102102
- Elektrodenbeschichtungelectrode coating
- 102a102
- AnodenelektrodenbeschichtungAnode electrode coating
- 102k102k
- KathodenelektrodenbeschichtungCathode electrode coating
- 102v102v
- verdichtete Elektrodenbeschichtungcompressed electrode coating
- 106106
- erster Separatorfirst separator
- 107107
- zweiter Separatorsecond separator
- 108108
- Gehäusecasing
- 110110
-
Düse
110 jet 110 - 121121
- Walzeroller
- 122122
- Walzeroller
- 150a150a
- BatteriezellenkontaktBattery cells Contact
- 150k150k
- BatteriezellenkontaktBattery cells Contact
- 200200
- wickelbare Elektrodewindable electrode
- 200a200a
- Anodenelektrodeanode electrode
- 200k200k
- Kathodenelektrodecathode electrode
- 200aw200AW
- Anodenelektrode im aufgewickelten ZustandAnode electrode in the wound state
- 201201
- metallische Kollektorfoliemetallic collector foil
- 201a201
- Anodenfolieanode foil
- 201k201k
- Kathodenfoliecathode foil
- 201v201v
- verdichtete, metallische Kollektorfoliecompressed, metallic collector foil
- 202202
- Elektrodenbeschichtungelectrode coating
- 202a202a
- AnodenelektrodenbeschichtungAnode electrode coating
- 202k202k
- KathodenelektrodenbeschichtungCathode electrode coating
- 202f202f
- ElektrodenbeschichtungsfolieElectrode coating film
- 20212021
- ElektrodenbeschichtungsflüssigkeitElectrode coating liquid
- 202v202V
- verdichtete, Elektrodenbeschichtungcompacted, electrode coating
- 203203
- VerbindungsstreifenflächenConnecting strip surfaces
- 203aw203aw
- VerbindungsstreifenflächenConnecting strip surfaces
- 203kw203kw
- VerbindungsstreifenflächenConnecting strip surfaces
- 204204
- Ableiterfahnenoutput lugs
- 205205
- HaftvermittlerschichtBonding layer
- 206206
- erster Separatorfirst separator
- 207207
- zweiter Separatorsecond separator
- 300300
- Batteriezellebattery cell
Claims (19)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018210177.9A DE102018210177A1 (en) | 2018-06-22 | 2018-06-22 | Windable electrode |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DE102018210177.9A DE102018210177A1 (en) | 2018-06-22 | 2018-06-22 | Windable electrode |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE102018210177A1 true DE102018210177A1 (en) | 2019-12-24 |
Family
ID=68805919
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE102018210177.9A Pending DE102018210177A1 (en) | 2018-06-22 | 2018-06-22 | Windable electrode |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE102018210177A1 (en) |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPH11317218A (en) * | 1998-04-30 | 1999-11-16 | Toyota Central Res & Dev Lab Inc | Sheet electrode |
EP1207565A2 (en) * | 2000-11-17 | 2002-05-22 | Japan Storage Battery Co., Ltd. | Battery with spirally wound electrode assembly |
US20120009450A1 (en) * | 2010-07-12 | 2012-01-12 | Kwan-Sic Chun | Electrode assembly and rechargeable battery including the same |
-
2018
- 2018-06-22 DE DE102018210177.9A patent/DE102018210177A1/en active Pending
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