DE102018210717A1 - Method for producing an electrode assembly for an electrical energy storage unit and corresponding electrical energy storage unit - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenverbundes (300) für eine elektrische Energiespeichereinheit beschrieben, welches die folgenden Schritte umfasst:a) Bereitstellen einer ersten Elektrodenbahn (100), welche zumindest teilweise mit einem ersten Material (101) beschichtet ist;b) Erzeugen von ersten Einschnitten (102) in der ersten Elektrodenbahn (100);c) Erstes Beschichten der ersten Elektrodenbahn (100) mit einem zweiten Material;d) Erzeugen von zweiten Einschnitten (108) in der ersten Elektrodenbahn (100);e) Zweites Beschichten der ersten Elektrodenbahn (100) mit dem zweiten Material;f) Erzeugen eines dritten Einschnittes (111) in der ersten Elektrodenbahn (100).Weiterhin wird eine elektrische Energiespeichereinheit, welche einen Elektrodenverbund (300) aufweist, der nach dem offenbarten Verfahren hergestellt wurde, offenbart.A method for producing an electrode assembly (300) for an electrical energy storage unit is described, which comprises the following steps: a) providing a first electrode web (100) which is at least partially coated with a first material (101); b) generating first cuts (102) in the first electrode track (100); c) first coating the first electrode track (100) with a second material; d) generating second cuts (108) in the first electrode track (100); e) second coating of the first electrode web (100) with the second material; f) producing a third incision (111) in the first electrode web (100). Furthermore, an electrical energy storage unit having an electrode assembly (300), which was produced according to the disclosed method, is disclosed ,
Description
Die vorliegende Erfindung geht aus von einem Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenverbundes für eine elektrische Energiespeichereinheit und eine entsprechend hergestellte elektrische Energiespeichereinheit.The present invention is based on a method for producing an electrode assembly for an electrical energy storage unit and a correspondingly produced electrical energy storage unit.
Stand der TechnikState of the art
Durch die zunehmende Elektrifizierung, insbesondere im Fahrzeugbereich, werden elektrische Energiespeicher zunehmend wichtiger und stärker nachgefragt. Dabei steht neben einer steigenden Energie- und Leistungsdichte auch die Erhöhung der Sicherheit der elektrischen Energiespeicher im Fokus. Elektrische Energiespeicher sind dabei meist aus mehreren kleineren elektrischen Energiespeichereinheiten aufgebaut, welche in geeigneter Weise elektrisch miteinander verbunden sind. Insbesondere eine Optimierung dieser elektrischen Energiespeichereinheiten hinsichtlich der genannten Punkte steht dabei im Fokus.Due to the increasing electrification, particularly in the vehicle sector, electrical energy storage devices are becoming increasingly important and in greater demand. In addition to increasing energy and power density, the focus is also on increasing the security of electrical energy stores. Electrical energy storage devices are usually made up of several smaller electrical energy storage units, which are electrically connected to one another in a suitable manner. In particular, the focus is on optimizing these electrical energy storage units with regard to the points mentioned.
In der Druckschrift
In der Druckschrift
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Offenbart wird ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenverbundes für eine elektrische Energiespeichereinheit.A method for producing an electrode assembly for an electrical energy storage unit is disclosed.
Dabei wird eine erste Elektrodenbahn bereitgestellt, welche zumindest teilweise mit einem ersten Material beschichtet ist. Bei dem ersten Material kann sich beispielsweise um ein Kathodenmaterial einer elektrischen Energiespeichereinheit handeln. Die Beschichtung mit dem ersten Material kann dabei kontinuierlich sein. Beispielsweise kann das Material der unbeschichteten Elektrodenbahn Aluminium umfassen beziehungsweise kann die unbeschichtete Elektrodenbahn aus Aluminium hergestellt sein.A first electrode track is provided, which is at least partially coated with a first material. The first material can be, for example, a cathode material of an electrical energy storage unit. The coating with the first material can be continuous. For example, the material of the uncoated electrode web can comprise aluminum or the uncoated electrode web can be made of aluminum.
In der ersten Elektrodenbahn werden erste Einschnitte erzeugt. Die ersten Einschnitte können dabei insbesondere in Querrichtung erfolgen.First incisions are made in the first electrode track. The first incisions can be made in particular in the transverse direction.
Weiterhin erfolgt ein erstes Beschichten der ersten Elektrodenbahn mit einem zweiten Material. Das zweite Material kann dabei insbesondere ein Separatormaterial einer elektrischen Energiespeichereinheit sein, beispielsweise ein Festkörperseparator auf Polymerbasis. Dabei füllt das zweite Material, welches als Beschichtungsmaterial Verwendung findet, bevorzugt die ersten Einschnitte zumindest teilweise, insbesondere vollständig, aus.Furthermore, the first electrode web is coated with a second material for the first time. The second material can in particular be a separator material of an electrical energy storage unit, for example a solid-state separator based on polymer. The second material, which is used as the coating material, preferably fills the first incisions at least partially, in particular completely.
Weiterhin werden in der ersten Elektrodenbahn zweite Einschnitte erzeugt. Beispielsweise erfolgen diese Einschnitte zumindest teilweise in Längsrichtung der ersten Elektrodenbahn.Furthermore, second incisions are made in the first electrode track. For example, these incisions are made at least partially in the longitudinal direction of the first electrode track.
Weiterhin wird die erste Elektrodenbahn mit dem zweiten Material ein zweites Mal beschichtet.Furthermore, the first electrode web is coated with the second material a second time.
Weiterhin erfolgt ein Erzeugen von dritten Einschnitten in der ersten Elektrodenbahn.Furthermore, third incisions are made in the first electrode track.
Dies ist vorteilhaft, da das offenbarte Herstellungsverfahren dafür sorgt, dass an den Grenzflächen ein niedrigerer Kontakt- beziehungsweise Übergangswiderstand als durch aus dem Stand der Technik bekannte Verfahren erzielt wird. Darüber hinaus ergibt sich der Vorteil einer elektrischen Isolation der Randbereiche der ersten Elektrodenbahn beziehungsweise der sich ergebenden Elektroden. Zusätzlich wird in vorteilhafter Weise eine einheitliche Materialdicke im Randbereich der Beschichtungsflächen erzielt. Weiterhin trägt das Verfahren in vorteilhafter Weise zu einem optimierten Beschichtungsprozess bei, der dadurch material- und kostensparend und somit umweltfreundlicher durchgeführt werden kann, da beispielsweise Trägerfolien und Schutzfolien eingespart werden. Zugleich wird in vorteilhafter Weise die Komplexität des Herstellungsprozesses reduziert, da Laminierprozesse zur Verbindung der ersten Elektrodenbahn mit dem zweiten Material, insbesondere von Kathode und Separator, entfallen können.This is advantageous since the manufacturing method disclosed ensures that a lower contact or contact resistance is achieved at the interfaces than by methods known from the prior art. In addition, there is the advantage of electrical insulation of the edge regions of the first electrode track or of the resulting electrodes. In addition, a uniform material thickness is advantageously achieved in the edge region of the coating surfaces. Furthermore, the method advantageously contributes to an optimized coating process which can thereby be carried out in a material and cost-saving manner and thus in a more environmentally friendly manner, since for example carrier films and protective films are saved. At the same time, the complexity of the manufacturing process is advantageously reduced, since laminating processes for connecting the first electrode web to the second material, in particular the cathode and separator, can be omitted.
Die im Vorstehenden beschriebenen Reihenfolge ist als bevorzugte Reihenfolge der Prozessschritte zu verstehen, wobei gegebenenfalls eine Änderung der Reihenfolge, insbesondere der Schritte des Einschnittes und des Beschichtens, möglich ist und anwendungsspezifisch erfolgen kann.The sequence described above is to be understood as the preferred sequence of the process steps, it being possible, if necessary, to change the sequence, in particular the steps of the incision and the coating, and this can take place in an application-specific manner.
Weitere vorteilhafte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.Further advantageous embodiments of the present invention are the subject of the dependent claims.
Zweckmäßigerweise wird beim Erzeugen der zweiten Einschnitte ein erster Randbereich der ersten Elektrodenbahn, welcher zumindest teilweise nicht mit dem ersten Material beschichtet ist, eingeschnitten, um Stromableiterfahnen zu erzeugen. Dies bedeutet, dass Randmaterial der ersten Elektrodenbahn entfernt wird. Es bleiben so unbeschichtete Abschnitte im Randbereich der ersten Elektrodenbahn bestehen, welche bevorzugt im Verhältnis zum abgetragenen Material flächenmäßig kleiner als 50 Prozent sind, das heißt, es wird im Randbereich mehr Material abgetragen als bestehen bleibt. Dies ist vorteilhaft, da somit eine einfache Möglichkeit der elektrischen Verbindung an einen Polanschluss einer elektrischen Energiespeichereinheit ermöglicht wird. Weiterhin wird ermöglicht, dass der so neu erzeugte Randbereich im nachfolgenden Schritt zumindest teilweise, insbesondere bis auf die Stromableiterfahnen, beschichtet wird und somit eine gute elektrische Isolation erzielt wird.When producing the second incisions, a first edge region of the first electrode track, which is at least partially not coated with the first material, is expediently cut in order to produce current conductor tabs. This means that edge material of the first electrode web is removed. This leaves uncoated sections in the edge region of the first electrode track, which are preferably in relation to the removed material are less than 50 percent in terms of area, which means that more material is removed in the edge area than remains. This is advantageous because it enables a simple possibility of electrical connection to a pole connection of an electrical energy storage unit. Furthermore, it is made possible that the newly created edge region is at least partially coated in the subsequent step, in particular up to the current conductor tabs, and thus good electrical insulation is achieved.
Zweckmäßigerweise erfolgen die ersten Einschnitte und die zweiten Einschnitte räumlich zumindest in Teilen nicht parallel zueinander. Dies ist vorteilhaft, da die Elektrodenbahn somit in Längs- und Querrichtung eingeschnitten wird, was eine vorteilhafte Aufteilung der Elektrodenbahn ermöglicht.The first incisions and the second incisions expediently take place spatially, at least in parts, not parallel to one another. This is advantageous since the electrode web is thus cut in the longitudinal and transverse directions, which enables an advantageous division of the electrode web.
Zweckmäßigerweise ist die erste Elektrodenbahn beidseitig kontinuierlich mit dem ersten Material beschichtet. Dies ist vorteilhaft, da somit Beschichtungsschritte von beiden Seiten der Elektrodenbahn durchgeführt werden können und sich gleichzeitig die elektrische Kapazität einer aus der ersten Elektrodenbahn hergestellten elektrischen Energiespeichereinheit in vorteilhafter Weise erhöht.The first electrode web is expediently continuously coated on both sides with the first material. This is advantageous since coating steps can thus be carried out from both sides of the electrode track and at the same time the electrical capacity of an electrical energy storage unit produced from the first electrode track increases in an advantageous manner.
Zweckmäßigerweise wird während des ersten Beschichtens der ersten Elektrodenbahn mit dem zweiten Material eine erste Seite der ersten Elektrodenbahn mit dem zweiten Material beschichtet. Dies hat den Vorteil, dass der ersten Seite der ersten Elektrodenbahn weitere Eigenschaften aufgeprägt werden, wobei das zweite Material bevorzugt elektrisch isolierend wirkt und in einer besonders bevorzugten Ausführung als Separatormaterial ausgebildet ist beziehungsweise ein solches umfasst.A first side of the first electrode web is expediently coated with the second material during the first coating of the first electrode web with the second material. This has the advantage that further properties are impressed on the first side of the first electrode track, the second material preferably having an electrically insulating effect and, in a particularly preferred embodiment, being designed as a separator material or comprising one.
Zweckmäßigerweise wird während des zweiten Beschichtens der ersten Elektrodenbahn mit dem zweiten Material eine zweite Seite der ersten Elektrodenbahn, welche der ersten Seite gegenüberliegt, mit dem zweiten Material beschichtet. Dies hat den Vorteil, dass der zweiten Seite der ersten Elektrodenbahn die gleichen Eigenschaften aufgeprägt werden wie der ersten Seite, da in beiden Fällen eine Beschichtung mit dem zweiten Material erfolgt und somit beide Seiten in dieser Hinsicht symmetrisch aufgebaut sind. Somit ist es beispielsweise in vorteilhafter Weise möglich, von beiden Seiten eine entsprechende Gegenelektrode zur ersten Elektrodenbahn aufzubringen.Expediently, a second side of the first electrode web, which lies opposite the first side, is coated with the second material during the second coating of the first electrode web with the second material. This has the advantage that the same properties are impressed on the second side of the first electrode track as on the first side, since in both cases the second material is coated and therefore both sides are constructed symmetrically in this regard. It is thus advantageously possible, for example, to apply a corresponding counter electrode to the first electrode track from both sides.
Zweckmäßigerweise wird ein zweiter Randbereich der ersten Elektrodenbahn beim Beschichten der ersten Elektrodenbahn mit dem zweiten Material von dem zweiten Material freigehalten. Dies gilt insbesondere dann, wenn es sich bei dem zweiten Randbereich um Stromableiterfahnen handelt. Dies hat den Vorteil, dass der Randbereich beispielsweise geschweißt werden kann, ohne dass eine aufwändige Vorbehandlung erfolgen muss.A second edge region of the first electrode web is expediently kept free of the second material when the first electrode web is coated with the second material. This applies in particular if the second edge area is current collector tabs. This has the advantage that the edge area can be welded, for example, without the need for expensive pretreatment.
Zweckmäßigerweise erfolgt das Erzeugen der dritten Einschnitte in die erste Elektrodenbahn zumindest teilweise im gleichen räumlichen Bereich der zweiten Einschnitte. Dies ist vorteilhaft, da somit auch nach dem Beschichten die durch das Erzeugen der zweiten Einschnitte generierte räumliche Aufteilung der ersten Elektrodenbahn zumindest teilweise wiederhergestellt wird.The third incisions in the first electrode track are expediently produced at least partially in the same spatial area of the second incisions. This is advantageous since the spatial division of the first electrode track generated by the production of the second incisions is thus at least partially restored even after coating.
Zweckmäßigerweise ist das erste Material ein Kathodenmaterial für eine elektrische Energiespeichereinheit, zum Beispiel eine Beschichtung aus NCM, NCA oder Lithiumeisenphosphat, oder ein Anodenmaterial, beispielsweise auf Graphit-, Lithiumtitanat (LTO), Silizium- oder Lithiumbasis, welches auf ein leitfähiges Trägermaterial aufgebracht wird, und das zweite Material ein Separatormaterial für eine elektrische Energiespeichereinheit, beispielsweise auf PE-Basis, PP-Basis, Polyolefin-Basis oder ein ionenleitender Feststoffelektrolyt. Alternativ kann das erste Material ein Kathodenmaterial oder Anodenmaterial umfassen und das zweite Material ein Separatormaterial umfassen. Somit können die beschriebenen Vorteile für die aus dem Kathodenmaterial oder Anodenmaterial und dem Separatormaterial hergestellte elektrische Energiespeichereinheit realisiert werden.The first material is expediently a cathode material for an electrical energy storage unit, for example a coating made of NCM, NCA or lithium iron phosphate, or an anode material, for example based on graphite, lithium titanate (LTO), silicon or lithium, which is applied to a conductive carrier material, and the second material is a separator material for an electrical energy storage unit, for example based on PE, PP, polyolefin or an ion-conducting solid electrolyte. Alternatively, the first material can comprise a cathode material or anode material and the second material can comprise a separator material. The advantages described can thus be realized for the electrical energy storage unit produced from the cathode material or anode material and the separator material.
Zweckmäßigerweise verlaufen die ersten Einschnitte und die zweiten Einschnitte, insbesondere zumindest teilweise, rechtwinklig zueinander und/oder verlaufen die ersten Einschnitte und die dritten Einschnitte, insbesondere zumindest teilweise, rechtwinklig zueinander. Dies ist vorteilhaft, da so die erste Elektrodenbahn mit den entsprechenden Beschichtungen in Längs- und Querrichtung eingeschnitten wird und dadurch eine entsprechende räumliche Aufteilung erzeugt wird.The first incisions and the second incisions expediently run, in particular at least partially, at right angles to one another and / or the first incisions and the third incisions run, in particular at least partially, at right angles to one another. This is advantageous since the first electrode web with the corresponding coatings is cut in the longitudinal and transverse directions and a corresponding spatial division is thereby generated.
Weiterhin ist Gegenstand der Erfindung eine elektrische Energiespeichereinheit, welche einen Elektrodenverbund aufweist, der nach dem oben beschriebenen Verfahren hergestellt wurde. Dies ist vorteilhaft, da die elektrische Energiespeichereinheit somit die beschriebenen Vorteile realisiert.The invention furthermore relates to an electrical energy storage unit which has an electrode assembly which was produced by the method described above. This is advantageous since the electrical energy storage unit thus realizes the advantages described.
Unter einer elektrischen Energiespeichereinheit kann insbesondere eine elektrochemische Batteriezelle verstanden werden. Zum Beispiel kann die elektrische Energiespeichereinheit eine lithiumbasierte Batteriezelle sein. Insbesondere kann die elektrische Energiespeichereinheit eine Lithium-Ionen-Batteriezelle sein. Weiterhin kann die Batteriezelle vom Typ Lithium-Polymer-Akkumulator, Lithium-Metall-Akkumulator oder vom Typ Festkörperakkumulator beziehungsweise ganz allgemein ein Akkumulator beliebiger elektrochemischer Zusammensetzung sein. Auch ein Kondensator ist als elektrische Energiespeichereinheit möglich.An electrical energy storage unit can in particular be understood as an electrochemical battery cell. For example, the electrical energy storage unit can be a lithium-based battery cell. In particular, the electrical energy storage unit can be a lithium-ion battery cell. Furthermore, the battery cell of the type lithium polymer accumulator, lithium metal accumulator or of the type solid-state accumulator or in general Accumulator of any electrochemical composition. A capacitor is also possible as an electrical energy storage unit.
Figurenlistelist of figures
Vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung sind in den Figuren dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher ausgeführt.Advantageous embodiments of the invention are shown in the figures and detailed in the following description.
Es zeigen:
-
1 ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß einer Ausführungsform; -
2 ein Flussdiagramm des offenbarten Verfahrens gemäß der Ausführungsform; -
3 eine schematische Schnittdarstellung einer Anlage zur Herstellung einer elektrischen Energiespeichereinheit unter Verwendung eines gemäß dem offenbarten Verfahren hergestellten Elektrodenverbundes.
-
1 a flowchart of the disclosed method according to an embodiment; -
2 a flowchart of the disclosed method according to the embodiment; -
3 is a schematic sectional view of a system for producing an electrical energy storage unit using an electrode assembly manufactured according to the disclosed method.
Ausführungsformen der ErfindungEmbodiments of the invention
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen in allen Figuren gleiche Vorrichtungskomponenten oder gleiche Verfahrensschritte.The same reference symbols in all figures denote the same device components or the same method steps.
In einem ersten Schritt
In einem zweiten Schritt
In einem dritten Schritt
In einem vierten Schritt
In einem fünften Schritt
In einem sechsten Schritt
Wie aus den Schnittbildern zu den Schnitten
Wie aus den Schnittbildern zu den Schnitten
Wie aus den Schnittbildern zu den Schnitten
Wie aus den Schnittbildern zu den Schnitten
Wie aus den Schnittbildern zu den Schnitten
Wie aus den Schnittbildern zu den Schnitten
Zur stoffschlüssigen Verbindung des Anodenmaterials der Anodenbahn
Anschließend können die so entstandenen Teilstücke zu Stapeln
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
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