DE102019102023A1

DE102019102023A1 - Herstellung von Elektroden für Batteriezellen

Info

Publication number: DE102019102023A1
Application number: DE102019102023.9A
Authority: DE
Inventors: Patrick Schichtel; Linda-Susann Schramm
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2019-01-28
Filing date: 2019-01-28
Publication date: 2020-07-30

Abstract

Vorrichtung (2) zur Herstellung von Elektroden für Batteriezellen, umfassend eine Mehrzahl von auf einer im Wesentlichen kreisförmigen Bahn (B) angeordneten Transportelementen (4) zum Transport von Leiterbändern (6), die mit einer auf einer Beschichtungsfläche (F) angeordneten Beschichtung (8) versehen sind, eine im Inneren der kreisförmigen Bahn (B) angeordnete Heizvorrichtung (10) zum Trocknen der Beschichtung (8), wobei die Transportelemente (4) und die Heizvorrichtung (10) derart ausgestaltet und innerhalb der Vorrichtung (2) angeordnet sind, dass ein beschichtetes Leiterband (6) in einer Ausrichtung, in der die Beschichtungsfläche (F) der Heizvorrichtung (10) zugewandt ist, derart um die Heizvorrichtung (10) führbar ist, dass eine Segregation innerhalb der Beschichtung (8) minimierbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung, ein System sowie ein Verfahren zur Herstellung von Elektroden für Batteriezellen.
Vorrichtungen und Verfahren zur Herstellung von Elektroden für Batteriezellen sind aus dem Stand der Technik bekannt. Bei der Herstellung von Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien werden in der Regel zunächst Elektrodenaktivmaterialien mit einem Binder versetzt, bevor die sich aus dem Gemisch ergebende leicht flüssige Aufschlämmung auf metallische Ableiterfolien aufgetragen und anschließend getrocknet wird. Dabei liegt die eigentliche Elektrode zunächst in einem mehr oder weniger flüssigen Film auf der Metallfolie vor, in dem die Elektrodenaktivmaterialien dispergiert sind. Nachteiliger Weise können die Dichteunterschiede der einzelnen Bestandteile der Beschichtung noch während des Trocknens der Elektrode zu einer Trennung des Gemisches führen, bevor das Lösemittel vollständig verdunstet ist. Häufig findet hierbei eine Abscheidung des Bindermaterials an der Oberfläche der Elektrode statt, da dieser quasi auf dem Flüssigkeitsfilm „aufschwimmt“. Dadurch werden einerseits Poren der Elektrode an der Oberfläche verstopft, sodass eine Elektrolytdiffusion in die Elektrode erschwert wird, zum anderen liegt der Binder nicht mehr gleich verteilt in der Elektrode vor, wodurch die Haftung am metallischen Ableiter verringert wird. Diese Effekte finden nachteiliger Weise zudem nicht nur bei den Elektrodenaktivmaterialien, sondern auch bei anderen Zellbestandteilen statt, sofern der Dichteunterschied entsprechend groß ist.
Aus dem Stand der Technik sind Ansätze bekannt, die eine solche voranstehend beschriebene Bindersegregation zu vermeiden versuchen. So ist es beispielsweise bekannt, Trocknungsprogramme speziell zu steuern und so beispielsweise relativ langsam zu trocknen bzw. die Trocknungsstrecken der Fabrikationslinien sehr lang auszulegen. Ebenfalls ist es bekannt, Rezepturen der Elektrodenaufschlämmer im Hinblick auf den genannten Effekt der Bindersegregation anzupassen und eventuell andere Binder zu verwenden oder den Anteil an Binder in der verwendeten Mischung zu variieren. Ferner wurde bereits versucht gewisse Additive oder Zellbestandteile nicht zu verwenden, da sich herausgestellt hat, dass diese in einer Dispersion nicht stabilisiert werden können.
Aus der Druckschrift WO 2012/026009 A1 ist es bekannt, langfaserige Polymere als Binder einzusetzen, um dem Auftrieb des Binders entgegenzuwirken.
Aus der Druckschrift WO 2011/013413 A1 ist es bekannt, den schlechteren Kontakt, der durch das Aufschwimmen des Binders verursacht wird, dadurch auszugleichen, dass eine zusätzliche Lage Binder auf dem Metallableiter eingesetzt wird.
Aus der Druckschrift JP 2012/097917 A ist es bekannt, ein langsames Trocknen mit verschiedenen Temperaturzonen vorzunehmen, um eine Segregation des Binders zu vermeiden.
Die Druckschrift US 5,775,002 A versucht eine Trocknung einer Beschichtung zu optimieren, indem das Elektrodenband durch Gasströme levitierend geführt wird.
Die Druckschrift JP 2012/069358 A versucht schließlich eine Trocknungszeit über eine bestimmte Art einer Umwicklung einer Heizvorrichtung zu beschleunigen.
Die aus dem Stand der Technik bekannten Versuche eine Bindersegregation zu vermeiden, erfordern somit entweder eine lange bzw. eine noch nicht ausreichend verkürzte Trocknungszeit oder eine veränderte Rezeptur. Eine lange Trocknungszeit wirkt sich hierbei insbesondere nachteilig auf die Effektivität der Produktion aus, wohingegen Veränderungen der Rezeptur negative Auswirkungen auf andere Parameter haben können.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die voranstehend beschriebenen Nachteile zumindest teilweise zu beheben, insbesondere ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung sowie ein Verfahren zur Herstellung von Elektroden für Batteriezellen zur Verfügung zu stellen, die auf einfache und kostengünstige Art und Weise, unter Minimierung einer Segregation innerhalb der Beschichtungen von Leiterbändern, eine schnelle und effektive Trocknung der Beschichtungen garantieren.
Die voranstehende Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1, ein System gemäß Anspruch 7 sowie ein Verfahren gemäß Anspruch 9. Weitere Merkmale und Details der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
Technische Merkmale, die zu der erfindungsgemäßen Vorrichtung offenbart werden, gelten dabei auch in Verbindung mit dem erfindungsgemäßen System sowie dem erfindungsgemäßen Verfahren und umgekehrt, sodass bezüglich der Offenbarung zu den einzelnen Erfindungsaspekten stets wechselseitig Bezug genommen wird bzw. werden kann. Zweckmäßige Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Ansprüchen aufgeführt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Elektroden für Batteriezellen umfasst eine Mehrzahl von auf einer im Wesentlichen kreisförmigen Bahn angeordneten Transportelementen zum Transport von Leiterbändern, die mit einer auf einer Beschichtungsfläche angeordneten Beschichtung versehen sind sowie eine im Inneren der kreisförmigen Bahn angeordnete Heizvorrichtung zum Trocknen der Beschichtung. Erfindungsgemäß sind die Transportelemente und die Heizvorrichtungen hierbei derart ausgestaltet und innerhalb der Vorrichtung angeordnet, dass ein beschichtetes Leiterband in einer Ausrichtung, in der die Beschichtungsfläche der Heizvorrichtung zugewandt ist, derart um die Heizvorrichtung führbar ist, dass eine Segregation innerhalb der Beschichtung minimierbar ist.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung dient hierbei insbesondere der Herstellung von Elektroden für Lithium-Ionen Batteriezellen. Die Elektroden sind mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung hierbei insbesondere über ein Rolle-zu-Rolle Verfahren herstellbar, wobei die Transportelemente vorzugsweise in Form von beispielsweise zylinderförmigen Rollen gebildet sein können, über die die Leiterbänder transportiert werden können.
Die Mehrzahl von erfindungsgemäß vorgesehenen Transportelementen kann auch in Form einer Trommel oder dergleichen angeordnet sein, bei dem das Leiterband dann entsprechend diskontinuierlich eingebracht und getrocknet wird.
Die gegenständlichen Leiterbänder sind vorzugsweise in Form von Folien ausgestaltet, die zumindest teilweise aus einem Metallwerkstoff, vorzugsweise zumindest teilweise aus einem Kupferwerkstoff oder einem Aluminiumwerkstoff gebildet sein können. Die gegenständliche Beschichtungsfläche stellt vorzugsweise eine Teilfläche eines Leiterbandes dar und ist hierbei insbesondere innerhalb von ausgesparten Randbereichen entlang einer Längsrichtung eines Leiterbandes angeordnet.
Der Begriff im Wesentlichen kreisförmig kann im Rahmen der Erfindung insbesondere breiter zu verstehen sein, sodass unter einer im Wesentlichen kreisförmigen Bahn auch eine zumindest teilweise ovale Bahnführung verstanden werden kann. Unter einer Segregation wird im Rahmen der Erfindung insbesondere eine Entmischung bzw. eine lokale Ansammlung einer Komponente eines Gemisches verstanden.
Einer Segregation innerhalb eines Beschichtungsmaterials wird vorliegend erfindungsgemäß insbesondere entgegengewirkt, indem während des Transportes der Leiterbänder, die Lage der auf den Leiterbändern angeordneten Beschichtungsmaterialien ständig verändert wird, sodass Auftriebskräfte, die beispielsweise auf einen Binder innerhalb der Beschichtung wirken, nicht mehr nur in Richtung einer Elektrodenoberfläche treiben. Hierzu sind die Transportelemente und die Heizvorrichtung erfindungsgemäß insbesondere derart ausgestaltet und innerhalb der Vorrichtung angeordnet, dass ein beschichtetes Leiterband in einer Ausrichtung, in der die Beschichtungsfläche von den Transportelementen abgewandt ist, um die Heizvorrichtung führbar ist, sodass eine Segregation innerhalb der Beschichtung minimierbar ist. Hierbei soll insbesondere eine Segregation eines Bindemittels und/oder eines in Form eines Feststoffes gebildeten Elektrodenaktivmaterials verhindert werden. Neben einer Verhinderung der Segregation eines Bindemittels und/oder eines Elektrodenaktivmaterials wirkt die erfindungsgemäße Ausgestaltung jedoch ebenso einer Segregation anderer Bestandteile, wie beispielsweise Leitzusätzen oder dergleichen entgegen und bewirkt ebenso bei den anderen Bestandteilen einer Beschichtung eine ständige Lageveränderung zur Verteilung innerhalb eines Bindemittels.
Im Rahmen der Erfindung ist erkannt worden, dass bei Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bzw. bei Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Elektroden für Batteriezellen, insbesondere durch die erfindungsgemäße Ausrichtbarkeit der Beschichtung eines Leiterbandes, die Trocknungsgeschwindigkeit und damit die Produktionsgeschwindigkeit von Elektroden erhöht werden kann, ohne dass schädliche Effekte durch Materialsegregation und Aufschwämmen von Bindermaterial oder dergleichen auftreten. Zudem wird eine gleichmäßige Mischung eines Elektrodenmaterials gewährleistet, ohne dass es zu Lagenbildung innerhalb einer Elektrode kommt.
Im Hinblick auf eine konstruktiv einfach zu gewährleistende Minimierung einer Segregation innerhalb einer Beschichtung, kann erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen sein, dass die Transportelemente derart innerhalb der Vorrichtung angeordnet sind, dass ein beschichtetes Leiterband spiral- oder schraubenförmig um die Heizvorrichtung führbar ist. Die Transportelemente können ferner derart innerhalb der Vorrichtung angeordnet sein, dass das Leiterband nicht wie üblich lediglich horizontal geführt, sondern auch in vertikaler Richtung sowie auf über Kopf stehend geführt werden kann, sodass die Auftriebskräfte möglichst gleichmäßig innerhalb der Beschichtung verteilbar sind und eine Segregation einzelner Beschichtungsbestandteile so gut es geht unterbunden wird. Eine spiral- oder schraubenförmige Führung des Leiterbandes um die gegenständliche Heizvorrichtung herum erlaubt hierbei außerdem eine kontinuierliche Zuführung und Bearbeitung eines zugeführten Leiterbandes. Neben einer spiral- oder schraubenförmigen Führung zur Vermeidung einer Segregation ist erfindungsgemäß auch eine Drehung eines Leiterbandes über eine inkrementelle Torsion oder dergleichen denkbar, wobei das Leiterband zwar weiter horizontal bewegt wird, aber die Transportelemente verstellt, beispielsweise langsam angewinkelt werden können, sodass eine Drehung eines Leiterbandes erfolgt.
Im Rahmen einer besonders flexiblen Minimierung einer Segregation, insbesondere einer besonders flexiblen Führung eines Leiterbandes um eine Heizvorrichtung herum, kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass die Transportelemente derart ausgebildet und ansteuerbar sind, dass eine Variation der Geschwindigkeit vornehmbar ist, mit der die Leiterbänder um die Heizvorrichtung führbar sind.
Ebenso ist es im Hinblick auf eine besonders einfache und flexible Variation der Führung eines Leiterbandes denkbar, dass die Transportelemente entlang zumindest zwei Achsen, vorzugsweise entlang zumindest drei Achsen in ihrer Position verstellbar sind. Hierbei sind die Transportelemente vorzugsweise derart in ihrer Position verstellbar, insbesondere in ihrer Ausrichtung zur Heizvorrichtung verstellbar gebildet, dass ein Krümmungsradius eines Leiterbandes variierbar ist, um beispielsweise lokal eine Winkelgeschwindigkeit zu erhöhen und somit lokal unterschiedliche Fliehkräfte einstellen zu können. So kann beispielsweise auch vorgesehen sein, dass zwischen einer kreisförmigen und einer ovalen Bahn gewechselt werden kann, indem der Krümmungsradius der Bahn an verschiedenen Positionen der Vorrichtung verstellbar ist, beispielsweise indem die Transportelemente mobil lagerbar gebildet sind.
Um auf eine konstruktiv einfache Möglichkeit einen flexibel und zuverlässig steuerbaren Transport von Leiterbändern entlang einer Heizvorrichtung zu gewährleisten, kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass die Transportelemente entlang ihrer Oberfläche angeordnete Ausnehmungen zur Fixierung der Leiterbänder aufweisen. Die Ausnehmungen können hierbei insbesondere in Form von Perforationen oder dergleichen gebildet sein. Durch einen innerhalb der Transportelemente einstellbaren Unterdruck kann somit auf einfache und kostengünstige Weise eine Fixierung der Leiterbänder durch die Transportelemente ermöglicht werden. Die Stärke einer Fixierung kann hierbei beispielsweise über den angelegten Unterdruck oder auch über die Anzahl, die Größe, die Verteilung oder die Form der Ausnehmungen gesteuert werden, sodass gewährleistet werden kann, dass die attraktive Kraft zwischen den Transportelementen und den Leiterbändern groß genug ist, um die Leiterbänder auch über Kopf oder dergleichen führen zu können und zu gewährleisten, dass die Leiterbänder auch beim An- und Abfahren der Maschine nicht von den Transportelementen abreißen. Alternativ zu einer Unterdruckfixierung eines Leiterbandes auf den Transportelementen können auch weitere, insbesondere in Form von Stabilisierungsrollen oder dergleichen gebildete Stabilisierungselemente vorgesehen sein, über die ein Leiterband beispielsweise eingeklemmt oder gehalten werden kann.
Um eine besonders effektive und schnelle Trocknung der Beschichtung zu erreichen, kann erfindungsgemäß insbesondere vorgesehen sein, dass die Heizvorrichtung in Form eines Infrarotstrahlers oder einer Mikrowellenquelle gebildet ist. Alternativ kann die Heizvorrichtung auch in Form eines Heizlüfters, eines Heizwendels oder einer Laserheizung oder dergleichen gebildet sein. Vorzugsweise kann die Heizvorrichtung hierbei in ihrer Länge und/oder ihrer Position und/oder ihrer Temperatur variierbar sein, um ein Trocknungsprogramm nicht nur über die Temperatur, sondern auch über die Länge und Position der Heizvorrichtung steuern zu können. Eine derartige flexible Einstellung zur schnellen Trocknung ist insbesondere dadurch möglich, dass es im Vergleich zu üblichen Trocknungsverfahren zur Herstellung von Elektroden für Batteriezellen nicht mehr nötig ist, langsam zu trocknen, sodass unter anderem höhere Temperaturen und kürzere Trocknungswege ermöglicht werden können. Im Rahmen einer Variation der Länge und/oder Positionierung der Heizvorrichtung kann diese vorteilhafter Weise auch unter Berücksichtigung weiterer Parameter, wie beispielsweise der Führungsgeschwindigkeit oder der Viskosität der Beschichtung variiert werden.
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist zudem ein System zur Herstellung von Elektroden für Batteriezellen. Hierbei umfasst das System eine voranstehend beschriebene Vorrichtung zur Herstellung von Elektroden für Batteriezellen sowie ein beschichtetes Leiterband. Erfindungsgemäß ist das beschichtete Leiterband hierbei in einer Ausrichtung, in der die Beschichtungsfläche der Heizvorrichtung zugewandt ist innerhalb der Vorrichtung angeordnet und in dieser Ausrichtung derart um die Heizvorrichtung führbar, dass eine Segregation innerhalb der Beschichtung minimierbar ist. Damit bringt das erfindungsgemäße System die gleichen Vorteile mit sich, wie bereits ausführlich in Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung beschrieben worden sind.
Die gegenständliche Beschichtung kann hierbei insbesondere derart ausgebildet sein, dass die Beschichtung ein Bindemittel und ein innerhalb des Bindemittels angeordnetes feststoffartig gebildetes Material umfasst. Die Beschichtung kann hierbei in Form einer Suspension, vorzugsweise in Form einer Dispersion, insbesondere in Form einer Aufschlämmung oder dergleichen gebildet sein. Das Bindemittel ist vorzugsweise in Form eines organischen Polymers gebildet, wohingegen das feststoffartig gebildete Material vorzugsweise in Form eines graphithaltigen und/oder siliziumhaltigen Materials gebildet ist
Ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist zudem ein Verfahren zur Herstellung von Elektroden für Batteriezellen. Hierbei umfasst das Verfahren die Schritte eines Auftragens einer Beschichtung auf eine Beschichtungsfläche eines Leiterbandes sowie eines Trocknens der Beschichtung mittels eines Führens des beschichteten Leiterbandes entlang einer im Wesentlichen kreisförmigen Bahn um eine im Inneren der kreisförmigen Bahn angeordnete Heizvorrichtung. Erfindungsgemäß wird das Leiterband hierbei derart und in einer Ausrichtung, in der die Beschichtungsfläche der Heizvorrichtung zugewandt ist um die Heizvorrichtung geführt, dass eine Segregation innerhalb der Beschichtung minimierbar ist. Damit bringt das erfindungsgemäße Verfahren die gleichen Vorteile mit sich, wie bereits ausführlich in Bezug auf die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße System beschrieben worden sind. Wie bereits im Hinblick auf die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Elektroden für Batteriezellen beschrieben, wird auch das gegenständliche Verfahren vorzugsweise derart ausgeführt, dass das Leiterband derart und in einer Ausrichtung, in der die Beschichtungsfläche den Transportelementen abgewandt ist um die Heizvorrichtung geführt wird, sodass eine Segregation innerhalb der Beschichtung minimierbar ist. Das Leiterband kann hierbei insbesondere spiral- oder schraubenförmig um die Heizvorrichtung geführt werden. Ferner kann das Leiterband insbesondere in einer variierbaren Geschwindigkeit geführt werden, die zwar hoch, d.h. vorzugsweise zumindest höher als 50 m/min, insbesondere zumindest höher als 75 m/min ist, aber nicht so hoch, dass es aufgrund der Fliehkräfte zur Segregation fester Beschichtungsbestandteile kommt.
Im Hinblick auf eine kalkulierbare Steuerung der Minimierung einer Segregation kann erfindungsgemäß ferner vorgesehen sein, dass ein Führen des beschichteten Leiterbandes derart erfolgt, dass eine Differenz zwischen auf die Beschichtung wirkenden Gravitationskräften und Fliehkräften minimierbar ist, um eine Segregation innerhalb der Beschichtung zu minimieren. Die Führung des erfindungsgemäßen Leiterbandes erfolgt hierbei vorzugsweise derart, dass die Fliehkräfte sowie die Positionierung des Leiterbandes, insbesondere die relative Positionierung gegenüber der Heizvorrichtung Dichteunterschiede bzw. Auftriebseffekte ausgleichen, um einer Segregation innerhalb der Beschichtung vorzubeugen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung, in der unter Bezugnahme auf die Zeichnungen Ausführungsbeispiele der Erfindung im Einzelnen beschrieben sind. Dabei können die in den Ansprüchen und in der Beschreibung erwähnten Merkmale jeweils einzeln für sich oder in beliebiger Kombination erfindungswesentlich sein.
Es zeigen:

1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems zur Herstellung von Elektroden für Batteriezellen, umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur Herstellung von Elektroden für Batteriezellen sowie ein durch die Vorrichtung geführtes Leiterband in einer Schnittansicht,
2 eine schematische Darstellung einer Führung eines Leiterbandes um eine Heizvorrichtung in einer seitlichen Ansicht,
3 eine schematische Darstellung eines Transportelementes zum Transport von Leiterbändern mit einem fixierten Leiterband in einer Schnittansicht.

1 zeigt eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Systems 1 zur Herstellung von Elektroden für Batteriezellen, umfassend eine erfindungsgemäße Vorrichtung 2 zur Herstellung von Elektroden für Batteriezellen sowie ein durch die Vorrichtung 2 geführtes Leiterband 6 in einer Schnittansicht. Hierbei umfasst die innerhalb des Systems 1 angeordnete Vorrichtung 2 eine Mehrzahl von auf einer im Wesentlichen kreisförmigen Bahn B angeordneten Transportelemente 4 zum Transport von Leiterbändern 6, die mit einer auf einer Beschichtungsfläche F angeordneten Beschichtung 8 versehen sind sowie eine im Inneren der kreisförmigen Bahn B angeordnete Heizvorrichtung 10 zum Trocknen der Beschichtung 8. Die Transportelemente 4 und die Heizvorrichtung 10 sind hierbei derart ausgestaltet und innerhalb der Vorrichtung 2 angeordnet, dass das beschichtete Leiterband 6 in einer Ausrichtung, in der die Beschichtungsfläche F des Leiterbandes 6 der Heizvorrichtung 10 zugewandt ist, derart um die Heizvorrichtung geführt wird, dass eine Segregation innerhalb der Beschichtung 8 minimal ist.
Eine Segregation innerhalb des Beschichtungsmaterials wird hierbei gemäß der vorliegenden Vorrichtung 2 entgegengewirkt, indem ein Transport durchführbar ist, bei dem die Lage der Leiterbänder 6 und damit die Lage von auf den Leiterbändern 6 angeordneten Beschichtungsmaterialien ständig verändert wird, sodass Auftriebskräfte, die beispielsweise auf einen Binder innerhalb der Beschichtung 8 wirken, nicht mehr nur in Richtung einer Elektrodenoberfläche treiben.
Hierzu sind die Transportelemente 4 und die Heizvorrichtung 10 erfindungsgemäß derart ausgestaltet und innerhalb der Vorrichtung 2 angeordnet, dass ein beschichtetes Leiterband 6 in einer Ausrichtung, in der die Beschichtungsfläche F von den Transportelementen 4 abgewandt ist, um die Heizvorrichtung geführt wird, sodass eine Segregation innerhalb der Beschichtung minimal ist.
Erfindungsgemäß soll hierbei insbesondere eine Segregation eines Bindemittels und/oder eines feststoffartig ausgebildeten Elektrodenaktivmaterials verhindert werden. Neben einer Verhinderung der Segregation von Elektrodenmaterial wirkt die erfindungsgemäße Ausgestaltung zudem ebenso einer Segregation anderer Bestandteile, wie Leitzusätzen oder dergleichen entgegen und bewirkt ebenso bei anderen festen Bestandteilen einer Beschichtung 8 eine ständige Lageveränderung zur Verteilung innerhalb der Beschichtung 8.
Die Transportelemente 4 können hierbei im Hinblick auf eine besonders einfache und flexible Variation der Führung eines Leiterbandes 6 entlang zumindest zwei Achsen, vorzugsweise entlang zumindest drei Achsen in ihrer Position verstellbar sein. Hierbei können die Transportelemente 4 vorzugsweise derart in ihrer Position verstellbar sein, dass ein Krümmungsradius eines Leiterbandes 6 variierbar ist, um beispielsweise lokal eine Winkelgeschwindigkeit zu erhöhen und somit lokal unterschiedliche Fliehkräfte einstellen zu können.
Die gegenständliche Heizvorrichtung 10 kann vorliegend insbesondere in Form eines Infrarotstrahlers oder einer Mikrowellenquelle gebildet sein, um eine besonders effektive und schnelle Trocknung einer Beschichtung zu erreichen. Alternativ kann die Heizvorrichtung 10 auch in Form eines Heizlüfters, Heizwendels oder einer Laserheizung oder dergleichen gebildet sein. Vorzugsweise kann die Heizvorrichtung 10 zudem auch in ihrer Länge und/oder ihrer Position und/oder ihrer Temperatur variierbar sein, um ein Trocknungsprogramm besonders flexibel steuern zu können. Eine derartig flexible Einstellung für eine schnelle Trocknung ist insbesondere dadurch möglich, dass es im Vergleich zu üblichen Trocknungsverfahren gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren nicht mehr nötig ist, besonders langsam zu trocknen, sodass unter anderem höhere Temperaturen und kürzere Trocknungswege ermöglicht werden. Im Rahmen einer Variation der Länge und/oder Positionierung der Heizvorrichtung kann die Heizvorrichtung 10 hierbei vorteilhafterweise auch unter Berücksichtigung weiterer Parameter, wie beispielsweise der Führungsgeschwindigkeit oder der Viskosität einer Beschichtung variiert werden.
Die gegenständliche Beschichtung 8 kann hierbei insbesondere ein Bindemittel und ein innerhalb des Bindemittels angeordnetes feststoffartig gebildetes Material umfassen und in Form einer Suspension, vorzugsweise in Form einer Dispersion, insbesondere in Form einer Aufschwemmung vorliegen. Das Bindemittel kann hierbei vorzugsweise in Form eines organischen Polymers gebildet sein, wohingegen das feststoffartig gebildete Material vorzugsweise in Form eines graphithaltigen und/oder siliziumhaltigen Materials gebildet sein kann und beispielsweise in pulverisierter Form zumindest teilweise innerhalb des Bindemittels gelöst sein kann.
2 zeigt eine schematische Darstellung einer Führung eines Leiterbandes 6 um eine Heizvorrichtung 10 in einer seitlichen Ansicht. 2 zeigt dabei eine Ausführung, in der ein beschichtete Leiterband 6 spiral- oder schraubenförmig um die Heizvorrichtung 10 geführt wird, sodass die innerhalb einer Beschichtung 8 angeordneten Bestandteile möglichst gleichmäßig innerhalb der Beschichtung 8 verteilt werden und einer Segregation einzelner Beschichtungsbestandteile vorgebeugt wird. So kann erfindungsgemäß eine Leiterfolie 6 nicht nur horizontal, sondern auch in vertikaler Richtung sowie auch über Kopf stehend geführt werden, sodass Auftriebskräfte möglichst gleichmäßig innerhalb der Beschichtung 8 verteilbar sind. Eine vorliegende spiral- oder schraubenförmige Führung des Leiterbandes 6 um die gegenständliche Heizvorrichtung 10 erlaubt außerdem eine kontinuierliche Zuführung und Bearbeitung eines zugeführten Leiterbandes 6. Neben einer spiral- oder schraubenförmigen Führung zur Vermeidung einer Segregation ist erfindungsgemäß auch eine Drehung einer Leiterplatte 6 über eine inkrementelle Torsion oder dergleichen denkbar, weil ein Leiterband 6 zwar weiter horizontal bewegt wird, aber die Transportelemente 4 verstellt, beispielsweise langsam angewinkelt werden kann, sodass eine Drehung eines Leiterbandes 6 erfolgt.
3 zeigt eine schematische Darstellung eines Transportelementes 4 zum Transport von Leiterbändern 10 mit einem fixierten Leiterband 10 in einer Schnittansicht. Gemäß 3 ist zu erkennen, dass die Transportelemente 4 entlang ihrer Oberfläche angeordnete Ausnehmungen 12 zur Fixierung der Leiterbänder 6 aufweisen, die auf eine konstruktiv einfache Art und Weise einen flexiblen und zuverlässig steuerbaren Transport der Leiterbänder 6 entlang einer Heizvorrichtung 10 gewährleisten. Eine Fixierung erfolgt hierbei vorliegend über die der Beschichtungsfläche F abgewandte Seite der Leiterbänder 6, sodass die auf der Beschichtungsfläche der Leiterbänder 6 angeordnete Beschichtung 8 durch einen von der Heizvorrichtung 10 erzeugten warmen Luftstrom 14 getrocknet werden kann. Die innerhalb der Transportvorrichtungen 4 angeordneten Ausnehmungen 12 können hierbei insbesondere in Form von Perforationen oder dergleichen gebildet sein. Durch ein innerhalb der Transportelemente 4 einstellbaren Unterdruck kann hierbei auf einfache und kostengünstige Weise eine Fixierung der Leiterbänder 6 durch die Transportelemente 4 erfolgen. Die Stärke der Fixierung kann hierbei beispielsweise über den angelegten Unterdruck oder auch über die Anzahl, die Größe, die Verteilung oder die Form der Ausnehmungen 12 gesteuert werden, sodass gewährleistet wird, dass die attraktive Kraft zwischen den Transportelementen 4 und den Leiterbahnen 6 stets so groß ist, dass die Leiterbahnen 6 auch über Kopf oder dergleichen geführt werden können und die Leiterbahnen 6 auch beim An- und Abfahren der Maschine nicht von den Transportelementen 4 abreißen.
Mittels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung von Elektroden für Batteriezellen kann insbesondere die Trocknungsgeschwindigkeit und damit die Produktionsgeschwindigkeit von Elektroden erhöht werden, ohne dass schädliche Effekte durch Materialsegregation und Aufschwämmen von Bindermaterial auftreten. Zudem wird eine gleichmäßige Mischung des Elektrodenmaterials gewährleistet, ohne dass es zu Lagenbildung innerhalb einer Elektrode kommt.
Bezugszeichenliste

1: System zur Herstellung von Elektroden für Batteriezellen
2: Vorrichtung zur Herstellung von Elektroden für Batteriezellen
4: Transportelement
6: Leiterband
8: Beschichtung
10: Heizvorrichtung
12: Ausnehmungen
14: warmer Luftstrom
B: Bahn
F: Beschichtungsfläche

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2012/026009 A1 [0004]
WO 2011/013413 A1 [0005]
JP 2012097917 A [0006]
US 5775002 A [0007]
JP 2012069358 A [0008]

Claims

Vorrichtung (2) zur Herstellung von Elektroden für Batteriezellen, umfassend: - eine Mehrzahl von auf einer im Wesentlichen kreisförmigen Bahn (B) angeordneten Transportelementen (4) zum Transport von Leiterbändern (6), die mit einer auf einer Beschichtungsfläche (F) angeordneten Beschichtung (8) versehen sind, - eine im Inneren der kreisförmigen Bahn (B) angeordnete Heizvorrichtung (10) zum Trocknen der Beschichtung (8), dadurch gekennzeichnet, dass die Transportelemente (4) und die Heizvorrichtung (10) derart ausgestaltet und innerhalb der Vorrichtung (2) angeordnet sind, dass ein beschichtetes Leiterband (6) in einer Ausrichtung, in der die Beschichtungsfläche (F) der Heizvorrichtung (10) zugewandt ist, derart um die Heizvorrichtung (10) führbar ist, dass eine Segregation innerhalb der Beschichtung (8) minimierbar ist.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportelemente (4) derart innerhalb der Vorrichtung (2) angeordnet sind, dass ein beschichtetes Leiterband (6) spiral- oder schraubenförmig um die Heizvorrichtung (10) führbar ist.
Vorrichtung (2) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportelemente (4) derart ausgebildet und ansteuerbar sind, dass eine Variation der Geschwindigkeit vornehmbar ist, mit der die Leiterbänder (6) um die Heizvorrichtung (10) führbar sind.
Vorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportelemente (4) entlang zumindest zwei Achsen, vorzugsweise entlang zumindest drei Achsen in ihrer Position verstellbar sind.
Vorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Transportelemente (4) entlang ihrer Oberfläche angeordnete Ausnehmungen (12) zur Fixierung der Leiterbänder (6) aufweisen.
Vorrichtung (2) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Heizvorrichtung (10) in Form eines Infrarotstrahlers oder einer Mikrowellenquelle gebildet ist.
System (1) zur Herstellung von Elektroden für Batteriezellen, umfassend: - eine Vorrichtung (2) zur Herstellung von Elektroden für Batteriezellen nach einem der Ansprüche 1 bis 6, - ein beschichtetes Leiterband (6), dadurch gekennzeichnet, dass das beschichtete Leiterband (6) in einer Ausrichtung, in der die Beschichtungsfläche (F) der Heizvorrichtung (10) zugewandt ist innerhalb der Vorrichtung (2) angeordnet ist und in dieser Ausrichtung derart um die Heizvorrichtung (10) führbar ist, dass eine Segregation innerhalb der Beschichtung (8) minimierbar ist.
System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Beschichtung ein Bindemittel und ein innerhalb des Bindemittels angeordnetes feststoffartig gebildetes Material umfasst.
Verfahren zur Herstellung von Elektroden für Batteriezellen, umfassend die Schritte: - Auftragen einer Beschichtung (8) auf eine Beschichtungsfläche (F) eines Leiterbandes (6), - Trocknen der Beschichtung (8) mittels eines Führens des beschichteten Leiterbandes (6) entlang einer im Wesentlichen kreisförmigen Bahn (B) um eine im Inneren der kreisförmigen Bahn (B) angeordnete Heizvorrichtung (10), dadurch gekennzeichnet, dass das Leiterband (6) derart und in einer Ausrichtung, in der die Beschichtungsfläche (F) der Heizvorrichtung (10) zugewandt ist, um die Heizvorrichtung (10) geführt wird, dass eine Segregation innerhalb der Beschichtung (8) minimierbar ist.
Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Führen des beschichteten Leiterbandes (6) derart erfolgt, dass eine Differenz zwischen auf die Beschichtung wirkenden Gravitationskräften und Fliehkräften minimierbar ist, um eine Segregation innerhalb der Beschichtung (8) zu minimieren.