DE102019129470A1 - Elektrode und Herstellungsverfahren dafür - Google Patents

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Thomas Wöhrle
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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine galvanische Batteriezelle, die einen Stromkollektor und eine auf diesem haftende Elektrodenmaterialschicht enthält, aufweisend: Bereitstellen eines elektrisch leitenden Elektrodensubstrates mit einer Hauptfläche; Schneiden einer ersten Kontur in die Hauptfläche des Elektrodensubstrats, so dass dabei zumindest ein flächiger Teil seiner Hauptfläche aus dieser herausgeschnitten wird; und Auftragen einer Elektrodenmaterialschicht auf die nach dem Schneiden der ersten Kontur verbliebene Hauptfläche des Elektrodensubstrats, so dass entlang der ersten Kontur der Rand der Elektrodenmaterialschicht mit dem Rand des Elektrodensubstrats zumindest abschnittsweise bündig abschließt und der von der Elektrodenmaterialschicht bedeckte Teil des Elektrodensubstrats einen Stromkollektor der Elektrode bildet; wobei das Schneiden der ersten Kontur vor dem Auftragen einer Elektrodenmaterialschicht auf das Elektrodensubstrat durchgeführt wird.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode, insbesondere einer Elektrode für eine Lithium- oder Lithiumionenbatterie. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Elektrode für eine Batteriezelle sowie eine Batteriezelle mit einer solchen Elektrode. Im Folgenden werde die Begriffe Zelle und Batterie sowie Lithium-Batterie und Lithiumionen-Batterie synonym verwendet.
  • Galvanische Batterien können in Form von Zellstapel oder Wickelzellen ausgeführt sein. Insbesondere Wickelzellen lassen sich mit hoher Geschwindigkeit und mit geringen Kosten realisieren. In einer galvanischen Batterie sind zumindest eine positive Elektrode und eine negative Elektrode enthalten, die durch einen Separator voneinander getrennt sind. Die Elektroden weisen jeweils einen Metall enthaltenden Stromkollektor und ein Elektrodenmaterial auf. Allgemeines Wissen diesbezüglich ist in den folgenden, von Thomas Wöhrle verfassten Veröffentlichungen enthalten: „Handbuch Lithium-Ionen-Batterien“, Kapitel 9, Springer, 2013, und „Lithium-Ion Batteries: Basics and Applications“, Chapter 9, Springer, 2018.
  • Die 1a bis 1f zeigen schematisch jeweils einen Schritt eines bekannten Verfahrens zur Herstellung einer Elektrode. Die obere Abbildung einer jeden Figur zeigt eine Draufsicht auf die während dem jeweiligen Herstellungsschritt gebildete Elektrode, und die untere Abbildung eine Seitenansicht der Elektrode, quer zu ihrer Längsrichtung. In einem ersten Schritt des bekannten Verfahrens wird, wie in 1a schematisch gezeigt, ein Elektrodensubstrat 101 bereitgestellt. Dieses ist streifen- oder bandförmig und weist eine Hauptfläche 110 auf, deren Flächeninhalt viel größer als der Flächeninhalt der die Hauptfläche angrenzenden Seitenflächen ist. In einem zweiten Schritt des bekannten Verfahrens, der in der 1b schematisch gezeigt ist, wird auf die Hauptfläche 110 des Elektrodensubstrats 101 eine zähflüssige Elektrodenmaterialschicht 120 so aufgetragen, dass i) die Elektrodenmaterialschicht 120 auf dem Elektrodensubstrat 101 haften bleibt, ii) der von der Elektrodenmaterialschicht 120 bedeckte Teil des Elektrodensubstrats 101 einen Stromkollektor der Elektrode bildet, und iii) sich seitlich neben der Elektrodenmaterialschicht 120 zwei Teile 1101 und 1102 der Hauptfläche befinden, die nicht von der Elektrodenmaterialschicht 120 sind. Die aufgetragene Elektrodenmaterialschicht 120 kann eine Dicke di aufweisen. In einem dritten Schritt, der in den Figuren nicht dargestellt ist, erfolgt ein Trocknen (welches ein Abziehen des Trägerlösungsmittels enthält) der Elektrodenmaterialschicht 120. In einem vierten Schritt des bekannten Verfahrens, der in der 1c schematisch dargestellt ist, wird die auf dem Elektrodensubstrat 101 aufgetragene Elektrodenmaterialschicht 120 mit einer Kalandriervorrichtung verdichtet. Dabei schrumpft die Dicke der verdichteten Elektrodenmaterialschicht 122 auf d2<d1. In einem fünften und sechsten Schritt, die gemäß dem bekannten Verfahren nach dem vierten Schritt (Verdichten/Kalandrieren) ausgeführt werden, erfolgt ein Laserschneiden entlang der geradlinigen Kontur/Schnittfläche 104 bzw. der rechtwinkligen Kontur 105, um den nicht mit Elektrodenmaterial 122 bedeckten Teil 1101 abzuschneiden, bzw. um Ableiterfahnen 109 in den nicht mit Elektrodenmaterial 122 bedeckten Teil 1102 auszubilden. Die nach dem fünften und sechsten Schritt gebildete Elektrode wird in den 1d bzw. 1e schematisch dargestellt.
  • In dem bekannten Verfahren zur Herstellung einer Elektrode kann es während dem Verdichten der Elektrodenmaterialschicht 120 zu einem starken Fließen des Elektrodensubstrats sowie des Stromkollektors kommen, wodurch sich starke Wölbungen, Wellen, Verzüge, Verformungen oder sogar Rissen im Übergangsbereich zwischen dem mit der Elektrodenmaterialschicht 120 bedeckten Teil des Elektrodensubstrats/Stromkollektors 101 und den nicht mit der Elektrodenmaterialschicht 120 bedeckten Teilen 1101 und 1102 bilden. Dies führt in nachteiliger Weise einerseits zu einer Schwächung der Elektrode und andererseits erschwert es die Weiterverarbeitung der bisher gebildeten Elektrode. Beispielsweise können die hohen Spannungen und Wölbungen, die sich im Übergangsbereich zu den Teilen 1101 und 1102 bilden, ein Aufwickeln der Elektrode zu einem kompakten Zell-Wickel (im englischen Jelly Roll, J/R) erschweren oder unmöglich machen, was sich negativ auf die Produktionskosten und die Zuverlässigkeit der Zelle und ihrer Energiedichte auswirkt.
  • Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode bereitzustellen, bei dem das Ausbilden von mechanischen Deformationen an dem den Stromkollektor bildenden Elektrodensubstrat verhindert bzw. deutlich reduziert wird.
  • Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre des Anspruchs 1 erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche 2 bis 9.
  • Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Elektrode, insbesondere eine Elektrode für eine Lithium- oder Lithiumionenbatterie, bereitzustellen, die frei von mechanischen Deformationen, insbesondere von Wölbungen oder Rissen, ist.
  • Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre des unabhängigen Anspruches 10 erreicht.
  • Es ist ferner eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Batteriezelle bereitzustellen, die eine hohe Energiedichte und Zuverlässigkeit aufweist.
  • Die Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre des unabhängigen Anspruches 11 erreicht.
  • Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine galvanische Batteriezelle, die einen Stromkollektor und eine auf diesem haftende Elektrodenmaterialschicht enthält, aufweisend:
    • Bereitstellen eines elektrisch leitenden Elektrodensubstrates mit einer Hauptfläche;
    • Schneiden einer ersten Kontur in die Hauptfläche des Elektrodensubstrats, so dass dabei zumindest ein flächiger Teil seiner Hauptfläche aus dieser herausgeschnitten wird; und
    • Auftragen einer Elektrodenmaterialschicht auf die nach dem Schneiden der ersten Kontur verbliebene Hauptfläche des Elektrodensubstrats, so dass entlang der ersten Kontur der Rand der Elektrodenmaterialschicht mit dem Rand des Elektrodensubstrats zumindest abschnittsweise bündig abschließt und der von der Elektrodenmaterialschicht bedeckte Teil des Elektrodensubstrats einen Stromkollektor der Elektrode bildet;
    wobei das Schneiden der ersten Kontur vor dem Auftragen einer Elektrodenmaterialschicht auf das Elektrodensubstrat durchgeführt wird. Der Konturschnitt kann variabel und in unbeschränkter Geometrie erfolgen.
  • Dadurch kann die Länge des Übergangsbereichs zwischen dem mit der Elektrodenmaterialschicht bedeckten Teil des Elektrodensubstrats und dem nicht mit der Elektrodenmaterialschicht bedeckten Teil des Elektrodensubstrats verkürzt, und somit während dem Verdichten der Elektrodenmaterialschicht das Auftreten von Spannungen und/oder Wölbungen im Elektrodensubstrat reduziert werden. In vorteilhafter Weise kann das Verfahren eine Elektrode bereitstellen, die durch das Verdichten weniger geschwächt und für die weitere Verarbeitung, insbesondere zum Aufwickeln zu einer Wickelelektrode, gut geeignet ist.
  • Das Elektrodensubstrat kann in Form einer Folie oder Platte ausgebildet sein und das Schneiden der ersten Kontur kann mittels Laserschneiden, Stanzen, Wasserstrahlschneiden oder Sandstrahlscheiden erfolgen. Unter einer Kontur ist eine Linie zu verstehen, die gebrochen, gekrümmt oder gerade sein kann. Die Folie kann auch in jeder beliebigen Geometrie gelocht (Lochfolie, „punched foil“), oder gestreckt (Streckmetall, expanded metal) sein. Auch sogenannte Metall-Schäume (engl. foams) oder Vliese können anstelle der Folie verwendet werden. Als Kollektorfolie können auch Metall-beschichtete Kunststofffolien (wie bspw. in DE102014201310A1 beschrieben) und/oder Metall-beschichtete MetallFolien (wie bspw. in EP2649660 beschrieben) sowie metallisierte folienartige Funktions-Werkstoffe (wie bspw. in DE102018000272A1 beschrieben) zum Einsatz kommen.
  • Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung und deren Weiterbildungen beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den weiteren beschriebenen anderen Aspekten der Erfindung kombiniert werden können.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform werden durch das Schneiden der ersten Kontur auf wenigstens einer Seite des Elektrodensubstrats ein oder mehrere Vorsprünge als eine oder mehrere Ableiterfahnen des Stromkollektors herausgebildet. Diese können in gleichmäßigen oder variierenden Abständen und/oder mit variierender Geometrie ausgebildet werden.
  • Dadurch kann die von dem Stromkollektor gesammelte elektrische Ladung abgeleitet werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Elektrodenmaterialschicht auf der gesamten Hauptfläche mit Ausnahme der darin durch die eine oder die mehreren Ableiterfahnen gebildeten Teilfläche bzw. Teilflächen aufgebracht.
  • Dadurch kann die Dichte der von der Elektrode und der Zelle gespeicherten elektrischen Energie maximiert werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform ist das Elektrodensubstrat als Streifen oder Band mit einer Längsrichtung ausgebildet, und
    werden durch das Schneiden der ersten Kontur die eine oder die mehreren Ableiterfahnen entlang einer sich in der Längsrichtung erstreckenden ersten Seite des Elektrodensubstrates und/oder entlang einer dieser gegenüberliegenden zweiten Seite herausbildet.
  • Dadurch kann die Elektrode zu einer Jelly-Roll gewickelt und die auf einer Seite befindlichen Ableiterfahnen auf einfache Weise mit/zu einem Stromableiter verbunden werden. Auch ein Stapel-Prozess mit genauer Positionierung der Elektroden ist damit möglich.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform bedeckt die Elektrodenmaterialschicht die gesamte nach dem Schneiden verbliebene Hauptfläche des Elektrodensubstrats.
  • Dadurch kann ein Übergangsbereich zwischen einem mit Elektrodenmaterial bedeckten Teil des Elektrodensubstrats und einem nicht mit Elektrodenmaterial bedeckten Teil vermieden und somit das Ausbilden von Wölbungen oder sogar Rissen an den Rändern der Elektrode verhindert werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die als Elektrodenmaterialschicht aufgetragene Elektroden-Beschichtungsmasse (im englischen „Slurry“) einen in einem Träger-Lösungsmittel gelösten Elektrodenbinder; das Lösungsmittel wird nach dem Auftragen der Beschichtungsmasse durch Trocknen abgezogen.
  • Dadurch kann die Haftung der Partikel des Elektrodenmaterials untereinander und die Haftung der Elektrodenmaterialschicht an dem Stromkollektor erhöht und zudem das Elektrodenmaterial verfestigt werden.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren ferner auf: Verdichten der aufgetragenen Elektrodenmaterialschicht mit einer Kalandriervorrichtung. Dazu kann die Kalandriervorrichtung vorgeheizt werden, beispielweise auf eine Temperatur, die zwischen 40°C und 100°C liegt.
  • Dadurch kann die Porosität bzw. Dichte der zusammengesetzten Elektrode (Komposit-Elektrode) definiert eingestellt werden. Das Vorheizen kann den Kalandrier-Vorgang zusätzlich positiv beeinflussen.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Verfahren ferner auf: Schneiden einer zweiten Kontur in die den Stromkollektor und die verdichtete Elektrodenmaterialschicht aufweisende Elektrode;
    sodass die zweite Kontur entlang der Längsrichtung der Elektrode verläuft, und sich in einem vorgegebenen Abstand von derjenigen Seite der Elektrode befindet, an der die Ableiterfahnen herausgebildet wurden; oder
    sodass die zweite Kontur quer zu der Längsrichtung der Elektrode gerichtet ist, und von der Seite der Elektrode, an der die Ableiterfahnen herausgebildet wurden, zu der dieser gegenüberliegenden Seite zwischen zwei Ableiterfahnen verläuft.
  • Dadurch lässt sich die Herstellung einer Wickelelektrode vorgegebener Breite oder die Herstellung einer Stapelelektrode auf einfache Weise realisieren. Eine Richtung quer zu der Längsrichtung der Elektrode ist eine Richtung, die eine Komponente enthält, die senkrecht zu der Längsrichtung der Elektrode steht.
  • In einer bevorzugten Ausführungsform enthält die Elektrodenmaterialschicht Lithium.
  • Dadurch kann die Energiespeicherdichte der Elektrode deutlich erhöht werden.
  • Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Elektrode für eine galvanische Batteriezelle, erhältlich durch ein erfindungsgemäßes Verfahren.
  • Dadurch kann eine Elektrode bereitgestellt werden, deren Konsistenz nicht geschwächt und die zur Weiterverarbeitung, beispielsweise zum Aufwickeln zu einer Jelly-Roll, bspw. in Form eines Flachwickels, geeignet ist.
  • Ein dritter Aspekt der Erfindung betrifft eine Batteriezelle mit einer erfindungsgemäßen Elektrode.
  • Dadurch kann eine Batteriezelle mit langer Lebensdauer und hoher Energiespeicherdichte bereitgestellt werden.
  • Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung im Zusammenhang mit den Figuren.
    • Dabei zeigt jede der 1a bis 1e schematisch einen Schritt eines bekannten Verfahrens zur Herstellung einer Elektrode; und
    • jede der 2a bis 2f schematisch einen Schritt eines erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung einer Elektrode. Darüber hinaus zeigt 2d schematisch eine Elektrode gemäß einer ersten Ausführungsform;
    • 2e schematisch eine Elektrode gemäß einer zweiten Ausführungsform; und
    • 2f schematisch eine Elektrode gemäß einer dritten Ausführungsform (Stapelelektrode) .
  • Die obere Abbildung einer jeden Figur zeigt eine Draufsicht auf die während dem jeweiligen Herstellungsschritt gebildete Elektrode, und die untere Abbildung eine Seitenansicht der Elektrode, quer zu ihrer Längsrichtung.
  • In den Figuren werden durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechenden Elemente der Erfindung verwendet.
  • In einem ersten Schritt des erfindungsgemäßen Verfahrens, der in der 2a schematisch dargestellt ist, wird ein elektrisch leitendes Elektrodensubstrat 201 bereitgestellt. Dieses weist eine Hauptfläche 210 auf, deren Flächeninhalt viel größer als der Flächeninhalt der die Hauptfläche 210 begrenzenden Seitenflächen ist. Das Elektrodensubstrat 201 kann als Folie oder Platte ausgebildet sein. Vorzugsweise ist das Elektrodensubstrat 201 als Streifen oder Band ausgebildet und weist eine Längsrichtung auf. Ist die herzustellende Elektrode eine Anode, dann weist das Elektrodensubstrat 201 vorzugsweise Kupfer oder Nickel auf. Ist die herzustellende Elektrode eine Kathode, dann weist der Stromkollektor vorzugsweise Aluminium auf.
  • In einem zweiten Schritt, der in der 2b schematisch dargestellt ist, wird in die Hauptfläche 210 des Elektrodensubstrats 201 eine Kontur 204 geschnitten, so dass zumindest ein flächiges Teil seiner Hauptfläche aus dieser herausgeschnitten wird. Insbesondere kann die Form der Kontur 204 so gewählt werden, dass nach dem Herausschneiden des flächigen Teils aus dem Elektrodensubstrat 201 ein einseitig, in Längsrichtung beschnittenes Elektrodensubstrat 203 übrigbleibt, das auf der beschnittenen Seite 2122 eine oder mehrere Vorsprünge 202 aufweist, die so ausgebildet sind, dass sie als Ableiterfahnen der herzustellenden Elektrode dienen können. Die Form der Kontur kann so gewählt werden, dass die Vorsprünge/Ableiterfahnen in gleichmäßigen oder variierenden Abständen, oder mit variierender Geometrie ausgebildet werden.
  • In einem dritten Schritt, der in der 2c schematisch dargestellt ist, wird eine Elektrodenmaterialschicht 220 in Form einer viskosen Beschichtungsmasse („Slurry“) auf die nach dem Schneiden der ersten Kontur 204 verbliebene Hauptfläche 211 des Elektrodensubstrats 203 aufgetragen, so dass die Elektrodenmaterialschicht 220 auf der verbliebenen Hauptfläche 211 haftet und der von der Elektrodenmaterialschicht 220 bedeckte Teil des Elektrodensubstrats 203 als Stromkollektor der herzustellenden Elektrode dienen kann. Alternativ kann auch ein Laminationsverfahren verwendet werden, bei dem beispielsweise eine freistehende Elektrode unter Temperatur- und Druckeinwirkung auf den Kollektor/Elektrodensubstrat laminiert bzw. kaschiert wird. Die zusammengesetzte Elektrode kann prinzipiell auch ohne Träger-Lösemittel durch Trockenbeschichtung und Extrusion auf den Kollektor/Elektrodensubstrat appliziert werden. Die Extrusion wird bspw. in der EP1277250B1 beschrieben.
  • Die Elektrodenmaterialschicht 220 kann ein aktives Material, ein elektrisches Leitadditiv und einen Elektroden-Binder aufweisen, der einerseits das aktive Material und das Leitadditiv bindet und anderseits eine Haftung zwischen der Elektrodenmaterialschicht 220 und dem Stromkollektor 203 ausbildet. Das aktive Material kann Lithium und/oder der Binder Polyvinylidenfluorid (PVdF) enthalten.
  • Erfindungsgemäß wird das Schneiden der Kontur 204 vor dem Auftragen der Elektrodenmaterialschicht 220 auf das Elektrodensubstrat 203 durchgeführt, und entlang der ersten Kontur 204 schließt der Rand der Elektrodenmaterialschicht 220 mit dem Rand des Elektrodensubstrats 203 zumindest abschnittsweise bündig ab. Insbesondere kann die Elektrodenmaterialschicht 220 auf der gesamten Hauptfläche 211 mit Ausnahme der darin durch die Vorsprünge oder Ableiterfahnen 202 gebildeten Teilflächen aufgetragen werden. In vorteilhafter Weise wird dadurch wird der Übergangsbereich zwischen dem mit der Elektrodenmaterialschicht 220 bedeckten Teil des Elektrodensubstrats 203 und dem nicht mit der Elektrodenmaterialschicht bedeckten Teil des Elektrodensubstrats verkleinert. In der in der 2c dargestellten Anordnung wird dieser Übergangsbereich von der Breite und Anzahl der Ableiterfahnen 202 bestimmt. Weil aber die Breite der Ableiterfahnen 202 in der Regel kleiner als der Abstand zwischen zwei benachbarten Ableiterfahnen ist, sind die Übergangsbereiche, in denen sich Spannungen oder Wölbungen in dem Elektrodensubstrat 203 ausbilden können, sehr klein. Darüber hinaus vereinfacht das erfindungsgemäße Verfahren die Herstellung einer Elektrode dahingehend, dass beim Ausbilden der Ableiterfahnen, beispielsweise durch Laserschneiden, kein thermisches Zersetzen des Binders sowie das Bilden eines Grates aus geschmolzenem Material stattfindet. Auch ist kein Absaugen von giftigen Gasen erforderlich, die infolge der chemischen Zersetzung des Binders entstehen können.
  • In einem vierten Schritt, der in den Figuren nicht dargestellt ist, erfolgt ein Trocknen der Elektrodenmaterialschicht 220.
  • In einem fünften Schritt, der in der 2d dargestellt ist, kann ein Verdichten der Elektrodenmaterialschicht 220 durch Kalandrieren erfolgen, bei dem die ursprüngliche Dicke d3 der Elektrodenmaterialschicht 220 auf eine Dicke d4<d3 schrumpft. Dadurch kann die Porosität der verdichteten Elektrodenmaterialschicht 222 eingestellt werden.
  • In einem sechsten Schritt, der in der 2e dargestellt ist, kann eine zweite Kontur 205 in die aus dem Stromkollektor 203 und der verdichteten Elektrodenmaterialschicht 222 gebildeten Elektrode geschnitten werden, sodass diese entlang der Längsrichtung der Elektrode verläuft und sich in einen vorgegebenen Abstand von derjenigen Seite der Elektrode befindet, an der die Ableiterfahnen 202 herausgebildet sind. In vorteilhafter Weise kann somit die Breite der Elektrode nachjustiert und Randbereiche der Elektrode, in denen sich durch das Verdichten eventuelle Spannungen ausgebildet haben, von dieser getrennt werden.
  • In einem siebenten Schritt, der in der 2f dargestellt ist, kann eine Kontur in die aus dem Stromkollektor 206 und der verdichteten Elektrodenmaterialschicht 223 gebildeten Elektrode geschnitten werden, sodass diese quer zu der Längsrichtung der Elektrode gerichtet ist und zwischen zwei Ableiterfahnen verläuft. In vorteilhafter Weise können somit aus dem Stromkollektor 219 und der verdichteten Elektrodenmaterialschicht 229 gebildete Stapelelektroden 230 hergestellt werden.
  • Das erfindungsgemäße Verfahren kann sowohl für die Herstellung einer Anode als auch für die Herstellung einer Kathode angewendet werden. Dementsprechend kann eine erfindungsgemäße Elektrode eine Anode oder eine Kathode sein.
  • Die 2d, 2e und 2f zeigen Elektroden einer ersten, zweiten bzw. dritten Ausführungsform, die gemäß dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurden. In vorteilhafter Weise weisen diese Elektroden am äußeren Rand des Stromkollektors keine oder nur sehr kleine Spannungen/Wölbungen/Risse/Wellen auf, die jedoch eine weitere Verarbeitung der Elektronen, beispielsweise beim Aufwickeln, nicht wesentlich erschweren. Darüber hinaus weist die in der 2d gezeigte erste Ausführungsform keine thermischen Zersetzungspunkte ihres Binders noch einen aus geschmolzenem Material gebildeten Grat auf.
  • In einer weiteren, in den Figuren nicht dargestellten, Ausführungsform des Verfahrens, bedeckt die Elektrodenmaterialschicht die gesamte nach dem Schneiden verbliebene Hauptfläche des Elektrodensubstrats/Stromkollektors. In vorteilhafter Weise entsteht dadurch kein Übergangsbereich zwischen einem mit der Elektrodenmaterialschicht bedeckten Teil des Elektrodensubstrats und einem nicht mit der Elektrodenmaterialschicht bedeckten Teil des Elektrodensubstrats; und infolgedessen können sich beim Verdichten des Elektrodenmaterials keine Spannungen/Wölbungen/Risse am Rande des Elektrodensubstrates ausbilden.
  • Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.
  • Bezugszeichenliste
    • 101
    Streifenförmiges Elektrodensubstrat ohne Konturschnitt
    102
    Einseitig beschnittenes Elektrodensubstrat
    103
    Zweiseitig beschnittenes Elektrodensubstrat mit Ableiterfahnen
    104
    Geradlinige Kontur entlang einer Seite der Elektrode
    105
    Rechteckige Kontur entlang einer anderen Seite der Elektrode
    109
    Ableiterfahnen
    110
    Hauptfläche des Elektrodensubstrats
    1101, 1102
    freigebliebene Teile der Hauptfläche
    120
    Unverdichtete Elektrodenmaterialschicht
    122
    Verdichtete Elektrodenmaterialschicht
    201
    Elektrisch leitendes Elektrodensubstrat ohne Konturschnitt
    202
    Vorsprünge, Ableiterfahnen
    203
    Einseitig beschnittenes Elektrodensubstrat
    204
    Rechteckige (erste) Kontur
    205
    Geradlinige (zweite) Kontur
    206
    Zweiseitig beschnittene Elektrode mit Ableiterfahnen
    210
    Hauptfläche des unbeschnittenen Elektrodensubstrats
    211
    Hauptfläche des einseitig beschnittenen Elektrodensubstrats
    2121, 2122
    Seiten des Elektrodensubstrats
    219
    Stromkollektor einer Stapelelektrode
    220
    Unverdichtete Elektrodenmaterialschicht
    222
    Verdichtete Elektrodenmaterialschicht
    223
    Elektrodenmaterialschicht der zweiseitig beschnittenen Elektrode
    229
    Elektrodenmaterialschicht der Stapelelektrode
    230
    Stapelelektrode
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • DE 102014201310 A1 [0013]
    • EP 2649660 [0013]
    • DE 102018000272 A1 [0013]
    • EP 1277250 B1 [0040]

Claims (11)

  1. Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine galvanische Batteriezelle, die einen Stromkollektor und eine auf diesem haftende Elektrodenmaterialschicht enthält, aufweisend: Bereitstellen eines elektrisch leitenden Elektrodensubstrates (201) mit einer Hauptfläche (210); Schneiden einer ersten Kontur (204) in die Hauptfläche (210) des Elektrodensubstrats (201), so dass dabei zumindest ein flächiger Teil seiner Hauptfläche aus dieser herausgeschnitten wird; und Auftragen einer Elektrodenmaterialschicht (220) auf die nach dem Schneiden der ersten Kontur (204) verbliebene Hauptfläche (211) des Elektrodensubstrats (201), so dass entlang der ersten Kontur (204) der Rand der Elektrodenmaterialschicht (220) mit dem Rand des Elektrodensubstrats (203) zumindest abschnittsweise bündig abschließt und der von der Elektrodenmaterialschicht (220) bedeckte Teil des Elektrodensubstrats (203) einen Stromkollektor der Elektrode bildet; wobei das Schneiden der ersten Kontur vor dem Auftragen einer Elektrodenmaterialschicht auf das Elektrodensubstrat durchgeführt wird.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei durch das Schneiden der ersten Kontur (204) auf wenigstens einer Seite (2122) des Elektrodensubstrats (203) ein oder mehrere Vorsprünge (202) als eine oder mehrere Ableiterfahnen des Stromkollektors herausgebildet werden.
  3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Elektrodenmaterialschicht (220) auf der gesamten Hauptfläche (211) mit Ausnahme der darin durch die eine oder die mehreren Ableiterfahnen (202) gebildeten Teilfläche bzw. Teilflächen aufgebracht wird.
  4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Elektrodensubstrat (201, 203) als Streifen oder Band mit einer Längsrichtung ausgebildet ist, und durch das Schneiden der ersten Kontur die eine oder die mehreren Ableiterfahnen (202) entlang einer sich in der Längsrichtung erstreckenden ersten Seite (2122) des Elektrodensubstrates (203) und/oder entlang einer dieser gegenüberliegenden zweiten Seite (2121) herausbildet werden.
  5. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Elektrodenmaterialschicht die gesamte nach dem Schneiden verbliebene Hauptfläche des Elektrodensubstrats bedeckt.
  6. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die aufgetragene Elektrodenmaterialschicht einen in einem Lösungsmittel gelösten Binder enthält, und das Lösungsmittel nach dem Auftragen der Elektrodenmaterialschicht durch Trocknen abgezogen wird.
  7. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, ferner aufweisend: Verdichten der aufgetragenen Elektrodenmaterialschicht (220) mit einer Kalandriervorrichtung.
  8. Verfahren nach Anspruch 7, ferner aufweisend: Schneiden einer zweiten Kontur (205) in die den Stromkollektor (203) und die verdichtete Elektrodenmaterialschicht (222) aufweisende Elektrode; sodass die zweite Kontur (205) entlang der Längsrichtung der Elektrode verläuft, und sich in einem vorgegebenen Abstand von derjenigen Seite der Elektrode befindet, an der die Ableiterfahnen (202) herausgebildet wurden; oder sodass die zweite Kontur quer zu der Längsrichtung der Elektrode gerichtet ist, und von der Seite der Elektrode, an der die Ableiterfahnen (202) herausgebildet wurden, zu der dieser gegenüberliegenden Seite zwischen zwei Ableiterfahnen verläuft.
  9. Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche, wobei die Elektrodenmaterialschicht Lithium enthält.
  10. Elektrode für eine galvanische Batteriezelle, erhältlich durch ein Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.
  11. Batteriezelle mit einer Elektrode gemäß Anspruch 10.
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023247242A1 (de) * 2022-06-20 2023-12-28 Grob-Werke Gmbh & Co. Kg Schneidverfahren und schneidvorrichtung zum vereinzeln von elektrodenstücken von einem bahnförmigen elektrodensubstrat
EP4300635A1 (de) * 2022-06-20 2024-01-03 Grob-Werke GmbH & Co. KG Schneidverfahren und schneidvorrichtung zum vereinzeln von elektrodenstücken von einem bahnförmigen elektrodensubstrat
SE2251077A1 (en) * 2022-09-16 2024-03-17 Northvolt Ab A method of manufacturing a secondary cell electrode

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5540127A (en) * 1992-07-06 1996-07-30 Globe-Union, Inc. Process and apparatus for forming battery plates
DE102013204852A1 (de) * 2013-03-20 2014-09-25 Robert Bosch Gmbh Elektrode und Verfahren zum Herstellen einer Elektrode

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5540127A (en) * 1992-07-06 1996-07-30 Globe-Union, Inc. Process and apparatus for forming battery plates
DE102013204852A1 (de) * 2013-03-20 2014-09-25 Robert Bosch Gmbh Elektrode und Verfahren zum Herstellen einer Elektrode

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2023247242A1 (de) * 2022-06-20 2023-12-28 Grob-Werke Gmbh & Co. Kg Schneidverfahren und schneidvorrichtung zum vereinzeln von elektrodenstücken von einem bahnförmigen elektrodensubstrat
EP4300635A1 (de) * 2022-06-20 2024-01-03 Grob-Werke GmbH & Co. KG Schneidverfahren und schneidvorrichtung zum vereinzeln von elektrodenstücken von einem bahnförmigen elektrodensubstrat
SE2251077A1 (en) * 2022-09-16 2024-03-17 Northvolt Ab A method of manufacturing a secondary cell electrode

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