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Technisches Gebiet
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Bildung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle, wobei der Elektrodenstapel in alternierender Abfolge einen ersten Separator, eine erste Elektrode, einen zweiten Separator und eine zweite Elektrode umfasst. Des Weiteren bezieht sich die vorliegende Erfindung auf die Verwendung des Verfahrens zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle.
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Stand der Technik
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JP 2017-041344 bezieht sich auf ein Elektrodenstapelverfahren. Mittels eines Verpackungsschrittes wird ein taschenförmiger Separator durch Überlagern und Verschweißen der Randbereiches eines Separators erzeugt. In einem Stapelschritt werden eine Kathode und eine Anode, die jeweils in dem taschenförmigen Separator aufgenommen werden, alternierend dem Stapelschritt unterworfen.
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US 2014/272507 bezieht sich auf eine Elektrodenanordnung, bei der ein Elektrodenstapel gebildet wird durch Aufstapeln zumindest einer Einheit mit einer vierschichtigen Struktur einer ersten Elektrode, eines Separators, einer zweiten Elektrode und eines weiteren Separators, wobei ein Fixierteil zum Umwickeln und Fixieren des Elektrodenstapels vorgesehen ist. Die Elektrodeneinheit wird gemäß des nachfolgenden Prozesses gebildet: Zunächst werden ein erstes Elektrodenmaterial, ein erstes Separatormaterial und ein zweites Elektrodenmaterial sowie ein zweiter Separator vorgerichtet. Die beiden Elektrodenmaterialien werden gemäß bestimmter Abmessungen geschnitten und bilden die Elektroden. Derselbe Prozess wird auf die ersten und die zweiten Separatormaterialien angewandt. Bei der Automatisierung des Fertigungsprozesses liegen das Elektrodenmaterial und das Separatormaterial als gewickelte Rollen vor. Nach der Vorbereitung der Materialien wird das erste Elektrodenmaterial in ersten Abmessungen mittels einer Schneidvorrichtung geschnitten. Mittels einer weiteren Schneidvorrichtung wird das zweite Elektrodenmaterial ebenfalls in eine bestimmte Form geschnitten. Danach wird das erste Elektrodenmaterial mit bestimmten Abmessungen zum ersten Separatormaterial überführt. Das zweite Elektrodenmaterial mit den zweiten Abmessungen wird zum zweiten Separatormaterial überführt. Danach werden sämtliche Materialien Laminierungsvorrichtungen zugeführt. Über die Laminierungsvorrichtungen werden die Elektroden und die Separatoren miteinander verbunden. Die Laminierungsvorrichtungen werden benötigt, um die Elektroden und die Separatoren miteinander zu verbinden. Das Elektrodenmaterial und das Separatormaterial werden mittels Einwirken eines Druckes oder von Wärme in den Laminierungsvorrichtungen behandelt. Durch das Aneinanderhaften der einzelnen Materialien wird die Gestalt der Batterieeinheit mit größerer Stabilität aufrechterhalten.
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EP 2 555 305 B1 offenbart eine Elektrodenanordnung einer Kathoden-Separator-/Anodenstruktur. Erste Elementelektroden und eine zweite Elektrodenmaterialbahn sind derart aufgewickelt, dass die ersten Elementelektroden der zweiten Elektrodenmaterialbahn durch eine Trennmaterialbahn getrennt einander gegenüberliegen und eine erste Elektrode und eine zweite Elektrode entgegengesetzte Polaritäten haben.
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EP 2 958 179 A1 bezieht sich auf eine Elektrodenanordnung mit verbesserter Sicherheit und ein Herstellungsverfahren. Eine Elektrodenanordnung umfasst eine vierschichtige Struktur aus einer ersten Elektrode, einem ersten Separator, einer zweiten Elektrode und einem zweiten Separator, die sequentiell gestapelt sind und in wiederholter Reihenfolge angeordnet sind; wobei die vierschichtigen Strukturen alternierend gestapelt werden. Der Separator hat eine größere Ausdehnung als die Elektrode, dass ein Randteil des Separators die jeweilige Elektrode überragt.
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EP 2 892 102 A1 bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Elektrodenstapeln. Gemäß dieses Verfahrens wird eine Struktur geschaffen, die eine gestapelte Struktur umfasst, gebildet aus den sequentiellen Stapeln einer ersten Elektrode, eines ersten Separators und einer zweiten Elektrode und eines zweiten Separators.
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Gestapelte Elektroden weisen eine Reihe von Nachteilen auf, verglichen mit einem gewickelten Elektrodendesign. Das Zusammenstellen eines Stapels ist relativ aufwendig und führt zu hohen Produktionskosten. Das Hauptproblem ist, dass eine große Anzahl einzelner sehr dünner Abschnitte aufeinandergestapelt werden müssen, und insbesondere die Handhabung von Abschnitten des Separators sehr aufwendig ist. Das gewickelte Elektrodendesign hat den Vorteil, dass aufgrund der Wicklung von Separator, Anode und Kathode eine Selbststabilisierung einer gewickelten Elektrodenanordnung eintritt.
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Wird nun vom gewickelten Elektrodenstapeldesign abgewichen, entfällt diese Selbstfixierung. Gewickelte Elektrodendesigns nutzen jedoch den Bauraum nur unzureichend, was wiederum bei Elektrodenstapelanordnung in vorteilhafter Weise eher gegeben ist. Mit einer Elektrodenstapelanordnung kann ein größeres aktives Volumen, verglichen mit einer gewickelten Elektrodenanordnung, erreicht werden, was wiederum zu einer höheren Batteriezellenkapazität bei gleicher Batteriezellengröße führt.
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Darstellung der Erfindung
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Ausgehend von den Lösungen gemäß des Standes der Technik, wird erfindungsgemäß ein Verfahren zur Bildung eines Elektrodenstapels für eine Batterieeinheit vorgeschlagen, wobei der Elektrodenstapel in alternierender Abfolge aus einem ersten Separator, einer ersten Elektrode, einem zweiten Separator und einer zweiten Elektrode gebildet wird und zumindest die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen werden:
- a) Trennen eines bahnförmigen Materials der ersten Elektrode in einzelne Abschnitte mit definierten Abmessungen,
- b) Verpacken der Abschnitte in eine Umhüllung aus Separatormaterial,
oder
- c) Herstellen eines Sandwichaufbaus aus erstem Separator, erster Elektrode oder zweiter Elektrode und einem zweiten Separator durch einen Laminierungsprozess,
- d) Schneiden des Sandwichaufbaus nach Durchführung von Verfahrensschritt c) unter Ausbildung eines Überstandes des ersten Separators und/oder des zweiten Separators über die erste Elektrode oder die zweite Elektrode in Sandwichaufbauabsch n itte,
- e) Aufstapeln der Umhüllungen gemäß Verfahrensschritt b) in alternierender Abfolge auf die zweite Elektrode,
oder
Aufstapeln der Sandwichaufbauabschnitte gemäß Verfahrensschritt d) auf die erste oder die zweite Elektrode.
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Durch die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung kann ein Stapelverfahren für flache filmförmige Abschnitte von Elektrodenmaterial und Separatormaterial bereitgestellt werden, so dass der erhaltene Elektrodenstapel ein größeres aktives Volumen aufweist, verglichen mit gewickelten Elektrodenanordnungen. Das Elektrodenstapeldesign führt zu größeren Batteriezellenkapazitäten bei gleichbleibender Batteriezellengröße, da das durch die Batteriezelle bzw. deren Gehäuse zur Verfügung stellende Innenraumvolumen durch einen Elektrodenstapel viel besser ausgenutzt werden kann und sich demzufolge bei gleicher Baugröße eine größere Kapazität der Batteriezelle erreichen lässt.
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Dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren weiter folgend, stellt die erste Elektrode eine Kathode dar, während die zweite Elektrode eine Anode darstellt.
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In vorteilhafter Weise werden im erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren die Umhüllungen für die Abschnitte, sei es der ersten Elektrode, sei es der zweiten Elektrode im Wesentlichen taschenförmig ausgeführt. Das taschenförmige Design bietet die Möglichkeit, den betreffenden Abschnitt der ersten oder der zweiten Elektrode so zu umhüllen, dass bei späterer Applikation der jeweils anderen ersten oder zweiten Elektrode aufgrund der Kapselung keine Kurzschlüsse in einem erhaltenen Aufbau aus erstem Separator, erster Elektrode, zweiten Separator und zweiter Elektrode auftreten können.
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In Weiterbildung des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens, werden die Umhüllungen, welche jeweils den Abschnitt für die erste Elektrode oder den Abschnitt für die zweite Elektrode aufnehmen, mittels einer Anpressvorrichtung unter Einwirkung einer Wärmequelle verpresst. Dadurch wird die taschenförmige Umhüllung kompakter, da überschüssige Luft aus dem Innenraum gepresst werden kann, die Einwirkung von Wärme verbessert die Adhäsion zwischen dem Separatormaterial, aus dem die Hülle gefertigt ist und dem in dieser Umhüllung aufgenommenen Abschnitt der ersten Elektrode bzw. der zweiten Elektrode erheblich.
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Beim erfindungsgemäßen Verfahren kann anstelle der vorgenannten Umhüllung, die einen Abschnitt der ersten Elektrode bzw. der zweiten Elektrode aufnimmt, auch ein Sandwichaufbau mittels einer Anpressrichtung unter Einwirkung einer Wärmequelle verpresst werden. Beim Sandwichaufbau, der beispielsweise einen ersten Separator, eine erste oder eine zweite Elektrode oder einen zweiten Separator umfasst, kann durch die Applikation eines Anpressdruckes in horizontale Richtung unter Einwirkung von Wärme eine großflächige Verbindung zwischen den Materialien, die im Sandwichaufbau verbaut sind, erreicht werden, so dass dem Phänomen der Schrumpfung des Separatormaterials vorgebeugt werden kann, da eine großflächige Verbindung zu jeweils anderen Komponenten des Sandwichaufbaus besteht.
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Dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren weiter folgend, kann durch Anwendung des Laminierungsprozesses das Schrumpfen des Materials des ersten Separators und des zweiten Separators innerhalb des Sandwichaufbaus erheblich minimiert werden, da eine flächige Verbindung zwischen dem Material des ersten und des zweiten Separators und dem angrenzenden Material der Elektrode, sei es die erste Elektrode, sei es die zweite Elektrode, über einen relativ großen Flächenbereich gegeben ist, und eine Schrumpfung des Separatormaterials somit erheblich behindert wird.
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Dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren weiter folgend, erfolgt die Bildung des Elektrodenstapels durch Zufuhr der Umhüllungen aus einem Depot im Rahmen eines ersten Zuführvorganges und die Zufuhr der zweiten Elektrode aus einem weiteren Depot für zweite Elektroden in einem zweiten Zuführvorgang, so dass der Elektrodenstapel in Aufstapelrichtung in alternierender Abfolge und der Entnahme des entsprechenden Materials aus den beiden Depots erfolgt
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Wird mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren alternativ ein Sandwichaufbau zur Bildung eines Elektrodenstapels aufgebaut, so werden die vorgefertigten Sandwichaufbauabschnitte aus einem ersten Depot in eine erste Zuführrichtung und der ersten oder zweiten Elektrode, aus einem zweiten Depot in zweite Zuführrichtung in Aufstapelrichtung entnommen, so dass der zu bildende Elektrodenstapel in Aufstapelrichtung langsam wächst.
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Die Erfindung bezieht sich darüber hinaus auf ein Verfahren zur Bildung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle, wobei der Elektrodenstapel in alternierender Abfolge aus einem ersten Separator, einer ersten Elektrode, einem zweiten Separator und einer zweiten Elektrode gebildet wird, und zumindest die nachfolgenden Verfahrensschritte durchlaufen werden:
- a) Mittels einer Anpressung unter Einfluss von Wärme wird ein kontinuierlich zugeführtes Material für die zweite Elektrode mit zwei kontinuierlich zugeführten bahnförmigen Separatoren verbunden,
- b) ein erhaltener Sandwichaufbau wird über einen Schnitt mittels einer Laserquelle in Sandwichaufbauabschnitt getrennt,
- c) die gemäß Verfahrensschritt b) erhaltenen Sandwichaufbauabschnitte werden auf einem Abschnitt der ersten Elektrode gestapelt und
- d) die Stapelung von Sandwichaufbauabschnitten und der Abschnitte der ersten Elektrode erfolgt in alternierender Abfolge.
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Gemäß dieser Verfahrensvariante erfolgt erfindungsgemäß der Schnitt gemäß Verfahrensschritt b) derart, dass die Sandwichaufbauabschnitte nach dem Schnitt frei von Überständen sind. Des Weiteren ist der im Innenraum der Umhüllung aufgenommene Abschnitt der ersten Elektrode oder der zweiten Elektrode hinsichtlich seiner definierten Abmessungen derart beschaffen, dass der Innenraum maximal ausgenutzt wird.
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Darüber hinaus bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung des Verfahrens zur Herstellung eines Elektrodenstapels einer Batteriezelle für ein Electric Vehicle (EV), ein Hybrid Electric Vehicle (HEV) oder ein Plug-In Hybrid Electric Vehicle (PHEV).
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Vorteile der Erfindung
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Die erfindungsgemäß vorgeschlagene Lösung zeichnet sich dadurch aus, dass beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren eine Stapelbildung erfolgt, mit der ein größeres aktives Volumen im Vergleich zu einer gewickelten Batteriezelle erreicht werden kann. Dies verbessert die Kapazität der Batteriezelle erheblich, wobei die Baugröße der Batteriezelle im Wesentlichen unverändert bleibt. Im Falle eines durchgeführten Tests mit den erfindungsgemäß vorgeschlagenen gestapelten Elektrodenstapeln, ist eine entsprechende Schwelle, bei der es zu einer ernsthaften Beeinträchtigung kommen kann, erheblich reduziert, was dem Umstand geschuldet ist, dass durch den Laminierungsprozess das Schrumpfen des ersten und/oder des zweiten Separators erheblich reduziert ist, wodurch Kurzschlüsse sicher vermieden werden können.
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Des Weiteren ist zu erwähnen, dass die Kombination von Umhüllung und Laminierungsprozess den Sicherheitsstandard einer Batteriezelle zusätzlich nicht unerheblich verbessert.
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Hinsichtlich der mit dem erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren ausgeführten Herstellungsprozesse ist zu erwähnen, dass diverse Nachbehandlungsschritte bzw. Schnittvorgänge bei entsprechender Zusammenfassung der Herstellprozesse von Sandwichaufbau, Bildung des Elektrodenstapels, sowie nach Herstellung der Umhüllung bzw. nach Herstellung des Sandwichaufbaus verschiedene einzelne Schnittoperationen eingespart werden können, da bereits mehrlagig vorkonfigurierte Komponenten des Elektrodenstapels vorliegen.
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Figurenliste
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Anhand der Zeichnung wird die Erfindung nachstehend eingehender beschrieben.
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Es zeigt:
- 1 eine erste Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zur Herstellung eines Elektrodenstapels unter Ausbildung von Umhüllungen einer ersten oder zweiten Elektrode und
- 2 eine Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens unter Ausbildung eines Sandwichaufbaus aus Separator-Elektrode-Separator.
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Ausführungsvarianten
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Der Darstellung gemäß 1 ist eine erste Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zur Bildung eines Elektrodenstapels zu entnehmen.
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Eine Elektrodentasche 10, in der ein Abschnitt 18, beispielsweise einer ersten Elektrode 12 (Kathode) aufgenommen ist, wird durch eine Umhüllung 14 dargestellt. Die Umhüllung 14 ist aus Separatormaterial gefertigt und definiert einen Innenraum 16, innerhalb dessen sich der Abschnitt 18 der ersten Elektrode 12, beispielsweise der Kathode befindet. Die Umhüllung 14 wird in einem Depot 20, beispielsweise in Stapelform gelagert.
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In einem weiteren Depot 28 werden Abschnitte zweiter Elektroden 30, bei denen es sich beispielsweise um die Anode handelt, ebenfalls in Stapelform gelagert.
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Zur Herstellung eines Elektrodenstapels 24 werden beim Aufstapelvorgang 26 jeweils in alternierender Abfolge 34 Umhüllungen 14 aus dem Depot 20 für Umhüllungen 14 im Rahmen eines ersten Zuführvorgangs 22 von der Oberseite her dem Elektrodenstapel 24 zugeführt. Sobald auf der Oberseite des Elektrodenstapels 24 die Umhüllung 14 platziert ist, wird vom Depot 28 eine zweite Elektrode 30 entnommen und im Rahmen eines zweiten Zuführvorganges 32 dem Elektrodenstapel 24 zugeführt, so dass sich ein Elektrodenstapel 24 ergibt, der in alternierender Abfolge 34 Umhüllungen 14 aus Separatormaterial unter Einschluss des Abschnittes 18, beispielsweise der ersten Elektrode 12 und zweiten Elektroden 30 umfasst.
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Je nach vordefinierter Höhe der Elektrodenstapel 24 wird bei deren Erreichen der Aufstapelvorgang 26 beendet.
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In der Darstellung gemäß 1 ist in der Umhüllung 14 aus Separatormaterial der Abschnitt 18 der ersten Elektrode 12, beispielsweise der Kathode aufgenommen. Genauso gut ist es möglich, in der Umhüllung 14 einen Abschnitt 18 unterzubringen, welcher aus dem Material für die zweite Elektrode 30, nämlich die Anode gefertigt ist. In diesem Falle werden über das weitere Depot 28 statt zweite Elektroden 30 (Anoden) erste Elektroden 12, nämlich Kathoden gelagert und in diesem Falle über den zweiten Zuführvorgang 32 dem im Wachsen begriffenen Elektrodenstapel 24 zugeführt. Beide Ausführungsvarianten sind möglich.
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Ist die Umhüllung 14 gemäß 1 hergestellt, so kann diese beispielsweise in einer Anpressvorrichtung 58 unter Einwirkung von Wärme in vertikale Richtung verpresst werden. Durch die Verpressung wird die Verbindungsstelle in mechanischer Hinsicht stabiler, sie weist eine erheblich höhere Festigkeit gegen Zugbelastung auf. Dadurch reißt sie bei einer im Montagefalle auftretenden Zugbelastung oder auch bei einer Zugbelastung aufgrund des Schrumpfens des Separatormaterials nicht mehr auf. Ein weiterer Vorteil einer Verpressung in vertikale Richtung unter Einwirkung von Wärme ist zu darin zu erblicken, dass beispielsweise die erste Elektrode 12 nach der Assemblierung des Verbundes aus Elektrode mit den beiden Separatoren 14 nicht mehr verrutscht. Dies bietet den Vorteil, dass die Toleranzkette ab dieser Stelle innerhalb der Prozesskette anders aufgebaut werden kann, was wiederum einer zusätzlichen Volumennutzung zugutekommt.
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In fertig erhaltenen Elektrodenstapeln 24 werden je nachdem, ob im Innenraum 16 der Umhüllung 14 ein Abschnitt 18 der ersten Elektrode 12 oder ein Abschnitt 18 der zweiten Elektrode 30 aufgenommen ist, diese im fertiggestellten Elektrodenstapel 24 durch eine erste Längsseite 36 aus Separatormaterial bzw. durch eine zweite Längsseite 38 aus Separatormaterial voneinander getrennt.
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Beim erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahren kann auch der fertig aufgestapelte komplettierte Elektrodenstapel 24 einer Pressvorrichtung zugeführt werden, wo dieser im Wesentlichen unter Einwirkung einer Wärmequelle 56, vergleiche Darstellung gemäß 2, in vertikale Richtung verpresst wird, um die Laminierung zwischen den einzelnen Schichten des Elektrodenstapels 24 zu verbessern. Je besser der flächige Kontakt zwischen dem Separatormaterial und dem Material der ersten Elektrode 12 sowie der zweiten Elektrode 30 ist, desto geringer fällt ein Schrumpfen des Separatormaterials aus, wobei das Schrumpfen des Separatormaterials bei einer Überbeanspruchung des Elektrodenstapels 24 auftritt und zu Kurzschlüssen zwischen der ersten Elektrode 12, beispielsweise der Kathode und der zweiten Elektrode 30, beispielsweise der Anode, führen kann.
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2 zeigt eine weitere Ausführungsvariante des erfindungsgemäß vorgeschlagenen Verfahrens zur Bildung eines Elektrodenstapels 24.
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2 ist zu entnehmen, dass eine Elektrodenbahn 42 einem Schnitt 44 unterzogen wird. Bei der Elektrodenbahn 42 kann es sich sowohl um eine solche handeln, aus welcher Abschnitte 18 der ersten Elektrode 12 (Kathode) oder Abschnitte 18 der zweiten Elektrode 30 (Anode) abgetrennt werden. Der Schnitt 44 kann beispielsweise über eine im Wesentlichen senkrecht orientierte Laserstrahleinrichtung erfolgen.
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In einem weiteren Schritt erfolgt die Bildung eines Sandwichaufbaus 68.
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Dazu wird ein erster Separator 48 in Bahnform verwendet, auf den unter Einhaltung von Lücken 52, beispielsweise an einer Zufuhr 50, die Abschnitte 18 der ersten Elektrode 12 zugeführt werden. Die einzelnen Abschnitte 18 werden unter der Aufrechterhaltung der Lücke 52 auf die Oberseite des bahnförmigen ersten Separators 48 aufgebracht. Anschließend erfolgt die Zuführung eines bahnförmigen zweiten Separators 54. Dieser überdeckt sowohl die Lücken 52 zwischen den Abschnitten 18 wie auch die Abschnitte 18 als solche. Der erhaltene Sandwichaufbau 68, umfassend den ersten Separator 48 in Bahnform, die Abschnitte 18, beispielsweise der ersten Elektrode 12 sowie den zweiten Separator 54 in Bahnform, werden einer Anpressvorrichtung 58 zugeführt. Bei der Anpressvorrichtung 58 kann es sich beispielsweise um eine solche handeln, in die eine Wärmequelle 56 integriert ist. Bei Passage der Anpressvorrichtung 58 mit integrierter Wärmequelle 56 oder einer separaten Wärmequelle 56, wird der erhaltene Sandwichaufbau 68 im Wesentlichen in vertikale Richtung verpresst, so dass der erste Separator 48 und der zweite Separator 54 beidseitig an den zwischen diesen aufgenommenen Abschnitt 18 der ersten Elektrode 12 angepresst werden und somit eine flächige Verbindung entsteht. Bei weiterem Vorschub des erhaltenen Sandwichaufbaus 68 erfolgt dessen Abtrennung mittels des Schnittes 44 von dem bahnförmig vorliegenden Sandwichaufbau 68. Der Schnitt 44 erfolgt derart, dass sich bei der Durchführung des Schnittes 44 Überstände 64 bzw. 66 ergeben. Beispielsweise wird beim Schnitt 44 der erste Überstand 64 des ersten Separatorabschnittes 60 bezogen auf die Außenkante des Abschnittes 18 erzeugt, was des Weiteren auch für den zweiten Überstand 66 gilt, der am zweiten Separatorabschnitt 62 ausgebildet wird. Die nach dem Schnitt 44 erhaltenen einzelnen Sandwichaufbauabschnitte, weisen demnach einen beidseitigen Überstand über die Kanten des Abschnittes 18 auf, sei es die erste Elektrode 12, sei es die zweite Elektrode 30.
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Analog zur Darstellung der Verfahrensvariante gemäß 1 erfolgt die Bestückung eines ersten Depots 70 mit Sandwichaufbauabschnitten 46 des Sandwichaufbaus 68 nach Abtrennung durch den Schnitt 44.
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Im zweiten Depot 74 werden gemäß dieser Ausführungsvariante des Verfahrens beispielsweise zweite Elektroden 30 vorgehalten und dort zwischengestapelt.
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Zur Bildung des Elektrodenstapels 24 erfolgt nun ein Aufbau des Elektrodenstapels 24 durch den Aufstapelvorgang 26, wobei in alternierender Abfolge 34 jeweils aus dem ersten Depot 70 ein Sandwichaufbauabschnitt 46 einer ersten Zuführrichtung 72 dem im Wachsen befindlichen Elektrodenstapel 24 zugeführt wird und danach im Rahmen einer zweiten Zuführrichtung 76 aus dem zweiten Depot 74 ein jeweiliger Abschnitt der zweiten Elektrode 30 zugeführt wird. In alternierender Abfolge 34 zugeführt, wird so der Elektrodenstapel 24 in vertikale Richtung aufgebaut, bis dieser komplett ist und seine endgültige Höhe erreicht hat, die beispielsweise von der Größe der Batteriezelle und anderen Parametern abhängen kann.
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Wenngleich im Zusammenhang mit 2 ein Sandwichaufbau 68 dargestellt ist, bei dem die Abschnitte 18 der ersten Elektrode 12 in Sandwichaufbau 68 integriert sind, so kann natürlich auch die zweite Elektrode 30 in Form von Abschnitten 18 zwischen dem ersten Separator 48 und dem zweiten Separator 54 aufgenommen sein. In diesem Falle werden im zweiten Depot 74 statt Abschnitte zweiter Elektroden 30, Abschnitte 18 erster Elektroden 12 bevorratet und beim Aufstapelvorgang 26 in zweiter Zuführrichtung 76 den im Werden begriffenen Elektrodenstapel 24 im Wesentlichen in horizontaler Richtung zugeführt.
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Entscheidend ist, dass der Elektrodenstapel 24 flächig anliegende einzelne Komponenten umfasst, die den ersten Separatorabschnitt 60, den Abschnitt 18 der ersten Elektrode 12, den zweiten Separatorabschnitt 62 sowie den Abschnitt 18 der zweiten Elektrode 30 umfassen. Wird der gesamte, komplettierte Elektrodenstapel 24 einer hier nicht näher dargestellten Pressvorrichtung zugeführt, so kann der gesamte, komplettierte Elektrodenstapel 24 nochmals im Wesentlichen in vertikaler Richtung verpresst werden, um einen flächigen Kontakt zwischen den einzelnen Schichten herzustellen.
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Die Überstände 64 bzw. 66, die am ersten Separatorabschnitt 60 bzw. am zweiten Separatorabschnitt 62 ausgebildet sind, können Prozesstoleranzen kompensieren, da beim Auftreten des schlechtesten Toleranzszenarios die Überstände 64 und 66 hinsichtlich des Stackaufbaus größer als Null sind. Darüber hinaus kann durch die Überstände 64, 66 eine elektrische Isolation des Randbereiches der komplettierten Elektrodenstapel 24 erreicht werden. Des Weiteren kann in vorteilhafter Weise durch die Überstände 64 bzw. 66 am ersten Separatorabschnitt 60 bzw. am zweiten Separatorabschnitt 62 eine Kompensation von möglicherweise auftretenden Schrumpfungen des Separatormaterials, aus dem der erste und der zweite Separatorabschnitt 60 bzw. 62 gefertigt sind, erreicht werden. Des Weiteren kann durch die Überstände 64, 66 in voreilhafter Weise ein mechanischer Schutz gegen Beschädigungen der Elektrodenkanten beim Aufbau des Elektrodenstapels 24 erreicht werden; ferner ist ein mechanischer Schutz der Elektrodenkante sowie des jeweiligen Elektrodenstapels 24 über die Lebenszeit einer entsprechend konfigurierten Batteriezelle gegeben.
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Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2017041344 [0002]
- US 2014272507 [0003]
- EP 2555305 B1 [0004]
- EP 2958179 A1 [0005]
- EP 2892102 A1 [0006]
