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 in 1 gezeigten Vorrichtung;
  • 3 beispielhafte Zwischen- und Endprodukte bei der Ausführung eines Verfahrens zur Herstellung einer wickelbaren Elektrode mit der in den 1 und 2 gezeigten Vorrichtung;
  • 4 einen Stapel mit wickelbaren Elektroden gemäß 3 in einem Längsschnitt entlang einer Schnittachse X3-X3;
  • 5 Stapel nach 4 im Querschnitt entlang der Schnittachse X2-X2;
  • 6 eine beispielhafte Batteriezelle mit einem gewickelten Stapel nach 4 und 5;
  • 7 die Batteriezelle nach 6 entlang einer Schnittachse X3-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 in 10 gezeigten Ausführungsbeispiel oder gemäß dem in 11 gezeigten Ausführungsbeispiel im Längsschnitt;
  • 13 den in der 12 gezeigten Stapel im gewickelten Zustand; und
  • 14 ein Ausführungsbeispiel einer Batteriezelle nach dem vierten Aspekt mit einem Stapel gemäß 13.
Embodiments and advantages of the invention are explained in more detail with the aid of the following figures. At least partially shows schematically:
  • 1 an exemplary device for producing a windable electrode;
  • 2 a section of the in 1 shown device;
  • 3 exemplary intermediate and end products in the execution of a method for producing a windable electrode with the in the 1 and 2 shown device;
  • 4 according to a stack with windable electrodes 3 in a longitudinal section along a cutting axis X3 - X3 ;
  • 5 Stack after 4 in cross section along the cutting axis X2 - X2 ;
  • 6 an exemplary battery cell with a wound stack after 4 and 5 ;
  • 7 the battery cell after 6 along an intersection axis X3 - 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 in 10 shown embodiment or according to the in 11 embodiment shown in longitudinal section;
  • 13 the one in the 12 shown stack in the wound state; and
  • 14 an embodiment of a battery cell according to the fourth aspect with a stack according to 13 ,

Anhand der 1, welche eine erste Vorrichtung zur Herstellung einer wickelbaren Elektrode schematisch dargestellt, wird nachfolgend ein Verfahren zur Herstellung einer wickelbaren Elektrode erläutert, dessen Zwischen- und Endprodukte in der 3 dargestellt sind.Based on 1 , which schematically shows a first device for producing a windable electrode, a method for producing a windable electrode is explained below, the intermediate and end products of which 3 are shown.

Zunächst wird eine metallische Kollektorfolie 101 bereitgestellt und auf diese eine Elektrodenbeschichtung 102 aufgebracht. In der 1 ist dazu eine Düse 110 zum Aufbringen der Elektrodenbeschichtung 102 angedeutet.First, a metallic collector sheet 101 provided and an electrode coating on this 102 applied. In the 1 is a nozzle for this 110 for applying the electrode coating 102 indicated.

Wie in der 3a dargestellt, wird die Elektrodenbeschichtung 102 nicht über die gesamte Breite B der metallischen Kollektorfolie 101 aufgebracht, sondern es verbleibt im Wesentlichen symmetrisch auf beiden Seiten ein Rand der metallischen Kollektorfolie 101 unbedeckt.Like in the 3a is shown, the electrode coating 102 not across the entire width B the metallic collector foil 101 applied, but it remains essentially symmetrical on both sides of an edge of the metallic collector film 101 uncovered.

Nach dem Aufbringen der Elektrodenbeschichtung 102 wird diese zusammen mit der metallischen Kollektorfolie 101 mittels zweier Walzen 121 und 122 verdichtet. Die verdichtete Elektrode weist dann eine verdichtete metallische Kollektorfolie 101v und eine verdichtete Elektrodenbeschichtung 102v auf. Da die Elektrodenbeschichtung 102 die metallische Kollektorfolie 101 nicht über die vollständige Breite bedeckt, wie es auch in der 2 dargestellt ist, kann der Druck, den die Walzen 121 und 122 auf die Elektrode ausüben, über die Breite variieren. Dies kann dazu führen, dass sich insbesondere im Übergangsbereich zwischen bedecktem und unbedecktem Bereich der metallischen Kollektorfolie 101v Welligkeiten ausbilden, wie es in den 3b und 3c angedeutet ist. Nach dem Verdichten kann die Elektrode auf solche Weise besäumt werden, dass nur auf einer Seite ein unbedeckter Rand der metallischen Kollektorfolie 101v verbleibt, wie es in 3c dargestellt ist.After applying the electrode coating 102 this is together with the metallic collector foil 101 by means of two rollers 121 and 122 compacted. The compressed electrode then has a compressed metallic collector foil 101v and a densified electrode coating 102v on. Because the electrode coating 102 the metallic collector foil 101 not covered over the full width as it is in the 2 is shown, the pressure that the rollers 121 and 122 on exercise the electrode, vary across the width. This can lead to the fact that, particularly in the transition area between the covered and uncovered area of the metallic collector foil 101v Form ripples as in the 3b and 3c is indicated. After compacting, the electrode can be trimmed in such a way that an uncovered edge of the metallic collector foil is only on one side 101v remains as it is in 3c is shown.

Die 4 zeigt in einem Längsquerschnitt einen Stapel zur Herstellung einer Batterie entlang einer Schnittachse X1-X1 der 3c.The 4 shows in a longitudinal cross section a stack for producing a battery along a cutting axis X1 - X1 the 3c ,

Der Stapel weist vorzugsweise eine Anodenfolie 101a, eine Anodenelektrodenbeschichtung 102a, einen ersten Separator 106, eine Kathodenelektrodenbeschichtung 102k, eine Kathodenfolie 102k und einen zweiten Separator 107 auf.The stack preferably has an anode foil 101 , an anode electrode coating 102 , a first separator 106 , a cathode electrode coating 102k , a cathode foil 102k and a second separator 107 on.

Die 5 zeigt den Stapel nach 4 nochmals im Querschnitt gemäß der in 4 eingezeichneten Schnittachse X2-X2. Gut zu erkennen ist, dass jeweils die Anodenfolie 101a nach rechts und die Kathodenfolie 101k nach links aus dem Stapel hervorragt.The 5 shows the stack 4 again in cross section according to the in 4 drawn cutting axis X2 - X2 , It is easy to see that the anode foil 101 to the right and the cathode foil 101k protrudes to the left from the stack.

In der 6 ist der gewickelte Stapel von der Seite und in der 7 von vorne entlang der in der 6 eingezeichneten Schnittachse X3-X3 schematisch in einem quaderförmigen Gehäuse 108 gezeigt. Die vorstehenden Abschnitte der Anodenfolie 101a und der Kathodenfolie 101k sind jeweils mit Batteriezellenkontakten 150a und 150k verbunden. Vorzugsweise bilden der Stapel mit dem Gehäuse 108 und den Batteriezellenkontakten 150a und 150k eine Batteriezelle.In the 6 is the wound stack from the side and in the 7 from the front along the in the 6 drawn cutting axis X3 - X3 schematically in a cuboid housing 108 shown. The protruding sections of the anode foil 101 and the cathode foil 101k are each with battery cell contacts 150a and 150k connected. Preferably form the stack with the housing 108 and the battery cell contacts 150a and 150k a battery cell.

Anhand der 8, welche ein Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung zur Herstellung einer wickelbaren Elektrode schematisch dargestellt, wird nachfolgend ein Verfahren zur Herstellung einer wickelbaren Elektrode gemäß dem zweiten Aspekt für eine Batteriezelle mit einer metallischen Kollektorfolie 201 und einer wenigstens einseitigen Elektrodenbeschichtung 202 erläutert. Die Elektrodenbeschichtung 202 wird mit Ausnahme von Verbindungsstreifenflächen 203 der metallischen Kollektorfolie 201, welche sich quer zu einer Längsrichtung der metallischen Kollektorfolie 201 über eine gesamte Breite der metallischen Kollektorfolie 201 erstrecken, in diesem Ausführungsbeispiel des Verfahrens vorzugsweise im Wesentlichen vollflächig auf der metallischen Kollektorfolie 201 aufgebracht.Based on 8th , which schematically shows an exemplary embodiment of a device for producing a windable electrode, a method for producing a windable electrode according to the second aspect for a battery cell with a metallic collector foil is described below 201 and an at least one-sided electrode coating 202 explained. The electrode coating 202 with the exception of connecting strip surfaces 203 the metallic collector foil 201 which are transverse to a longitudinal direction of the metallic collector foil 201 over an entire width of the metallic collector foil 201 extend, in this exemplary embodiment of the method preferably essentially over the entire surface of the metallic collector foil 201 applied.

Die metallische Kollektorfolie 201 kann in dem gezeigten Beispiel als kontinuierliche metallische Kollektorfolie 201 bereitgestellt werden und wird in der 8 von links nach rechts transportiert.The metallic collector foil 201 can in the example shown as a continuous metallic collector foil 201 be provided and will be in the 8th transported from left to right.

Mittels einer Düse 211 kann eine Elektrodenbeschichtungsflüssigkeit 2021 intermittierend auf die metallische Kollektorfolie 201 aufgebracht werden. Dabei kann in vorbestimmten Abständen von einer Beschichtung mit der Elektrodenbeschichtungsflüssigkeit 2021 abgesehen werden, so dass eine Verbindungsstreifenfläche 203 unbeschichtet bleiben kann.Using a nozzle 211 can be an electrode coating liquid 2021 intermittently on the metallic collector foil 201 be applied. In this case, coating with the electrode coating liquid can take place at predetermined intervals 2021 be disregarded so that a connecting strip surface 203 can remain uncoated.

Nach dem Aushärten der Elektrodenbeschichtungsflüssigkeit 202l, welches gegebenenfalls durch eine Wärmebehandlung, durch UV-Strahlung und/oder einen Härter beschleunigt werden kann, kann die Elektrodenbeschichtung 202 zusammen mit der metallischen Kollektorfolie 201 zwischen zwei Walzen 221 und 222 verdichtet werden, ähnlich wie es in Bezug auf 1 beschrieben worden ist.After the electrode coating liquid has hardened 202l The electrode coating can be accelerated by heat treatment, UV radiation and / or a hardener 202 together with the metallic collector foil 201 between two rollers 221 and 222 be condensed, similar to how it is in relation to 1 has been described.

In der 10 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Elektrode dargestellt, welche vorzugsweise mit dem in Bezug auf 8 beschriebenen Herstellungsverfahren hergestellt wurde. Daher weist die Elektrode eine verdichtete metallische Kollektorfolie 201v und eine verdichtete Elektrodenbeschichtung 202v auf.In the 10 A first exemplary embodiment of an electrode according to the invention is shown, which preferably corresponds to that with reference to FIG 8th described manufacturing process was produced. The electrode therefore has a compressed metallic collector foil 201v and a densified electrode coating 202V on.

Aufgrund der im Wesentlichen vollflächigen Beschichtung der Kollektorfolie 201v können Welligkeiten, wie sie bei dem mittels der 1 bis 3 beschriebenen Verfahren auftreten können, vorzugsweise verringert oder sogar vollständig vermieden werden. Welligkeiten könnten bei der Weiterverarbeitung zu mechanischen Defekten der metallischen Kollektorfolie führen. Die im Wesentlichen vollflächige Beschichtung der metallischen Kollektorfolie kann eine höhere Verdichtung der Elektrode ermöglichen, welche nicht durch die beim Verfahren gemäß 1 bis 3 auftretenden Welligkeiten limitiert ist. Aufgrund der höheren Verdichtung der Elektroden kann die Energiedichte der Batteriezellen erhöht werden.Due to the essentially full-surface coating of the collector film 201v can ripples, as in the case of the 1 to 3 described methods can occur, preferably reduced or even completely avoided. Waviness could lead to mechanical defects in the metallic collector foil during further processing. The essentially full-surface coating of the metallic collector foil can enable a higher compression of the electrode, which is not the result of the method according to 1 to 3 occurring ripples is limited. Due to the higher compression of the electrodes, the energy density of the battery cells can be increased.

Anhand der 9, welche eine alternative Vorrichtung zur Herstellung einer wickelbaren Elektrode schematisch dargestellt, wird nachfolgend ein weiteres Verfahren gemäß dem zweiten Aspekt zur Herstellung einer wickelbaren Elektrode für eine Batteriezelle dargestellt.Based on 9 , which schematically shows an alternative device for producing a windable electrode, a further method according to the second aspect for producing a windable electrode for a battery cell is shown below.

Zunächst wird vorzugsweise eine Haftvermittlerschicht 205 mittels einer Düse 212 intermittierend auf die metallische Kollektorfolie 201 aufgebracht. Die Haftvermittlerschicht kann dabei insbesondere ein Polymer und/oder Kohlenstoff aufweisen.First, an adhesion promoter layer is preferred 205 by means of a nozzle 212 intermittently on the metallic collector foil 201 applied. The adhesion promoter layer can in particular have a polymer and / or carbon.

Weiter vorzugsweise wird eine selbsttragende Elektrodenbeschichtungsfolie 202f auf einer Rolle 232 bereitgestellt. Die selbsttragende Elektrodenbeschichtungsfolie 202f haftet dabei vorzugsweise nur auf den mit der Haftvermittlerschicht 205 versehenen Bereichen. Auf den anderen Bereichen, d.h. den Verbindungsflächenbereichen, kann sie z.B. durch Abblasen entfernt werden. Es ist auch denkbar, die Rolle 232 mit passend zugeschnittenen Elektrodenbeschichtungsfolienabschnitten auszustatten, die automatisch auf den passenden Bereich der Haftvermittlerschicht 205 aufgetragen werden.A self-supporting electrode coating film is further preferred 202f on a roll 232 provided. The self-supporting electrode coating film 202f preferably adheres only to those with the adhesion promoter layer 205 provided areas. On the other areas, ie the connecting area areas, it can be, for example, by Blow off can be removed. The role is also conceivable 232 to be equipped with appropriately cut electrode coating film sections that automatically apply to the appropriate area of the adhesion promoter layer 205 be applied.

Nach dem Aufbringen der Elektrodenbeschichtungsfolie 202f können die metallische Kollektorfolie 201, die Haftvermittlerschicht 205 und die Elektrodenbeschichtungsfolie 202f zusammen mittels der Walzen 221 und 222 verdichtet werden. Alternativ zur Verwendung einer selbsttragenden Elektrodenbeschichtungsfolie 202f ist auch die Kombination der Verwendung einer Haftvermittlerschicht mit einer Elektrodenbeschichtungsflüssigkeit 202l, wie es in Bezug auf 8 beschrieben worden ist, oder einem Elektrodenbeschichtungspulver denkbar.After applying the electrode coating film 202f can use the metallic collector foil 201 who have favourited Bonding Layer 205 and the electrode coating sheet 202f together by means of the rollers 221 and 222 be compressed. As an alternative to using a self-supporting electrode coating film 202f is also the combination of using an adhesion promoter layer with an electrode coating liquid 202l how it is in terms of 8th has been described, or an electrode coating powder is conceivable.

In der 11 ist ein zweites Ausführungsbeispiel einer wickelbare Elektrode 200 dargestellt, welche vorzugsweise mit einem Herstellungsverfahren hergestellt wurde, wie es in Bezug auf die 8 oder 9 erläutert wurde.In the 11 is a second embodiment of a windable electrode 200 shown, which was preferably produced with a manufacturing method, as it is in relation to the 8th or 9 was explained.

Bis auf die Verbindungsstreifenflächen 203 ist die metallische Kollektorfolie vorzugsweise vollflächig mit der Elektrodenbeschichtung 202 bedeckt. Die Verbindungsstreifenflächen 203 erstrecken sich dabei vorzugsweise quer zur Längsrichtung L der metallischen Kollektorfolie über deren gesamte Breite B. Weiter sind die Verbindungsstreifenflächen 203 zum Anbringen, insbesondere Anschweißen, von Ableiterfahnen 204 eingerichtet. Die Verbindungsstreifenflächen weisen dabei vorzugsweise einen vordefinierten Abstand A auf.Except for the connecting strip surfaces 203 the metallic collector foil is preferably full-surface with the electrode coating 202 covered. The connecting strip surfaces 203 preferably extend transversely to the longitudinal direction L the metallic collector foil over its entire width B , The connecting strip surfaces are further 203 for attaching, in particular welding, arrester tabs 204 set up. The connecting strip surfaces preferably have a predefined distance A on.

12 zeigt einen weiteren Stapel zur Herstellung einer Batteriezelle mit einer wickelbaren Elektrode gemäß 10 oder 11. 12 shows a further stack for producing a battery cell with a windable electrode according to 10 or 11 ,

Der Stapel umfasst eine Anodenelektrode 200a, einen ersten Separator 206, eine Kathodenelektrode 200k und einen zweiten Separator 207.The stack includes an anode electrode 200a , a first separator 206 , a cathode electrode 200k and a second separator 207 ,

Die Anodenelektrode 200a und die Kathodenelektrode sind dabei vorzugsweise so angeordnet, dass die Anodenelektrodenbeschichtung 202a und die Kathodenelektrodenbeschichtung 202k sich einander gegenüber liegen und nur durch den ersten Separator 206 getrennt sind.The anode electrode 200a and the cathode electrode are preferably arranged such that the anode electrode coating 202a and the cathode electrode coating 202k face each other and only through the first separator 206 are separated.

Der Abstand A1 der Verbindungsstreifenflächen der Anodenfolie 201a kann sich von dem Abstand A2 der Verbindungsstreifenflächen der Kathodenfolie 201k unterscheiden.The distance A1 the connecting strip surfaces of the anode foil 201 can differ from the distance A2 the connecting strip surfaces of the cathode foil 201k differ.

Zudem liegen sich die Verbindungsstreifenflächen der Anodenfolie 201a und der Kathodenfolie 201k vorzugsweise nicht gegenüber.In addition, the connecting strip surfaces of the anode foil lie 201 and the cathode foil 201k preferably not opposite.

In der 13 ist der in 12 gezeigte Stapel in gewickeltem Zustand gezeigt.In the 13 is the in 12 shown stack shown in the wound state.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Stapel so gewickelt, dass die Kathodenelektrode 200kw innen und die Anodenelektrode 200aw außen liegt. Dementsprechend werden die Abmessungen der Kathodenelektrode 200k und der Anodenelektrode 200a im in 12 gezeigten Stapel vorzugsweise so gewählt, dass die Anodenelektrode 200a länger ist als die Kathodenelektrode 200k.In the exemplary embodiment shown, the stack is wound such that the cathode electrode 200kw is on the inside and the anode electrode 200AW is outside. Accordingly, the dimensions of the cathode electrode 200k and the anode electrode 200a in in 12 shown stack preferably chosen so that the anode electrode 200a is longer than the cathode electrode 200k ,

Der Stapel ist vorzugsweise um eine Wickelachse gewickelt, die zwischen den beiden innersten, sich unmittelbar gegenüberliegenden Abschnitten des zweiten Separators 207 angeordnet ist.The stack is preferably wound around a winding axis, which is between the two innermost, immediately opposite sections of the second separator 207 is arranged.

Die Verbindungsstreifenflächen 203a der Anodenelektrode 200aw sind vorzugsweise auf einer Seite einer Ebene E1, in der die Wickelachse liegt, nämlich der (rechten) Seite S1 angeordnet. Demgegenüber sind die Verbindungsstreifenflächen 200kw der Kathodenelektrode 200kw vorzugsweise auf der gegenüberliegenden (linken) Seite S2 angeordnet. Weiter schneiden die Verbindungsstreifenflächen 203a und 203k im aufgewickelten Zustand vorzugsweise eine zweite Ebene E2, welche parallel zu der Wickelachse ausgerichtet ist und die erste Ebene vorzugsweise schneidet.The connecting strip surfaces 203a the anode electrode 200AW are preferably on one side of a plane E1 , in which the winding axis lies, namely the (right) side S1 arranged. In contrast are the connecting strip surfaces 200kw the cathode electrode 200kw preferably on the opposite (left) side S2 arranged. The connecting strip surfaces also cut 203a and 203k preferably a second level in the wound state E2 , which is aligned parallel to the winding axis and preferably intersects the first plane.

14 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Batteriezelle 300 gemäß dem vierten Aspekt mit einem Gehäuse 208 und einem Stapel gemäß der 12 und 13. 14 shows an embodiment of a battery cell 300 according to the fourth aspect with a housing 208 and a stack according to the 12 and 13 ,

Das Gehäuse 208 der Batteriezelle 300 kann beispielsweise aus Aluminium oder Edelstahl gefertigt sein. Die Verwendung von Aluminium kann Gewichtsvorteile haben. Ein Gehäuse 208 aus Edelstahl kann einfacher zu fertigen sein, z.B. durch Schweißen, und/oder eine höhere Sicherheit gegenüber mechanischer Beanspruchung der Batteriezelle bieten.The housing 208 the battery cell 300 can be made of aluminum or stainless steel, for example. The use of aluminum can have weight advantages. A housing 208 stainless steel can be easier to manufacture, for example by welding, and / or offer greater security against mechanical stress on the battery cell.

Gegenüber dem in Bezug auf die 6 und 7 beschriebenen Beispiel einer Batteriezelle kann ein größeres Volumen innerhalb des Gehäuses 208 für den Stapel genutzt werden, da die Batteriezellenkontakte sehr einfach mit den Ableiterfahnen 204 verbunden werden können.Compared to that in terms of 6 and 7 The example of a battery cell described can have a larger volume within the housing 208 can be used for the stack, since the battery cell contacts are very easy with the conductor tabs 204 can be connected.

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)

Wickelbare Elektrode (200) für eine Batteriezelle (300) mit einer metallischen Kollektorfolie (201), und mit einer wenigstens einseitigen Elektrodenbeschichtung (202), dadurch gekennzeichnet, dass 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.Windable electrode (200) for a battery cell (300) with a metallic collector foil (201), and with an at least one-sided electrode coating (202), characterized in that 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 essentially over the entire surface of the metallic collector foil (201). Wickelbare Elektrode (200) nach Patentanspruch 1, wobei wickelbare Elektrode eine Kathodenelektrode (200k), die metallische Kollektorfolie (201) eine Kathodenfolie (201k) und die Elektrodenbeschichtung eine Kathodenelektrodenbeschichtung (202k) ist oder wobei die wickelbare Elektrode eine Anodenelektrode (200a), die metallische Kollektorfolie (201) eine Anodenfolie (201a) und die Elektrodenbeschichtung (202) eine Anodenelektrodenbeschichtung (202a) ist.Windable electrode (200) after Claim 1 , where the windable electrode is a cathode electrode (200k), the metallic collector foil (201) is a cathode foil (201k) and the electrode coating is a cathode electrode coating (202k), or wherein the wound electrode is an anode electrode (200a), the metallic collector foil (201) is an anode foil ( 201a) and the electrode coating (202) is an anode electrode coating (202a). Wickelbare Elektrode (200) nach einem der Patentansprüche 1 oder 2, wobei die Verbindungsstreifenflächen (203) zum Anbringen, insbesondere Anschweißen, von Ableiterfahnen (204) eingerichtet sind.Windable electrode (200) according to one of the Claims 1 or 2 , wherein the connecting strip surfaces (203) are arranged for the attachment, in particular welding, of conductor tabs (204). Wickelbare Elektrode (200) nach einem der Patentansprüche 1 bis 3, wobei der oder die Abstände (A) der Verbindungsstreifenflächen (203) in der Weise an die Geometrie der Elektrode im aufgewickelten Zustand (200aw) angepasst sind, dass die Verbindungsstreifenflächen (203) der Elektrode im aufgewickelten Zustand nur auf einer Seite (S1) einer ersten Ebene (E1), in der eine Wickelachse der Elektrode liegt, angeordnet sind.Windable electrode (200) according to one of the Claims 1 to 3 , the distance or distances (A) the connecting strip surfaces (203) are adapted to the geometry of the electrode in the wound state (200aw) in such a way that the connecting strip surfaces (203) of the electrode in the wound state only on one side (S1) of a first plane (E1), in which a winding axis of the electrode lies. Wickelbare Elektrode (200) nach einem der Patentansprüche 1 bis 4, wobei die Verbindungsstreifenflächen im aufgewickelten Zustand eine zweite Ebene (E2), welche parallel zu einer oder der Wickelachse der Elektrode ausgerichtet ist, schneiden.Windable electrode (200) according to one of the Claims 1 to 4 , wherein the connecting strip surfaces in the wound state intersect a second plane (E2) which is aligned parallel to one or the winding axis of the electrode. Wickelbare Elektrode (200) nach Patentanspruch 5, wobei die zweite Ebene (E2) die erste Ebene (E1) schneidet.Windable electrode (200) after Claim 5 , wherein the second level (E2) intersects the first level (E1). Wickelbare Elektrode (200) nach einem der Patentansprüche 1 bis 6, wobei zwischen der Elektrodenbeschichtung (202) und der metallischen Kollektorfolie (201) eine Haftvermittlerschicht (205) angeordnet ist.Windable electrode (200) according to one of the Claims 1 to 6 , an adhesion promoter layer (205) being arranged between the electrode coating (202) and the metallic collector foil (201). Wickelbare Elektrode (200) nach Patentanspruch 7, wobei die Haftvermittlerschicht ein Polymer und/oder Kohlenstoff aufweist.Windable electrode (200) after Claim 7 , wherein the adhesion promoter layer comprises a polymer and / or carbon. Verfahren zur Herstellung einer wickelbaren Elektrode (200) nach einem der Patentansprüche 1 bis 8, wobei das Verfahren umfasst: Bereitstellen einer metallischen Kollektorfolie (201), nachfolgendes Aufbringen eines Elektrodenbeschichtungsmaterials (202) auf die metallische Kollektorfolie (201).Method for producing a windable electrode (200) according to one of the Claims 1 to 8th The method comprises: providing a metallic collector foil (201), then applying an electrode coating material (202) to the metallic collector foil (201). Verfahren zur Herstellung einer wickelbaren Elektrode (200) nach Patentanspruch 9, wobei vor dem Aufbringen des Elektrodenbeschichtungsmaterials (202) eine Haftvermittlerschicht (205) auf der metallischen Kollektorfolie (201) aufgebracht wird.Method for producing a windable electrode (200) according to Claim 9 , wherein before the application of the electrode coating material (202) an adhesion promoter layer (205) is applied to the metallic collector foil (201). Verfahren zur Herstellung einer wickelbaren Elektrode (200) nach einem der Patentansprüche 9 oder 10, wobei das Elektrodenbeschichtungsmaterial (202) eine selbsttragenden Elektrodenbeschichtungsfolie (202f) und/oder eine Elektrodenbeschichtungsflüssigkeit (2021) und/oder ein Elektrodenbeschichtungspulver ist.Method for producing a windable electrode (200) according to one of the Claims 9 or 10 , wherein the electrode coating material (202) is a self-supporting electrode coating film (202f) and / or an electrode coating liquid (2021) and / or an electrode coating powder. Verfahren zur Herstellung einer wickelbaren Elektrode (200) nach einem der Patentansprüche 9 bis 11, wobei die metallische Kollektorfolie (201), das Elektrodenbeschichtungsmaterial (202) und die optionale Haftvermittlerschicht (205) zusammen verdichtet werden.Method for producing a windable electrode (200) according to one of the Claims 9 to 11 , wherein the metallic collector foil (201), the electrode coating material (202) and the optional adhesion promoter layer (205) are compressed together. Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle (300), Bereitstellen einer Anodenelektrode (200a) nach Patentanspruch 2, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Patentansprüche 9 bis 12, Anordnen eines ersten Separators (206) auf der Anodenelektrodenbeschichtung (202a) der Anodenelektrode (200a), Anordnen einer Kathodenelektrode (200k) nach Patentanspruch 2 mit der Kathodenelektrodenbeschichtung (202k) auf dem ersten Separator (206), Anordnen eines zweiten Separators (207) auf der Kathodenelektrode (200k) und/oder auf der der Anodenelektrodenbeschichtung (202a) der Anodenelektrode (200a) abgewandten Seite, Wickeln des Stapels umfassend die Anodenelektrode (200a), den ersten Separator (206), die Kathodenelektrode (200k) und den zweiten Separator (207) um eine senkrecht zur Längsrichtung (L) der Anodenelektrode (200a) und Kathodenelektrode (200k) angeordnete Wickelachse.Method for producing a battery cell (300), providing an anode electrode (200a) according to Claim 2 , in particular produced with a method according to one of the Claims 9 to 12 , Arranging a first separator (206) on the anode electrode coating (202a) of the anode electrode (200a), arranging a cathode electrode (200k) after Claim 2 with the cathode electrode coating (202k) on the first separator (206), arranging a second separator (207) on the cathode electrode (200k) and / or on the side facing away from the anode electrode coating (202a) of the anode electrode (200a), winding the stack comprising the Anode electrode (200a), the first separator (206), the cathode electrode (200k) and the second separator (207) around a winding axis arranged perpendicular to the longitudinal direction (L) of the anode electrode (200a) and cathode electrode (200k). Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle (300) nach Patentanspruch 13, umfassend Anbringen, insbesondere Anschweißen, von Ableiterfahnen (204) an den Verbindungsstreifenflächen (203) vor dem Wickeln.Method for producing a battery cell (300) according to Claim 13 comprising attaching, in particular welding, of conductor tabs (204) to the connecting strip surfaces (203) before winding. Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle (300) nach einem der Patentansprüche 13 oder 14, umfassend Anbringen, insbesondere Anschweißen, von Ableiterfahnen (204) an den Verbindungsstreifenflächen (203) nach dem Wickeln.Method for producing a battery cell (300) according to one of the Claims 13 or 14 , comprising attaching, in particular welding, of conductor tabs (204) to the connecting strip surfaces (203) after winding. Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle (300) nach einem der Patentansprüche 13 bis 15, wobei die Abstände der Verbindungsstreifenflächen (203), die Dicke des Anodenelektrode (200a), des ersten Separators (206), der Kathodenelektrode (200k) und des zweiten Separators (207) sowie die Wickelgeometrie so angepasst sind, dass die Verbindungsstreifenflächen (203) der Anodenelektrode (200a) auf einer Seite (S1) einer Ebene (E), in der die Wickelachse liegt, angeordnet und die Verbindungsstreifenflächen (203) der Kathodenelektrode (200k) auf der gegenüberliegenden Seite (S2) angeordnet sind.Method for producing a battery cell (300) according to one of the Claims 13 to 15 , the distances between the connecting strip surfaces (203), the thickness of the anode electrode (200a), the first separator (206), the cathode electrode (200k) and the second separator (207) and the winding geometry being adapted such that the connecting strip surfaces (203) the anode electrode (200a) on one side (S1) of a plane (E) in which the winding axis lies, and the connecting strip surfaces (203) of the cathode electrode (200k) are arranged on the opposite side (S2). Batteriezelle (300), insbesondere hergestellt mit einem Verfahren gemäß einem der Patentansprüche 13 bis 16, wobei die Batteriezelle (300) einen um eine Wickelachse gewickelten Stapel aufweist, wobei der Stapel eine Anodenelektrode (200a) nach Patentanspruch 2, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Patentansprüche 8 bis 11, einen ersten Separator (206), welcher auf der Anodenelektrodenbeschichtung (202a) der Anodenelektrode (200a) angeordnet ist, eine Kathodenelektrode (200k) nach Patentanspruch 2, insbesondere hergestellt mit einem Verfahren nach einem der Patentansprüche 8 bis 11, welche mit der Kathodenelektrodenbeschichtung (202k) auf dem ersten Separator (206) angeordnet ist, und eine zweiten Separator (207), welcher auf der Kathodenelektrode (200k) und/oder auf der der Anodenelektrodenbeschichtung (202a) der Anodenelektrode (200a) abgewandten Seite angeordnet ist, aufweist, wobei die Verbindungsstreifenflächen (203) der Anodenelektrode (200a) auf einer Seite (S1) einer Ebene (E), in der die Wickelachse liegt, angeordnet und die Verbindungsstreifenflächen (203) der Kathodenelektrode (200k) auf der gegenüberliegenden Seite (S2) angeordnet sind.Battery cell (300), in particular produced using a method according to one of the Claims 13 to 16 , The battery cell (300) having a stack wound around a winding axis, the stack following an anode electrode (200a) Claim 2 , in particular produced with a method according to one of the Claims 8 to 11 , a first separator (206), which is arranged on the anode electrode coating (202a) of the anode electrode (200a), after a cathode electrode (200k) Claim 2 , in particular produced with a method according to one of the Claims 8 to 11 which with the cathode electrode coating (202k) is arranged on the first separator (206), and a second separator (207) which is arranged on the cathode electrode (200k) and / or on the side facing away from the anode electrode coating (202a) of the anode electrode (200a), The connecting strip surfaces (203) of the anode electrode (200a) are arranged on one side (S1) of a plane (E) in which the winding axis lies, and the connecting strip surfaces (203) of the cathode electrode (200k) on the opposite side (S2) are arranged. Batteriezelle (300) nach Patentanspruch 17, wobei die Verbindungsstreifenflächen im aufgewickelten Zustand eine zweite Ebene (E2), welche parallel zu der Wickelachse der Elektrode ausgerichtet ist, schneiden, wobei die zweite Ebene (E2) die erste Ebene schneidet.Battery cell (300) after Claim 17 , wherein the connecting strip surfaces in the wound state intersect a second plane (E2) which is aligned parallel to the winding axis of the electrode, the second plane (E2) intersecting the first plane. Batteriezelle (300) nach Patentanspruch 17 oder 18, wobei der gewickelte Stapel einen im Wesentlichen kreisrunden oder einen im Wesentlichen polygonalen Querschnitt senkrecht zur Wickelachse hat.Battery cell (300) after Claim 17 or 18 , wherein the wound stack has a substantially circular or a substantially polygonal cross section perpendicular to the winding axis.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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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

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