DE102020114016A1 - Plasma treatment of a carrier film for an electrode of a lithium-ion battery - Google Patents
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Abstract
Gemäß einem Verfahren zur Aufbereitung einer Trägerfolie (2) für eine Elektrode eines Lithium-Ionen-Akkumulators wird wenigstens ein Teil der Trägerfolie (2) in eine Prozesskammer (4) eingebracht und in der Prozesskammer (4) wird zur Durchführung einer Plasmabehandlung ein Plasma erzeugt wird. Eine Materialschicht auf einer Oberfläche des Teils der Trägerfolie (2) wird dem Plasma ausgesetzt, um die Materialschicht wenigstens teilweise von der Oberfläche zu entfernen.According to a method for processing a carrier film (2) for an electrode of a lithium-ion battery, at least part of the carrier film (2) is introduced into a process chamber (4) and a plasma is generated in the process chamber (4) to carry out a plasma treatment will. A layer of material on a surface of the part of the carrier film (2) is exposed to the plasma in order to at least partially remove the layer of material from the surface.
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Aufbereitung einer Trägerfolie für eine Elektrode eines Lithium-Ionen-Akkumulators, eine Vorrichtung zur Aufbereitung einer solchen Trägerfolie sowie ein Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Ionen-Akkumulators.The present invention relates to a method for processing a carrier film for an electrode of a lithium-ion battery, a device for processing such a carrier film and a method for producing a lithium-ion battery.
Zellen von Lithium-Ionen-Akkumulatoren beinhalten eine Anode und eine Kathode, die durch einen Separator getrennt sind. Die Elektroden weisen dabei elektrisch leitende Trägerfolien auf, auf denen Aktivmaterialien aufgebracht sind. Als Trägerfolie, beispielsweise für die Kathode, wird eine Metallfolie, wie zum Beispiel eine Aluminiumfolie verwendet. Die Aluminiumfolie wird in einem Folienwalzwerk gefertigt und für die Weiterverarbeitung im Fertigungsbetrieb für die Lithium-Ionen-Zelle vorbereitet.Lithium-ion battery cells contain an anode and a cathode, which are separated by a separator. The electrodes have electrically conductive carrier films on which active materials are applied. A metal foil, such as an aluminum foil, is used as the carrier foil, for example for the cathode. The aluminum foil is produced in a foil rolling mill and prepared for further processing in the production facility for the lithium-ion cell.
Zwischen der Fertigung der Folie und der Verarbeitung im Fertigungsbetrieb vergehen mitunter Tage oder Wochen. Sowohl während der Lagerung und des Transports als auch während der Verarbeitungsschritte unter erhöhter Temperatur ist die Aluminiumfolie Luft ausgesetzt, was dazu führt, dass sich auf den Oberflächen der Aluminiumfolie eine native Oxidschicht aus Aluminiumoxid mit einer Dicke im Nanometerbereich ausbildet. Diese native Oxidschicht ist zum einen problematisch, weil sie als guter elektrischer Isolator die elektrische Kontaktierung der Aktivmaterialien verschlechtert und zum anderen auch, weil sie die mechanische Anhaftung des Aktivmaterials auf der Trägerfolie verschlechtert. Entsprechendes gilt auch für andere Trägerfolien, beispielsweise Kupferfolien, auf denen sich beispielsweise Kupfersulfid oder Kupferoxid bilden kann.It can take days or weeks between the production of the film and its processing in the manufacturing facility. The aluminum foil is exposed to air during storage and transport as well as during the processing steps at elevated temperatures, which means that a native oxide layer of aluminum oxide with a thickness in the nanometer range is formed on the surfaces of the aluminum foil. This native oxide layer is problematic, on the one hand, because, as a good electrical insulator, it impairs the electrical contacting of the active materials and, on the other hand, also because it impairs the mechanical adhesion of the active material to the carrier film. The same also applies to other carrier foils, for example copper foils, on which, for example, copper sulfide or copper oxide can form.
Sowohl der verschlechterte elektrische Kontakt als auch die verschlechterte mechanische Haftung führen zu einem erhöhten Übergangswiderstand, welcher den elektrischen Ladungsaustausch zwischen Aktivmaterial und Trägerfolie erschwert. Dadurch werden der ohmsche Widerstand beziehungsweise die Impedanz der Zelle erhöht, was wiederum dazu führt, dass bei anliegender elektrischer Last eine thermische Last in der Zelle induziert wird. Insgesamt wird also die Leistungsfähigkeit der Zelle verringert.Both the deteriorated electrical contact and the deteriorated mechanical adhesion lead to an increased contact resistance, which makes the electrical charge exchange between the active material and the carrier film more difficult. This increases the ohmic resistance or the impedance of the cell, which in turn leads to a thermal load being induced in the cell when an electrical load is applied. Overall, the performance of the cell is reduced.
Um dies zu verhindern, können die Trägerfolien beispielsweise mit einem Grundierungs- oder Vorbehandlungsmittel, das auch als Primer bezeichnet wird, vorbehandelt werden, das nach dem Fertigungsprozess im Walzwerk auf die Folie aufgetragen wird, um die Oxidbildung zu verhindern. Dieses Verfahren ist jedoch mit sehr hohen Kosten verbunden.To prevent this, the carrier films can be pretreated, for example, with a primer or pretreatment agent, which is also referred to as a primer, which is applied to the film after the production process in the rolling mill in order to prevent oxide formation. However, this method is associated with very high costs.
Alternativ kann eine Lauge, beispielsweise wässrige Kalilauge, in einem nasschemischen Verfahren verwendet werden, um die Oxidschicht von der Trägerfolie zu entfernen. Problematisch ist hierbei jedoch, dass die anschließend aufzutragenden, gegebenenfalls vorgetrockneten Aktivmaterialien durch anhaftendes Wasser und Alkalimetallionen ihre Lithiumspeicherfähigkeit wenigstens zum Teil verlieren würden, sodass nach dem nasschemischen Schritt eine sehr aufwendige Reinigung und Trocknung der Oberflächen erforderlich ist. Dies führt zu einem erhöhten Zeit- und Energieverbrauch und damit ebenfalls zu erhöhten Kosten sowie zu einer komplexen Prozessführung.Alternatively, an alkali, for example aqueous potassium hydroxide solution, can be used in a wet chemical process in order to remove the oxide layer from the carrier film. The problem here, however, is that the subsequently applied, optionally predried active materials would at least partially lose their lithium storage capacity due to adhering water and alkali metal ions, so that after the wet-chemical step, very laborious cleaning and drying of the surfaces is necessary. This leads to increased time and energy consumption and thus also to increased costs and complex process management.
Denkbar ist auch eine mechanische Entfernung der Oxidschicht. Aufgrund der geringen Dicke der Oxidschicht sowie der mechanischen Eigenschaften der Trägerfolie selbst ist es jedoch schwierig den mechanischen Kontakt mit der Trägerfolie ohne Beschädigung der Trägerfolie reproduzierbar und gleichmäßig einzustellen.Mechanical removal of the oxide layer is also conceivable. Due to the small thickness of the oxide layer and the mechanical properties of the carrier film itself, however, it is difficult to establish the mechanical contact with the carrier film in a reproducible and uniform manner without damaging the carrier film.
Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein verbessertes Konzept zur Aufbereitung einer Trägerfolie für eine Elektrode eines Lithium-Ionen-Akkumulators anzugeben, das eine höhere Leistungsfähigkeit der resultierenden Lithium-Ionen-Akkumulatoren ermöglicht und dabei den Kostenaufwand und die Fertigungsprozesskomplexität gering hält.Against this background, it is an object of the present invention to provide an improved concept for processing a carrier film for an electrode of a lithium-ion accumulator, which enables a higher performance of the resulting lithium-ion accumulators while keeping the costs and the manufacturing process complexity low .
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch den jeweiligen Gegenstand der unabhängigen Ansprüche. Vorteilhafte Weiterbildungen und bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.According to the invention, this object is achieved by the respective subject matter of the independent claims. Advantageous further developments and preferred embodiments are the subject matter of the dependent claims.
Das verbesserte Konzept beruht auf der Idee, eine Materialschicht auf der Oberfläche der Trägerfolie durch eine Plasmabehandlung wenigstens teilweise zu entfernen.The improved concept is based on the idea of at least partially removing a material layer on the surface of the carrier film by means of a plasma treatment.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird ein Verfahren zur Aufbereitung, insbesondere zur kontaktlosen Aufbereitung, einer Trägerfolie für eine Elektrode eines Lithium-Ionen-Akkumulators angegeben. Dabei wird wenigstens ein Teil der Trägerfolie in eine Prozesskammer eingebracht, insbesondere mittels einer Fördervorrichtung, und in der Prozesskammer zur Durchführung einer Plasmabehandlung ein Plasma erzeugt wird. Eine Materialschicht auf einer Oberfläche des Teils der Trägerfolie wird dem Plasma ausgesetzt, um die Materialschicht wenigstens teilweise von der Oberfläche zu entfernen.According to the improved concept, a method for processing, in particular for contactless processing, of a carrier film for an electrode of a lithium-ion battery is specified. In this case, at least part of the carrier film is introduced into a process chamber, in particular by means of a conveying device, and a plasma is generated in the process chamber in order to carry out a plasma treatment. A layer of material on a surface of the portion of the carrier film is exposed to the plasma to at least partially remove the layer of material from the surface.
Unter einer Plasmabehandlung kann hier und im Folgenden grundsätzlich ein Vorgang zum Plasmareinigen verstanden werden oder ein Vorgang zum Trockenätzen unter Verwendung eines Plasmas. Während beim Plasmareinigen chemisch nicht oder nur schwach gebundene Rückstände oder sonstige Stoffe von der Oberfläche des behandelten Objekts entfernt werden, findet beim Trockenätzen ein Materialabtrag statt.Here and in the following, a plasma treatment can in principle be understood to mean a process for plasma cleaning or a process for dry etching using a plasma. While with plasma cleaning chemically not or only weakly bound residues or Other substances are removed from the surface of the treated object, material is removed during dry etching.
Das Trockenätzen kann beispielsweise als Plasmaätzverfahren ausgestaltet sein. Dabei handelt es sich um ein chemisches Trockenätzverfahren, bei dem eine chemische Reaktion der Materialschicht auf der Oberfläche der Trägerfolie mit dem Plasma stattfindet, sodass die Materialschicht chemisch umgesetzt wird.The dry etching can be designed, for example, as a plasma etching process. This is a chemical dry etching process in which a chemical reaction of the material layer on the surface of the carrier film with the plasma takes place, so that the material layer is chemically converted.
Ein Teil der entstehenden Reaktionsprodukte, insbesondere ein gasförmiger Teil, kann aus der Prozesskammer entfernt werden, um die Materialschicht wenigstens teilweise von der Oberfläche zu entfernen. Ein weiterer Teil der Reaktionsprodukte, insbesondere ein fester Teil, kann gegebenenfalls auf der Oberfläche verbleiben und beispielsweise eine chemische Bindung mit der Trägerfolie eingehen.A part of the resulting reaction products, in particular a gaseous part, can be removed from the process chamber in order to at least partially remove the material layer from the surface. A further part of the reaction products, in particular a solid part, can optionally remain on the surface and, for example, form a chemical bond with the carrier film.
Bei dem Plasma kann es sich beispielweise um ein reduktiv wirksames Plasma handeln, sodass die Materialschicht wird durch die Plasmabehandlung reduziert wird.The plasma can be, for example, a reductively effective plasma, so that the material layer is reduced by the plasma treatment.
Das Trockenätzen kann beispielsweise als physikalisches Trockenätzverfahren ausgestaltet sein, beispielsweise als Kathodenzerstäubungsverfahren oder Sputterverfahren, insbesondere als DC-Sputterverfahren.The dry etching can be designed, for example, as a physical dry etching process, for example as a cathode sputtering process or sputtering process, in particular as a DC sputtering process.
Hierzu kann beispielsweise ein Inertgasplasma, beispielsweise ein Argonplasma, insbesondere ein Argon-Niederdruckplasma, eingesetzt werden. In dem Inertgasplasma enthaltene Ionen werden dann durch eine angelegte Spannung in Richtung der Trägerfolie beschleunigt und schlagen beim Aufprall auf die Materialschicht Teilchen aus dieser heraus, sodass die Materialschicht wenigstens teilweise entfernt wird.For this purpose, for example, an inert gas plasma, for example an argon plasma, in particular an argon low-pressure plasma, can be used. Ions contained in the inert gas plasma are then accelerated in the direction of the carrier film by an applied voltage and, when they strike the material layer, knock particles out of it, so that the material layer is at least partially removed.
Das Trockenätzen kann auch als physikalisch-chemisches Trockenätzen, das auch als plasma-unterstütztes Ätzen bezeichnet wird, ausgestaltet sein, beispielsweise als reaktives lonenätzen, als reaktives lonentiefenätzen oder als reaktives lonenstrahlätzen.The dry etching can also be designed as a physico-chemical dry etching, which is also referred to as plasma-assisted etching, for example as reactive ion etching, as reactive ion depth etching or as reactive ion beam etching.
Dass die Materialschicht wenigstens teilweise von der Oberfläche entfernt wird kann also insbesondere derart verstanden werden, dass wenigstens ein Bestandteil der Materialschicht, beispielsweise Sauerstoff, entfernt wird, wie beispielsweise beim Plasmaätzen. Alternativ oder zusätzlich kann das wenigstens teilweise Entfernen der Materialschicht derart verstanden werden, dass die Materialschicht oder der genannte Bestandteil wenigstens in einem räumlichen Teilbereich der Oberfläche von dieser entfernt wird.The fact that the material layer is at least partially removed from the surface can therefore be understood in particular to mean that at least one component of the material layer, for example oxygen, is removed, as for example during plasma etching. As an alternative or in addition, the at least partial removal of the material layer can be understood to mean that the material layer or the named component is removed from the surface at least in a spatial sub-area of the latter.
Zum Erzeugen des Plasmas kann die Prozesskammer beispielsweise zunächst evakuiert werden. Dann kann ein Ausgangsgas in die Prozesskammer oder in eine Vorkammer eingebracht werden, insbesondere mittels einer entsprechenden Gaszufuhrinfrastruktur. Mittels einer Zündvorrichtung kann dann die mit Ausgangsgas gefüllte Prozesskammer gezündet werden, um das Plasma zu erzeugen oder die mit Ausgangsgas gefüllte Vorkammer kann gezündet werden, um das Plasma zu erzeugen und dann in die Prozesskammer einzubringen. Alternativ kann auch eine mit dem Ausgangsgas gefüllte Zuleitung mittels der Zündvorrichtung gezündet werden, um das Plasma zu erzeugen und dann in die Prozesskammer einzubringen.To generate the plasma, the process chamber can, for example, first be evacuated. A starting gas can then be introduced into the process chamber or into an antechamber, in particular by means of a corresponding gas supply infrastructure. The process chamber filled with starting gas can then be ignited by means of an ignition device in order to generate the plasma, or the antechamber filled with starting gas can be ignited in order to generate the plasma and then introduce it into the process chamber. Alternatively, a feed line filled with the starting gas can also be ignited by means of the ignition device in order to generate the plasma and then introduce it into the process chamber.
Die Zündvorrichtung kann beispielsweise eine Mikrowellenquelle enthalten und zum Zünden das Ausgangsgas mit Mikrowellenstrahlung bestrahlen.The ignition device can contain, for example, a microwave source and irradiate the starting gas with microwave radiation for ignition.
Die Trägerfolie kann insbesondere als Folienbahn, auch als Folienband bezeichnet, oder als Teil einer Folienbahn vorliegen.The carrier film can in particular be present as a film web, also referred to as a film strip, or as part of a film web.
Durch das Verfahren nach dem verbesserten Konzept wird eine effektive Reinigung der Oberfläche von der Materialschicht ermöglicht. Durch die entsprechende Aufbereitung der Trägerfolie nach dem verbesserten Konzept resultieren ein verbesserter elektrischer Kontakt der Trägerfolie mit aktiven Materialien der Elektrode sowie eine verbesserte mechanische Haftung der Aktivmaterialien an der Trägerfolie.The method according to the improved concept enables effective cleaning of the surface from the material layer. Corresponding preparation of the carrier film according to the improved concept results in improved electrical contact between the carrier film and active materials of the electrode and improved mechanical adhesion of the active materials to the carrier film.
Nach dem verbesserten Konzept ist dies insbesondere ohne Grundierungsmittel, wie Primer möglich, und ohne nasschemische Verfahrensschritte mit einer entsprechend aufwendigen Trocknung.According to the improved concept, this is possible in particular without a primer, such as primer, and without wet-chemical process steps with correspondingly complex drying.
Das verbesserte Konzept bietet daher eine kostengünstige und wenig komplexe Möglichkeit, die Übergangswiderstände in Lithium-Ionen-Akkumulatoren zu reduzieren und dabei deren gesamte Leistungsfähigkeit zu verbessern.The improved concept therefore offers an inexpensive and less complex possibility of reducing the contact resistance in lithium-ion batteries and thereby improving their overall performance.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch auf eine mechanische Bearbeitung der Trägerfolie zur Entfernung der Materialschicht verzichtet. Dadurch kann eine Beschädigung der Trägerfolie verhindert werden. Durch die reduktive Plasmabehandlung wird eine besonders gleichmäßige, definierte und schonende Entfernung beziehungsweise chemische Umsetzung der Materialschicht auch bei sehr dünnen Materialschichten und Trägerfolien und dementsprechend mechanisch empfindlichen Trägerfolien ermöglicht. Das Verfahren kann dabei kontinuierlich, beispielsweise während der Herstellung der Trägerfolie in einem Walzwerk, durchgeführt werden. Dadurch ist auch der zusätzliche Zeitaufwand für die Entfernung der Materialschicht gering beziehungsweise zu vernachlässigen.According to the improved concept, mechanical processing of the carrier film to remove the material layer is also dispensed with. This can prevent damage to the carrier film. The reductive plasma treatment enables a particularly uniform, defined and gentle removal or chemical conversion of the material layer, even with very thin material layers and carrier foils and correspondingly mechanically sensitive carrier foils. The process can be carried out continuously, for example during the production of the carrier film in a rolling mill. This also reduces the additional time required for the Removal of the material layer small or negligible.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Plasmabehandlung als Trockenätzverfahren, insbesondere als Plasmaätzverfahren ausgestaltet.According to at least one embodiment, the plasma treatment is designed as a dry etching process, in particular as a plasma etching process.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Trägerfolie relativ zu der Bestrahlungsvorrichtung translatorisch bewegt, insbesondere entlang der Translationsrichtung, welche beispielsweise einer Längsrichtung der Folienband entsprechen kann.According to at least one embodiment, the carrier film is moved translationally relative to the irradiation device, in particular along the translation direction, which can correspond, for example, to a longitudinal direction of the film strip.
Beispielsweise wird die Folie als Teil der Folienbahn durch die Prozesskammer hindurchgeführt, insbesondere während der Plasmabehandlung. Die Prozesskammer weist insbesondere einen Einlass und einen Auslass für die Trägerfolie auf sowie entsprechende Dichtungsvorrichtungen, um den Prozessdruck in der Prozesskammer gering zu halten, beispielsweise in einem Bereich unter 100 Pa, insbesondere zwischen 20 und 60 Pa. Dadurch ist eine kontinuierliche Behandlung der Trägerfolie möglich.For example, the film is passed through the process chamber as part of the film web, in particular during the plasma treatment. The process chamber has in particular an inlet and an outlet for the carrier film as well as corresponding sealing devices in order to keep the process pressure in the process chamber low, for example in a range below 100 Pa, in particular between 20 and 60 Pa. This enables continuous treatment of the carrier film.
In alternativen Ausführungsformen kann die Trägerfolie als Folienrolle bereitgestellt werden, in die Prozesskammer eingebracht werden und innerhalb der Prozesskammer wenigstens zum Teil abgerollt werden. Dabei kann die Prozesskammer, die auch als Autoklav oder Vakuumkammer bezeichnet werden kann, nach Einbringen der Trägerfolie evakuiert werden. Der abgerollte Teil der Trägerfolie kann dann wie beschrieben dem Plasma ausgesetzt werden. Danach kann die Folie, insbesondere innerhalb der Prozesskammer, wieder aufgerollt werden.In alternative embodiments, the carrier film can be provided as a film roll, introduced into the process chamber and at least partially unrolled within the process chamber. The process chamber, which can also be referred to as an autoclave or vacuum chamber, can be evacuated after the carrier film has been introduced. The unrolled part of the carrier film can then be exposed to the plasma as described. The film can then be rolled up again, in particular within the process chamber.
Dadurch kann ein Batch-Verfahren realisiert werden, bei dem der technische Aufwand zum Erzeugen und Halten des Vakuums in der Prozesskammer gering ist.This enables a batch process to be implemented in which the technical effort required to generate and maintain the vacuum in the process chamber is low.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Trägerfolie als Metallfolie ausgestaltet, und die Materialschicht liegt als Metalloxidschicht auf der Oberfläche vor, insbesondere vor der wenigstens teilweisen Entfernung beziehungsweise chemischen Umsetzung der Materialschicht.According to at least one embodiment, the carrier film is designed as a metal film, and the material layer is present as a metal oxide layer on the surface, in particular before the at least partial removal or chemical conversion of the material layer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Trägerfolie als Aluminiumfolie ausgestaltet, und die Materialschicht liegt als Aluminiumoxidschicht auf der Oberfläche vor, insbesondere vor der wenigstens teilweisen Entfernung beziehungsweise chemischen Umsetzung der Materialschicht.According to at least one embodiment, the carrier film is designed as an aluminum foil, and the material layer is present as an aluminum oxide layer on the surface, in particular before the at least partial removal or chemical conversion of the material layer.
Bei der Aluminiumoxidschicht kann es sich insbesondere um eine sogenannte native Aluminiumoxidschicht handeln. Die native Aluminiumoxidschicht kann beispielsweise im Wesentlichen durchgehend auf der Oberfläche der Trägerfolie vorliegen und beispielsweise, wenn sie bei Raumtemperatur entsteht, eine Dicke von weniger als 20 nm, beispielsweise 10 nm oder weniger, betragen.The aluminum oxide layer can in particular be a so-called native aluminum oxide layer. The native aluminum oxide layer can, for example, be present essentially continuously on the surface of the carrier film and, for example, if it is formed at room temperature, have a thickness of less than 20 nm, for example 10 nm or less.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält das Plasma ein reduktiv wirksames Plasma, beispielsweise ein Wasserstoffplasma.According to at least one embodiment, the plasma contains a reductively active plasma, for example a hydrogen plasma.
Angeregte Wasserstoffmoleküle und/oder Wasserstoffradikale reagieren bei der reduktiven Plasmabehandlung insbesondere mit Sauerstoff der Materialschicht, insbesondere des Metalloxids, beispielsweise unter der Bildung von Wasserdampf als Reaktionsprodukt. Dadurch wird der Sauerstoff der Materialschicht von der Oberfläche entfernt. Das sich durch die Reduktion außerdem bildende Metall bleibt beispielsweise auf der Oberfläche zurück.In the reductive plasma treatment, excited hydrogen molecules and / or hydrogen radicals react in particular with oxygen in the material layer, in particular the metal oxide, for example with the formation of water vapor as a reaction product. This removes the oxygen in the material layer from the surface. The metal that is also formed as a result of the reduction remains, for example, on the surface.
Durch die Plasmabehandlung wird mit Vorteil lediglich die oberste Materialschicht, also insbesondere die Aluminiumoxidschicht, reduziert und dadurch unter Bildung von Wasserdampf zu metallischem Aluminium umgesetzt, während das metallische Aluminium der Trägerfolie weitgehend unbeeinflusst bleibt. Dadurch kann die Aluminiumoxidschicht mit dem Verfahren selektiv und schonend entfernt beziehungsweise in leitfähiges Aluminium umgesetzt werden.The plasma treatment advantageously only reduces the uppermost material layer, ie in particular the aluminum oxide layer, and thereby converts it into metallic aluminum with the formation of water vapor, while the metallic aluminum of the carrier film remains largely unaffected. As a result, the aluminum oxide layer can be selectively and gently removed with the process or converted into conductive aluminum.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform ist die Trägerfolie als Kupferfolie ausgestaltet, und die Materialschicht liegt als Kupferoxidschicht und/oder Kupfersulfidschicht auf der Oberfläche vor, insbesondere vor der wenigstens teilweisen Entfernung beziehungsweise chemischen Umsetzung der Materialschicht.According to at least one embodiment, the carrier foil is designed as a copper foil, and the material layer is present as a copper oxide layer and / or copper sulfide layer on the surface, in particular before the at least partial removal or chemical conversion of the material layer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird die Trägerfolie als Folienbahn bereitgestellt, und die Oberfläche wird für die Plasmabehandlung mittels einer Fördervorrichtung entsprechend einer Längsrichtung der Folienbahn durch die Prozesskammer hindurchgeführt.According to at least one embodiment, the carrier film is provided as a film web, and the surface is passed through the process chamber for the plasma treatment by means of a conveying device in accordance with a longitudinal direction of the film web.
Beispielsweise kann die Folienbahn dazu mittels der Fördervorrichtung von einer Folienrolle abgerollt werden. Die Längsrichtung der Folienbahn kann dann als Abrollrichtung verstanden werden.For example, for this purpose the film web can be unrolled from a film roll by means of the conveying device. The longitudinal direction of the film web can then be understood as the unwinding direction.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird eine weitere Oberfläche der Trägerfolie, insbesondere eine der Oberfläche gegenüberliegende weitere Oberfläche der Trägerfolie, während der Plasmabehandlung ebenfalls dem Plasma ausgesetzt, um eine weitere Materialschicht auf der weiteren Oberfläche wenigstens teilweise zu entfernen. Wird die Oberfläche der Trägerfolie als Vorderseite erachtet, so handelt es sich insbesondere bei der weiteren Oberfläche um eine Rückseite der Trägerfolie. Bezüglich der Rückseite kann analog vorgegangen werden wie bezüglich der Vorderseite, insbesondere kann im Falle einer Aluminiumträgerfolie die native Aluminiumoxidschicht auch auf der Rückseite entsprechend entfernt beziehungsweise chemisch umgesetzt werden.According to at least one embodiment, a further surface of the carrier film, in particular a further surface of the carrier film opposite the surface, is also exposed to the plasma during the plasma treatment in order to at least partially remove a further material layer on the further surface. If the surface of the carrier film is considered to be the front side, the further surface is in particular a rear side of the carrier film. The same procedure can be used for the rear as with regard to the front side, in particular in the case of an aluminum carrier film, the native aluminum oxide layer can also be correspondingly removed or chemically reacted on the rear side.
Alternativ kann für die weitere Oberfläche eine separate Plasmabehandlung vorgesehen sein, gegebenenfalls in derselben oder einer anderen Prozesskammer.Alternatively, a separate plasma treatment can be provided for the further surface, possibly in the same or a different process chamber.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird wenigstens der Teil der Trägerfolie vor der Durchführung der Plasmabehandlung in eine weitere Prozesskammer eingebracht wird. In der weiteren Prozesskammer wird zur Durchführung einer weiteren Plasmabehandlung ein oxidativ wirksames weiteres Plasma erzeugt. Die Oberfläche wird dem weiteren Plasma ausgesetzt, um die Oberfläche zu reinigen.According to at least one embodiment, at least the part of the carrier film is introduced into a further process chamber before the plasma treatment is carried out. In the further process chamber, an oxidatively active further plasma is generated in order to carry out a further plasma treatment. The surface is exposed to the further plasma in order to clean the surface.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird in der Prozesskammer vor der Durchführung der Plasmabehandlung, und insbesondere vor dem Erzeugen des Plasmas, zur Durchführung der weiteren Plasmabehandlung das weitere Plasma erzeugt. Die Oberfläche wird dem weiteren Plasma ausgesetzt, um die Oberfläche zu reinigen.According to at least one embodiment, the further plasma is generated in the process chamber before the plasma treatment is carried out, and in particular before the plasma is generated, in order to carry out the further plasma treatment. The surface is exposed to the further plasma in order to clean the surface.
Mit anderen Worten kann die der Plasmabehandlung vorgeschaltete weitere Plasmabehandlung in derselben Prozesskammer wie die Plasmabehandlung durchgeführt werden oder in einer anderen Prozesskammer.In other words, the further plasma treatment preceding the plasma treatment can be carried out in the same process chamber as the plasma treatment or in a different process chamber.
Insbesondere ist die weitere Plasmabehandlung als Vorgang zum Plasmareinigen ausgestaltet.In particular, the further plasma treatment is designed as a plasma cleaning process.
Durch die weitere Plasmabehandlung können insbesondere organische Verunreinigungen von der Trägerfolie entfernt werden. Dadurch kann die nachfolgende Plasmabehandlung die Materialschicht zuverlässiger und gründlicher entfernen. Die Verunreinigungen können beispielsweise von einem Schmier- oder Trennmittel, beispielsweise Kerosin, resultieren, wie es beim Folienwalzen eingesetzt werden kann.As a result of the further plasma treatment, in particular organic contaminants can be removed from the carrier film. As a result, the subsequent plasma treatment can remove the material layer more reliably and more thoroughly. The impurities can result, for example, from a lubricant or release agent, for example kerosene, as can be used in film rolling.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform werden nach der Durchführung der weiteren Plasmabehandlung und vor der Durchführung der Plasmabehandlung durch die weitere Plasmabehandlung entstandene Reaktionsprodukte aus der Prozesskammer entfernt, beispielsweise abgepumpt, insbesondere mittels einer Pumpvorrichtung.According to at least one embodiment, after the further plasma treatment has been carried out and before the plasma treatment has been carried out, reaction products that have arisen from the further plasma treatment are removed from the process chamber, for example pumped out, in particular by means of a pumping device.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform enthält das weitere Plasma ein Sauerstoffplasma.According to at least one embodiment, the further plasma contains an oxygen plasma.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform wird das weitere Plasma während der weiteren Plasmabehandlung mit einer UV-Strahlung bestrahlt.According to at least one embodiment, the further plasma is irradiated with UV radiation during the further plasma treatment.
Dadurch kann erreicht werden, dass kurzkettigere Reaktionsprodukte entstehend, die einfacher entfernt werden können.As a result, it can be achieved that shorter-chain reaction products arise which can be removed more easily.
Das Aktivmaterial kann beispielsweise Lithium-Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid, NCA, oder Lithium-Nickel-Mangan-Kobalt-Oxid, NMC, beinhalten.The active material can contain, for example, lithium-nickel-cobalt-aluminum oxide, NCA, or lithium-nickel-manganese-cobalt oxide, NMC.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch ein Verfahren zur Herstellung eines Lithium-Ionen-Akkumulators angegeben. Dazu wird eine Trägerfolie für eine Elektrode des Lithium-Ionen-Akkumulators bereitgestellt, und die Trägerfolie wird gemäß einem Verfahren zur Aufbereitung der Trägerfolie nach dem verbesserten Konzept aufbereitet.According to the improved concept, a method for producing a lithium-ion accumulator is also specified. For this purpose, a carrier film is provided for an electrode of the lithium-ion accumulator, and the carrier film is processed according to a method for processing the carrier film according to the improved concept.
Gemäß dem verbesserten Konzept wird auch eine Vorrichtung zur Aufbereitung einer Trägerfolie für eine Elektrode eines Lithium-Ionen-Akkumulators angegeben. Die Vorrichtung weist eine Prozesskammer auf und eine Fördervorrichtung, die dazu eingerichtet ist, wenigstens ein Teil der Trägerfolie in die Prozesskammer einzubringen. Die Vorrichtung weist eine Zündvorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, in der Prozesskammer zur Durchführung einer Plasmabehandlung ein Plasma zu erzeugen. Die Prozesskammer ist derart ausgestaltet, dass eine Materialschicht auf einer Oberfläche des Teils der Trägerfolie dem Plasma ausgesetzt wird, um die Materialschicht wenigstens teilweise von der Oberfläche zu entfernen.According to the improved concept, a device for processing a carrier film for an electrode of a lithium-ion accumulator is also specified. The device has a process chamber and a conveying device which is set up to introduce at least part of the carrier film into the process chamber. The device has an ignition device which is set up to generate a plasma in the process chamber in order to carry out a plasma treatment. The process chamber is designed in such a way that a material layer on a surface of the part of the carrier film is exposed to the plasma in order to at least partially remove the material layer from the surface.
Die Prozesskammer kann dabei insbesondere Teil eines Vakuumreaktors sein.The process chamber can in particular be part of a vacuum reactor.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Gaszufuhrinfrastruktur auf, die zum Zuführen eines Ausgangsgases zum Erzeugen des Plasmas in die Prozesskammer angeordnet und eingerichtet ist.According to at least one embodiment, the device has a gas supply infrastructure which is arranged and set up for supplying an output gas for generating the plasma into the process chamber.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Vorrichtung eine erste weitere Gaszufuhrinfrastruktur auf, die zum Zuführen eines weiteren Ausgangsgases zum Erzeugen eines oxidativ wirksamen weiteren Plasmas in die Prozesskammer angeordnet und eingerichtet ist.According to at least one embodiment, the device has a first further gas supply infrastructure, which is arranged and set up for supplying a further starting gas for generating an oxidatively active further plasma into the process chamber.
Insbesondere ist die Zündvorrichtung dazu eingerichtet, in der Prozesskammer zur Durchführung einer weiteren Plasmabehandlung das weitere Plasma zu erzeugen. Die Prozesskammer ist derart ausgestaltet, dass die Oberfläche dem weiteren Plasma ausgesetzt wird, um die Oberfläche zu reinigen.In particular, the ignition device is set up to generate the further plasma in the process chamber in order to carry out a further plasma treatment. The process chamber is designed in such a way that the surface is exposed to the further plasma in order to clean the surface.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform der Vorrichtung weist diese eine weitere Prozesskammer auf, wobei die Fördervorrichtung dazu eingerichtet ist, wenigstens den Teil der Trägerfolie vor der Durchführung der Plasmabehandlung in die weitere Prozesskammer einzubringen. Die Vorrichtung weist eine weitere Zündvorrichtung auf, die dazu eingerichtet ist, in der weiteren Prozesskammer zur Durchführung einer weiteren Plasmabehandlung ein oxidativ wirksames weiteres Plasma zu erzeugen, wobei die weitere Prozesskammer derart ausgestaltet ist, dass die Oberfläche dem weiteren Plasma ausgesetzt wird, um die Oberfläche zu reinigen.According to at least one embodiment of the device, it has a further process chamber, the conveying device being set up to introduce at least the part of the carrier film into the further process chamber before the plasma treatment is carried out. The device has a further ignition device which is set up to generate an oxidatively active further plasma in the further process chamber in order to carry out a further plasma treatment, the further process chamber being designed in such a way that the surface is exposed to the further plasma around the surface to clean.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform weist die Vorrichtung eine zweite weitere Gaszufuhrinfrastruktur auf, die zum Zuführen eines weiteren Ausgangsgases zum Erzeugen des weiteren Plasmas in die weitere Prozesskammer angeordnet und eingerichtet ist.According to at least one embodiment, the device has a second further gas supply infrastructure which is arranged and set up for supplying a further starting gas for generating the further plasma into the further process chamber.
Weitere Ausführungsformen der Vorrichtung nach dem verbesserten Konzept folgen direkt aus den verschiedenen Ausgestaltungsformen des Verfahrens nach dem verbesserten Konzept und umgekehrt. Insbesondere kann die Vorrichtung nach dem verbesserten Konzept ein Verfahren nach dem verbesserten Konzept durchführen oder führt ein solches Verfahren durch.Further embodiments of the device according to the improved concept follow directly from the various embodiments of the method according to the improved concept and vice versa. In particular, the device according to the improved concept can carry out a method according to the improved concept or carries out such a method.
In der Figur ist eine schematische Darstellung einer beispielhaften Ausführungsform einer Vorrichtung
Die Vorrichtung
Die Vorrichtung
Mittels einer Gasversorgungsvorrichtung
In der Prozesskammer
Im Falle einer Aluminiumfolie als Trägerfolie
Optional weist die Vorrichtung
Mittels einer weiteren Gasversorgungsvorrichtung
In der weiteren Prozesskammer
Mit Bezug auf die Figur wurde ein kontinuierliches Verfahren beschrieben, bei dem die Trägerfolie
Alternativ kann die Vorrichtung
In alternativen Ausführungsformen kann anstelle des reaktiv wirksamen Plasmas ein Inertgasplasma, beispielsweise ein Argonplasma, eingesetzt werden, um die Materialschicht durch Beschuss mit Ionen des Inertgasplasmas entsprechend dem Prinzip des DC-Sputterns abzutragen.In alternative embodiments, instead of the reactive plasma, an inert gas plasma, for example an argon plasma, can be used in order to remove the material layer by bombarding it with ions of the inert gas plasma in accordance with the principle of DC sputtering.
Durch das verbesserte Konzept wird also wie beschrieben ein definiertes, gleichmäßiges und sehr schonendes Abtragen beziehungsweise chemisches Umsetzen der Materialschicht von der Trägerfolie, beispielsweise einer nativen Aluminiumoxidschicht von einer sehr dünnen, etwa 15 µm oder weniger dicken, und empfindlichen Aluminiumträgerfolie in einem kontinuierlichen Verfahren ermöglicht. Dadurch können Übergangswiderstände verringert und letztendlich die Leistungsfähigkeit der Lithium-Ionen-Akkumulatoren verbessert werden.As described, the improved concept enables defined, uniform and very gentle removal or chemical conversion of the material layer from the carrier film, for example a native aluminum oxide layer from a very thin, about 15 µm or less thick, and sensitive aluminum carrier film in a continuous process. As a result, contact resistances can be reduced and ultimately the performance of the lithium-ion batteries can be improved.
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 11
- Vorrichtungcontraption
- 22
- TrägerfolieCarrier film
- 3, 3'3, 3 '
- Oberflächensurfaces
- 4, 4'4, 4 '
- ProzesskammernProcess chambers
- 55
- SteuereinheitControl unit
- 6a, 6b, 6d6a, 6b, 6d
- VortriebsmittelPropulsion means
- 6d, 6e 7, 7'6d, 6e 7, 7 '
- GasversorgungsvorrichtungenGas supply devices
- 8, 8'8, 8 '
- PumpvorrichtungenPumping devices
- 9, 9'9, 9 '
- ZündvorrichtungenIgnition devices
- xx
- LängsrichtungLongitudinal direction
- yy
- QuerrichtungTransverse direction
Claims (12)
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Applications Claiming Priority (1)
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DE102020114016A1 true DE102020114016A1 (en) | 2021-12-02 |
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ID=78508985
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Citations (2)
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US20110111290A1 (en) | 2008-07-11 | 2011-05-12 | Yozo Uchida | Battery-dedicated electrode foil, positive electrode plate, battery, vehicle, and battery-equipped appliance, and manufacture method for the battery-dedicated electrode foil, and manufacture method of the positive electrode plate |
-
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CN 105 018 897 A - WPI, Maschinenübersetzung der Beschreibung (patenttranslate), Originaldokument |
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