DE102020203092A1 - Method for processing an electrode web and processing device therefor - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Bearbeitung einer Elektrodenbahn (4) angegeben, wobei die Elektrodenbahn (4) eine Trägerschicht (6) aufweist und ein Elektrodenmaterial (8), welches lediglich in einem Materialbereich (10) der Elektrodenbahn (4) auf die Trägerschicht (6) aufgetragen ist, sodass ein Freibereich (12) verbleibt, welcher frei ist von Elektrodenmaterial (8), zur Ausbildung von Ableitern (14), wobei die Elektrodenbahn (4) in einer Förderrichtung (F) durch eine Bearbeitungsvorrichtung (2) geführt wird, sodass der Materialbereich (10) und der Freibereich (12) nebeneinander verlaufen, wobei die Bearbeitungsvorrichtung (2) einen Kalander (20) aufweist, durch welchen die Elektrodenbahn (4) geführt wird und mit welchem der Materialbereich (10) kalandriert wird, wobei die Bearbeitungsvorrichtung (2) zusätzlich zumindest eine Walze (22a - i) aufweist, welche derart ausgebildet ist, dass diese auf die Elektrodenbahn (4) eine Querzugspannung (F4) ausübt. Weiter wird eine entsprechende Bearbeitungsvorrichtung (2) angegeben. A method for processing an electrode sheet (4) is specified, the electrode sheet (4) having a carrier layer (6) and an electrode material (8) which is applied to the carrier layer (6) only in a material region (10) of the electrode sheet (4) ) is applied so that a free area (12) remains, which is free of electrode material (8), for the formation of arresters (14), the electrode web (4) being guided in a conveying direction (F) through a processing device (2), so that the material area (10) and the free area (12) run side by side, the processing device (2) having a calender (20) through which the electrode web (4) is guided and with which the material area (10) is calendered, the Processing device (2) additionally has at least one roller (22a-i) which is designed in such a way that it exerts a transverse tensile stress (F4) on the electrode web (4). A corresponding processing device (2) is also specified.
Description
Die Erfindung betrifft Verfahren zur Bearbeitung einer Elektrodenbahn sowie eine hierfür geeignete Bearbeitungsvorrichtung.The invention relates to a method for processing an electrode web and a processing device suitable for this purpose.
Eine Elektrodenbahn wird zur Herstellung einer Batterie verwendet,
Die Elektrodenbahn dient als Ausgangspunkt zur Herstellung von Elektroden der Batterie. Entsprechend ist die Elektrodenbahn zur Herstellung von Anoden oder Kathoden ausgebildet und besteht je nach Art der Elektrode aus entsprechenden Werkstoffen. Generell weist eine Elektrodenbahn eine Trägerschicht auf, beispielsweise aus Kupfer im Falle einer Anode und aus Aluminium im Falle einer Kathode. Auf die Trägerschicht ist einseitig oder beidseitig ein Elektrodenmaterial aufgetragen, beispielsweise ein Gemisch mit Lithium als Aktivmaterial im Falle einer Kathode und ein Gemisch mit Graphit als Aktivmaterial im Falle einer Anode. Dem jeweiligen Gemisch sind typsicherweise weitere Materialien wie z.B. Binder, Lösungsmittel, Leitruß oder sonstige Additive beigemischt.The electrode track serves as a starting point for the production of electrodes for the battery. The electrode track is designed accordingly for the production of anodes or cathodes and, depending on the type of electrode, consists of appropriate materials. In general, an electrode track has a carrier layer, for example made of copper in the case of an anode and of aluminum in the case of a cathode. An electrode material is applied to one or both sides of the carrier layer, for example a mixture with lithium as active material in the case of a cathode and a mixture with graphite as active material in the case of an anode. Typically, other materials such as binders, solvents, carbon black or other additives are added to the respective mixture.
Die Kombination von Trägerschicht und Elektrodenmaterial ergibt eine Elektrodenbahn, aus welcher nachfolgend mehrere Elektroden hergestellt werden. Eine einzelne Elektrodenbahn wird beispielsweise aufgerollt als Rolle bereitgestellt, über einen Abwickler abgewickelt und einer Bearbeitungsvorrichtung zur weiteren Bearbeitung zugeführt.The combination of carrier layer and electrode material results in an electrode sheet from which several electrodes are subsequently produced. A single electrode web is provided rolled up as a roll, for example, unwound via an unwinder and fed to a processing device for further processing.
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Vor diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der Erfindung, die Bearbeitung einer Elektrodenbahn zu verbessern. Hierzu sollen ein entsprechendes Verfahren sowie eine entsprechende Bearbeitungsvorrichtung angegeben werden.Against this background, it is an object of the invention to improve the processing of an electrode track. For this purpose, a corresponding method and a corresponding processing device should be specified.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 sowie durch eine Bearbeitungsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 10. Vorteilhafte Ausgestaltungen, Weiterbildungen und Varianten sind Gegenstand der Unteransprüche. Die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren gelten sinngemäß auch für die Bearbeitungsvorrichtung und umgekehrt. Sofern nachfolgend Verfahrensschritte des Verfahrens beschrieben werden, ergeben sich vorteilhafte Ausgestaltungen für die Bearbeitungsvorrichtung insbesondere dadurch, dass diese ausgebildet ist, einen oder mehrere dieser Verfahrensschritte auszuführen. Sofern nachfolgend einzelne Teile, speziell Walzen beschrieben sind, sind diese vorzugsweise Teile der Bearbeitungsvorrichtung.The object is achieved according to the invention by a method with the features according to claim 1 and by a processing device with the features according to
Das Verfahren dient zur Bearbeitung einer Elektrodenbahn, insbesondere einer Elektrodenbahn für eine Batterie. Die Elektrodenbahn wird auch als Elektrodenfolie bezeichnet. Die Elektrodenbahn weist eine Trägerschicht auf und ein Elektrodenmaterial, welches lediglich in einem Materialbereich der Elektrodenbahn auf die Trägerschicht aufgetragen ist, sodass ein Freibereich verbleibt, welcher frei ist von Elektrodenmaterial, zur Ausbildung von Ableitern. Die Elektrodenbahn dient als Halbzeug und als Ausgangspunkt für die Herstellung einzelner Elektroden, z.B. für eine prismatische Zelle, eine Rundzelle oder eine Pouch-Zelle. Insofern findet das Verfahren insbesondere Anwendung bei der Herstellung von Elektroden. Die Ableiter dienen bei der fertigen Elektrode zu deren Kontaktierung z.B. mit einer Leitung oder mit anderen Elektroden. Der Materialbereich wird auch als aktiver Bereich bezeichnet, da dieser das elektro-chemisch aktive Elektrodenmaterial aufweist. Der Freibereich wird auch als Ableiterbereich bezeichnet, da aus diesem die Ableiter zur Kontaktierung und zur Führung von Strom von oder zu der Elektrode ausgebildet werden. Die Elektrodenbahn wird auch allgemein als Endlosware bezeichnet, da die Elektrodenbahn typischerweise deutlich länger als breit ist und sich auf- und abrollen lässt. Eine aufgerollte Elektrodenbahn bildet eine Rolle, welche auf einfache Weise einem roll-to-roll-Verfahren zuführbar ist.The method is used to process an electrode track, in particular an electrode track for a battery. The electrode track is also referred to as an electrode foil. The electrode track has a carrier layer and an electrode material which is applied to the carrier layer only in a material area of the electrode track, so that a free area remains which is free of electrode material for the formation of arresters. The electrode sheet serves as a semi-finished product and as a starting point for the production of individual electrodes, e.g. for a prismatic cell, a round cell or a pouch cell. In this respect, the method is used in particular in the manufacture of electrodes. In the finished electrode, the arresters serve to make contact with them, e.g. with a line or with other electrodes. The material area is also referred to as the active area, since it has the electrochemically active electrode material. The free area is also referred to as the arrester area, since it is used to form the arresters for contacting and for conducting current from or to the electrode. The electrode web is also generally referred to as continuous goods, since the electrode web is typically significantly longer than it is wide and can be rolled up and down. A rolled up electrode web forms a roll which can be fed to a roll-to-roll process in a simple manner.
Im Rahmen des Verfahrens wird die Elektrodenbahn in einer Förderrichtung durch eine Bearbeitungsvorrichtung geführt, sodass der Materialbereich und der Freibereich nebeneinander verlaufen. Die Bearbeitungsvorrichtung wird auch als Bearbeitungsmaschine oder als Bearbeitungsanlage bezeichnet. Die Bearbeitungsvorrichtung ist in einer geeigneten Ausgestaltung eine roll-to-toll-Vorrichtung und das Verfahren insbesondere ein roll-to-roll-Verfahren. Die Elektrodenbahn wird vorzugsweise von einem Abwickler der Bearbeitungsvorrichtung abgerollt oder alternativ bereits als abgerollte Bahn z.B. von einer entlang einer Fertigungsstraße vorgeschalteten Vorrichtung an die Bearbeitungsvorrichtung weitergegeben. Die Förderrichtung entspricht einer Längsrichtung der Elektrodenbahn. Quer,
In Längsrichtung gemessen ist die Elektrodenbahn beispielsweise mehrere 100 m lang. Die Elektrodenbahn weist senkrecht zur Längsrichtung gemessen vorzugsweise eine Breite im Bereich von 10 cm bis 150 cm auf. Der Freibereich weist senkrecht zur Längsrichtung gemessen vorzugsweise eine Breite auf, welche zwischen 5 mm und 50 mm beträgt. Der Materialbereich nimmt die verbleibende Breite ein. Besonders bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher ein einzelner Materialbereich mittig zwischen zwei seitlichen Freibereichen verläuft, wobei die Freibereiche vorzugsweise auch Randbereiche der Elektrodenbahn bilden. Alternativ sind mehrere Materialbereiche senkrecht zur Längsrichtung abwechselnd mit mehreren Freibereichen angeordnet. Nachfolgend wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit von einer Elektrodenbahn mit einem Materialbereich ausgegangen, welcher beidseitig von zwei Freibereichen berandet ist. Die Ausführungen gelten aber analog auch für andere Geometrien.Measured in the longitudinal direction, the electrode track is, for example, several 100 m long. The electrode web, measured perpendicular to the longitudinal direction, preferably has a width in the range from 10 cm to 150 cm. The free area, measured perpendicular to the longitudinal direction, preferably has a width which is between 5 mm and 50 mm. The material area takes up the remaining width. An embodiment is particularly preferred in which a single material area runs centrally between two lateral free areas, the free areas preferably also forming edge areas of the electrode track. Alternatively, several material areas are alternately arranged perpendicular to the longitudinal direction with several free areas. In the following, without restricting the generality, an electrode web with a material area is assumed which is bordered on both sides by two free areas. The explanations also apply analogously to other geometries.
Die Trägerschicht besteht vorzugsweise aus einem Metall, besonders bevorzugt aus Aluminium oder Kupfer. Die Trägerschicht weist vorzugsweise eine Dicke im Bereich von 5 µm bis 20 µm auf. Im Freibereich entspricht die Dicke der Elektrodenbahn insbesondere der Dicke der Trägerschicht, da hier keine weiteren Materialien vorhanden sind. Das Elektrodenmaterial besteht in einer geeigneten Ausgestaltung aus einem Gemisch mit Lithium oder Graphit als Aktivmaterial. Das Aktivmaterial ist insbesondere abhängig vom Material der Trägerschicht ausgewählt. Dem jeweiligen Gemisch sind geeigneterweise ein oder mehrere weitere Materialien beigemischt, z.B. Binder, Lösungsmittel, Leitruß oder sonstige Additive. Das Elektrodenmaterial ist vor der Zufuhr in die Bearbeitungsvorrichtung vorzugsweise mit einer Dicke im Bereich von 50 µm bis 200 µm aufgetragen. Das Elektrodenmaterial ist vorzugsweise beidseitig auf die Trägerschicht aufgetragen, sodass die Elektrodenbahn im Materialbereich dann eine Dicke im Bereich von 105 µm bis 420 µm aufweist. Alternativ ist das Elektrodenmaterial lediglich einseitig auf die Trägerschicht aufgetragen, sodass die Elektrodenbahn im Materialbereich dann eine Dicke im Bereich von 55 µm bis 220 µm aufweist. Nachfolgend wird ohne Beschränkung der Allgemeinheit von einer beidseitig mit Elektrodenmaterial beschichteten Trägerschicht ausgegangen. Die Ausführungen gelten aber analog auch für eine lediglich einseitig beschichtete Trägerschicht.The carrier layer preferably consists of a metal, particularly preferably aluminum or copper. The carrier layer preferably has a thickness in the range from 5 μm to 20 μm. In the free area, the thickness of the electrode track corresponds in particular to the thickness of the carrier layer, since no other materials are present here. In a suitable embodiment, the electrode material consists of a mixture with lithium or graphite as the active material. The active material is selected in particular as a function of the material of the carrier layer. One or more other materials are suitably added to the respective mixture, e.g. binders, solvents, carbon black or other additives. Before being fed into the processing device, the electrode material is preferably applied with a thickness in the range from 50 μm to 200 μm. The electrode material is preferably applied to the carrier layer on both sides, so that the electrode web then has a thickness in the range of 105 μm to 420 μm in the material area. Alternatively, the electrode material is only applied to one side of the carrier layer, so that the electrode web then has a thickness in the range of 55 μm to 220 μm in the material area. In the following, without loss of generality, a carrier layer coated on both sides with electrode material is assumed. However, the statements also apply analogously to a carrier layer coated on only one side.
Die Bearbeitungsvorrichtung weist einen Kalander auf, welcher eine Bearbeitungsstufe der Bearbeitungsvorrichtung ist. Die Elektrodenbahn wird durch den Kalander geführt und mit diesem wird dann der Materialbereich kalandriert. Dadurch wird senkrecht sowohl zur Längsrichtung als auch zur Querrichtung, also senkrecht zur Ebene der Elektrodenbahn, eine Kraft ausgeübt, durch welche das Elektrodenmaterial gepresst und verdichtet wird. Vorzugsweise wird das Elektrodenmaterial um 30% bis 50% verdichtet.The processing device has a calender, which is a processing stage of the processing device. The electrode web is passed through the calender and the material area is then calendered with this. As a result, a force is exerted perpendicularly both to the longitudinal direction and to the transverse direction, that is to say perpendicular to the plane of the electrode path, by means of which the electrode material is pressed and compressed. The electrode material is preferably compressed by 30% to 50%.
Der Kalander weist wenigstens zwei oder mehr Walzen auf, welche jeweils auch als Kalanderwalze bezeichnet werden. Eine Kalanderwalze zeichnet sich dadurch aus, dass diese im Rahmen des Verfahrens an die Elektrodenbahn angepresst wird, um dadurch das Elektrodenmaterial zu verdichten. Geeigneterweise wird die Elektrodenbahn durch zwei Kalanderwalzen hindurchgeführt, welche in einem Abstand zueinander angeordnet sind, welcher geringer ist als die Dicke der Elektrodenbahn vor dem Kalander. Eine jeweilige Kalanderwalze, speziell deren Mantelfläche, welche mit dem Materialbereich in Kontakt steht, ist vorzugsweise härter als das Elektrodenmaterial und hierzu aus einem harten Material hergestellt. Unter einem harten Material wird hier und allgemein ein Material verstanden mit Härte größer als 50 HRC (
Vorliegend weist nun die Bearbeitungsvorrichtung zusätzlich,
Insbesondere dient die Walze nicht lediglich dazu, die Elektrodenbahn in Förderrichtung zu fördern. Zum Fördern der Elektrodenfolie durch die Bearbeitungsvorrichtung weist diese zweckmäßigerweise für die Elektrodenfolie einen Abwickler und einen Aufwickler auf, welche in Förderrichtung eine Bahnspannung auf die Elektrodenfolie ausüben.In particular, the roller does not only serve to convey the electrode web in the conveying direction. To convey the electrode foil through the processing device, it expediently has an unwinder and a winder for the electrode foil, which exert a web tension on the electrode foil in the conveying direction.
Vorzugsweise weist die Bearbeitungsvorrichtung mehrere zusätzliche Walzen zur Bearbeitung der Trägerschicht auf, wobei dann die Walzen nicht zwingend gleichartig ausgebildet sind. Die Walze ist allgemein insbesondere zylinderförmig und erstreckt sich entlang einer Drehachse, um welche die Walze insbesondere rotationssymmetrisch ist. Die Walze ist entweder in Förderrichtung vor oder hinter dem Kalander angeordnet und ist dann ein Teil einer hierzu separaten Bearbeitungsstufe. Alternativ ist die Walze innerhalb des Kalanders angeordnet, geeigneterweise in Förderrichtung zwischen zwei Bearbeitungsstufen eines mehrstufigen Kalanders. Alternativ ist die Walze innerhalb des Kalanders senkrecht zur Förderrichtung neben einer Kalanderwalze derart angeordnet, dass die Walze und die Kalanderwalze eine gemeinsame Drehachse aufweisen und dann unterschiedliche Längsbereiche der Elektrodenbahn gleichzeitig unterschiedlich bearbeitet werden. Die zusätzliche Walze ist insbesondere keine Kalanderwalze. Vorzugsweise dient die zusätzliche Walze vorrangig oder ausschließlich zur Einwirkung auf die Trägerschicht und nicht zwingend zur Bearbeitung des Elektrodenmaterials, dieses wird jedoch je nach Anordnung und Funktionalität der Walze relativ zur Elektrodenbahn unter Umständen auch von der Walze bearbeitet.The processing device preferably has a plurality of additional rollers for processing the carrier layer, in which case the rollers are not necessarily designed in the same way. The roller is generally in particular cylindrical and extends along an axis of rotation about which the roller is in particular rotationally symmetrical. The roller is arranged either in front of or behind the calender in the conveying direction and is then part of a separate processing stage. Alternatively, the roll is arranged inside the calender, suitably in the conveying direction between two processing stages of a multi-stage calender. Alternatively, the roller is arranged within the calender perpendicular to the conveying direction next to a calender roller in such a way that the roller and the calender roller have a common axis of rotation and then different longitudinal regions of the electrode web are processed differently at the same time. In particular, the additional roll is not a calender roll. The additional roller is preferably used primarily or exclusively to act on the carrier layer and not necessarily to process the electrode material, but depending on the arrangement and functionality of the roller relative to the electrode web, this may also be processed by the roller.
Ein Ausgangspunkt der Erfindung ist insbesondere die Beobachtung, dass beim Kalandrieren der Elektrodenbahn die Gefahr einer Bildung von Falten besteht, was negative Auswirkungen auf die Qualität der Elektrodenbahn hat. Die Bildung von Falten ist insbesondere abhängig von der Stärke einer Bahnspannung während der Bearbeitung, welche in Förderrichtung insbesondere durch einen Abwickler und einen Aufwickler für die Elektrodenbahn entsteht. Mit zunehmender Bahnspannung steigt auch die Gefahr einer Faltenbildung.A starting point of the invention is, in particular, the observation that when the electrode web is calendered, there is a risk of wrinkles forming, which has negative effects on the quality of the electrode web. The formation of wrinkles is particularly dependent on the strength of a web tension during processing, which is created in the conveying direction in particular by an unwinder and a winder for the electrode web. As the web tension increases, so does the risk of wrinkling.
Eine Faltenbildung lässt sich beispielsweise vermeiden, indem die Trägerschicht in Förderrichtung lediglich abschnittsweise mit Elektrodenmaterial beschichtet wird, sodass sich eine intermittierend beschichtete Elektrodenbahn ergibt, mit Freibereichen, welche sich quer zur Längsrichtung erstrecken, zusätzlich zu weiteren, seitlichen Freibereichen, welche jeweils einen Außenrand bilden. Die gesamte Elektrodenbahn wird auch als Muttercoil bezeichnet und beispielsweise zunächst längsgeschnitten, um die Außenränder zu entfernen, danach in einem Kalander kalandriert und anschließend nochmals z.B. mittig längsgeschnitten, um mehrere parallel verlaufende Teilbahnen zu erhalten, welche jeweils auch als Tochtercoil bezeichnet werden. Das jeweilige Längsschneiden wird auch als „Schlitzen“ oder Englisch „Slitten“ bezeichnet und stellt eine zusätzliche Schneidoperation dar, welche mittels eines Slitters als eine Bearbeitungsstufe durchgeführt wird. Abschließend wird eine jeweilige Teilbahn dann quergeschnitten und dadurch in Längsabschnitte zerteilt, um einzelne Elektroden zu erhalten. Kalandern und Schlitzen erfolgen beispielsweise auf zwei unterschiedlichen Anlagen und somit in mehreren Bearbeitungsstufen derart getrennt voneinander, dass die Elektrodenbahn zwischen zwei Bearbeitungsschritten jeweils auf- und wieder abgerollt wird, wodurch sich nachteilige Eigenspannungen im Material bilden. Während einer Erwärmung, z.B. im Rahmen des Kalandrierens, werden diese Spannungen gelöst, wodurch üblicherweise Falten entstehen. Bei einer kontinuierlich beschichteten Elektrodenbahn lässt sich die Faltenbildung verringern, indem im Kalander die Elektrodenbahn erwärmt wird und in Kombination mit der Bahnspannung in Längsrichtung etwaige faltengefährdete Bereiche der Elektrodenbahn plastisch verformt werden. Die beschriebene Erwärmung und plastische Verformung haben aber auch eine entsprechende Wärmeentwicklung und Kaltverfestigung speziell der Trägerschicht zur Folge, was nachteilig zu einer erhöhten Oxidation führen kann und potentiell die Schweißbarkeit der Trägerschicht verschlechtert.Wrinkling can be avoided, for example, by coating the carrier layer with electrode material only in sections in the conveying direction, so that an intermittently coated electrode web results, with free areas that extend transversely to the longitudinal direction, in addition to further, lateral free areas that each form an outer edge. The entire electrode web is also referred to as the mother coil and is, for example, first cut lengthways to remove the outer edges, then calendered in a calender and then again cut lengthways, for example, in order to obtain several parallel partial webs, each of which is also called a daughter coil. The respective longitudinal cutting is also referred to as "slitting" or "slitting" and represents an additional cutting operation which is carried out as a processing stage by means of a slitter. Finally, a respective partial web is then cut transversely and thereby divided into longitudinal sections in order to obtain individual electrodes. Calendering and slitting take place, for example, on two different systems and thus in several processing stages separately from one another in such a way that the electrode web is rolled up and down again between two processing steps, as a result of which disadvantageous internal stresses form in the material. During heating, e.g. in the context of calendering, these tensions are released, which usually leads to wrinkles. In the case of a continuously coated electrode web, the formation of wrinkles can be reduced by heating the electrode web in the calender and, in combination with the web tension, plastically deforming any areas of the electrode web that are at risk of creasing in the longitudinal direction. However, the heating and plastic deformation described also result in corresponding heat development and strain hardening, especially of the carrier layer, which can disadvantageously lead to increased oxidation and potentially worsen the weldability of the carrier layer.
Eine kontinuierlich beschichtete Elektrodenbahn weist im Gegensatz zu einer intermittierend beschichteten Elektrodenbahn einen in Längsrichtung durchgängig ausgebildeten Materialbereich auf und somit in Längsrichtung durchgängig aufgetragenes Elektrodenmaterial. Während bei einer intermittierend beschichteten Elektrodenbahn die Ableiter insbesondere zwischen zwei in Längsrichtung aufeinanderfolgenden Materialbereichen ausgebildet werden, werden bei einer kontinuierlich beschichteten Elektrodenbahn die Ableiter seitlich am Materialbereich ausgebildet.In contrast to an intermittently coated electrode web, a continuously coated electrode web has a material region that is continuously formed in the longitudinal direction and thus electrode material that is continuously applied in the longitudinal direction. While in the case of an intermittently coated electrode track, the arresters are formed in particular between two material regions which follow one another in the longitudinal direction, in the case of a continuously coated one Electrode track formed the arrester laterally on the material area.
Das Problem einer Faltenbildung beim Kalandrieren soll nachfolgend genauer erläutert werden. Ausgangspunkt ist die Tatsache, dass die Elektrodenbahn quer zur Längsrichtung betrachtet eine unterschiedliche Dicke aufweist, da das Elektrodenmaterial nur über eine Teilbreite aufgetragen ist. Zwei gedachte Volumenelemente der Elektrodenbahn im Materialbereich und im Freibereich werden daher unterschiedlich mit Kräften beaufschlagt. Im Freibereich wirkt zunächst in Längsrichtung die Bahnspannung als eine Zugspannung. Senkrecht auf die Elektrodenbahn, also senkrecht sowohl zur Längs- als auch zur Querrichtung wirkt eine Druckspannung des Kalanders, allerdings nur im Materialbereich, da dieser dicker ist. Im Freibereich wirkt also senkrecht zur Elektrodenbahn keine Kraft. Die Zugspannung in Längsrichtung erzeugt somit eine Druckspannung in Querrichtung,
Ein weiterer Ausgangspunkt der Erfindung ist insbesondere die Beobachtung, dass das Kalandrieren typischerweise langsamer erfolgt als das Schlitzen, üblicherweise mit einer halbierten Fördergeschwindigkeit. Beispielsweise erfolgt das Schlitzen mit einer Fördergeschwindigkeit von 100 m/min und das Kalandrieren mit einer Geschwindigkeit von 50 m/min. Daraus ergibt sich eine entsprechend reduzierte Auslastung des Slitters.Another starting point of the invention is, in particular, the observation that calendering typically takes place more slowly than slitting, usually at a conveyor speed that is halved. For example, slitting takes place at a conveying speed of 100 m / min and calendering at a speed of 50 m / min. This results in a correspondingly reduced utilization of the slitter.
Ein weiterer Ausgangspunkt der Erfindung ist insbesondere die Beobachtung, dass die Elektrodenbahn im Slitter, also beim Längsschneiden, nicht in Längsrichtung gespannt wird, sodass auch keine Querspannung senkrecht zur Förderrichtung erzeugt wird und der Slitter an der Elektrodenbahn daher eine nachteilige Zugspannung erzeugt und eine Schnittkante mit einem nachteiligen Grat.Another starting point of the invention is, in particular, the observation that the electrode web in the slitter, i.e. during longitudinal cutting, is not stretched in the longitudinal direction, so that no transverse stress is generated perpendicular to the conveying direction and the slitter therefore generates a disadvantageous tensile stress on the electrode web and also has a cutting edge an adverse ridge.
Auch das Problem der Gratbildung beim Schlitzen soll nachfolgend genauer erläutert werden. Grundsätzlich ist es möglich, zum Schlitzen eine Kombination aus zwei Messern, nämlich einem Obermesser und einem Untermesser, zu verwenden, welche auf gegenüberliegenden Seiten der Elektrodenbahn angeordnet sind, jeweils rotieren und die Elektrodenbahn scherenartig in Längsrichtung zerschneiden. Da die Messer prinzipbedingt aneinander vorbeischeren, wird beim Schneiden das Material der Elektrodenbahn zunächst zwischen die beiden Messer gezogen,
Wie bereits weiter oben angedeutet wurde, unterscheidet sich die Bearbeitung einer intermittierend beschichteten Elektrodenbahn von der Bearbeitung einer kontinuierlich beschichteten Elektrodenbahn. Ohne Beschränkung der Allgemeinheit wird für beide Fälle von einer einzelnen Muttercoil ausgegangen, welche in zwei Tochtercoils zerteilt wird, die Ausführungen gelten aber analog auch für eine einzelne Muttercoil, welche in mehr als zwei Tochtercoils zerteilt wird. Bei einer intermittierend beschichteten Elektrodenbahn wird geeigneterweise zunächst seitlich der aufeinanderfolgenden Materialbereiche die in Querrichtung überstehende Trägerschicht mit einem Slitter abgetrennt,
Bei einer kontinuierlich beschichteten Elektrodenbahn verlaufen die Freibereiche zur Ausbildung der Ableiter seitlich des Materialbereichs, welcher sich durchgängig entlang der Längsrichtung erstreckt. Die Elektrodenbahn wird einem Kalander zugeführt und dabei erwärmt. Beispielsweise wird die Elektrodenbahn vor dem Kalander auf 150 °C vorgewärmt, z.B. induktiv oder mittels eines Infrarotstrahlers, und die Kalanderwalzen weisen eine Temperatur von 170 °C auf, um die Elektrodenbahn beim Hindurchführen entsprechend weiter zu erwärmen. Nach dem Kalander wird die Elektrodenbahn wieder abgekühlt, z.B. auf Raumtemperatur. Durch das Erwärmen wird das Material der Elektrodenbahn weicher und dann aufgrund der Bahnspannung plastisch umgeformt. Etwaige Falten werden dadurch vorteilhafterweise glatt gezogen und entsprechend verringert. Problematisch sind allerdings die bereits beschriebene Oxidation der Trägerschicht und die daraus resultierende, verminderte Schweißbarkeit der Ableiter sowie ein mögliches Aufschmelzen eines gegebenenfalls im Elektrodenmaterial vorhandenen Binders. Auch wird die Elektrodenbahn durch das Erwärmen duktiler, verliert Festigkeit und ist dann nachfolgend schwieriger schneidbar. Weiter stellt jegliche Erwärmung einen entsprechenden Energiebedarf dar. Nach dem Kalandrieren wird die Elektrodenbahn einem Slitter zugeführt, welcher einerseits die seitlichen Freibereiche auf die für die Ableiter nötige Breite kürzt und andererseits den Materialbereich mittig zerteilt, um zwei Teilbahnen als Tochtercoils zu erzeugen. Die endgültige Ausbildung der Ableiter erfolgt dann in einem nachfolgenden, separaten Notchen.In the case of a continuously coated electrode web, the free areas for forming the arresters run to the side of the material area, which extends continuously along the longitudinal direction. The electrode web is fed to a calender and heated in the process. For example, the electrode web is preheated to 150 ° C. in front of the calender, for example inductively or by means of an infrared radiator, and the calender rollers have a temperature of 170 ° C. in order to further heat the electrode web accordingly as it passes through. After the calender, the electrode sheet is cooled again, for example to room temperature. As a result of the heating, the material of the electrode web becomes softer and then plastically deformed due to the web tension. Any wrinkles are thereby advantageously pulled smooth and correspondingly reduced. However, the already described oxidation of the carrier layer and the resulting reduced weldability of the arresters as well as a possible melting of a binder that may be present in the electrode material are problematic. The electrode track also becomes more ductile as a result of the heating, loses strength and is then more difficult to cut afterwards. Furthermore, any heating represents a corresponding energy requirement. After calendering, the electrode web is fed to a slitter, which on the one hand shortens the lateral free areas to the width required for the arrester and on the other hand divides the material area in the middle in order to produce two partial webs as daughter coils. The final formation of the arrester then takes place in a subsequent, separate notch.
Aufgrund obiger Überlegungen lassen sich folgenden Nachteile bei der Bearbeitung einer Elektrodenbahn identifizieren: lange Prozesszeiten, aufwändige Handhabung der Elektrodenbahn, eine Vielzahl an separaten Bearbeitungsschritten, Gefahr von Faltenbildung beim Kalandrieren und Schlitzen, verminderte Schnittqualität beim Schlitzen vor dem Kalander in zuvor nicht verdichtetes Elektrodenmaterial, Gratbildung und Bildung eines Bruchbereichs sowie unkontrollierte Materialbewegung mit Faltenbildung beim Schlitzen.On the basis of the above considerations, the following disadvantages can be identified when processing an electrode web: long process times, complex handling of the electrode web, a large number of separate processing steps, risk of wrinkling during calendering and slitting, reduced cutting quality when slitting in previously uncompacted electrode material before the calender, burr formation and formation of a fracture area and uncontrolled movement of material with wrinkling during slitting.
Vorliegend werden nun durch die zumindest eine zusätzliche Walze ein oder mehrere der vorgenannten Nachteile behoben. Nachfolgend werden diverse vorteilhafte Ausgestaltungen der Walze beschrieben. Durch Kombination mehrerer oder aller dieser Ausgestaltungen ergeben sich weitere vorteilhafte Ausgestaltungen.In the present case, one or more of the aforementioned disadvantages are now eliminated by the at least one additional roller. Various advantageous configurations of the roller are described below. Combining several or all of these configurations results in further advantageous configurations.
Zunächst ist die Elektrodenbahn vorzugsweise eine kontinuierlich beschichtete Elektrodenbahn, eine intermittierend beschichtete Elektrodenbahn wird hingegen nicht verwendet. Weiter ist die Elektrodenbahn vorzugsweise beidseitig insbesondere gleichartig beschichtet und insofern symmetrisch bezüglich der Ebene der Elektrodenbahn. Bevorzugterweise weist die Elektrodenbahn einen mittig in Längsrichtung verlaufenden Materialbereich auf, mit einer linken Seite und einer rechten Seite. Beidseitig des Materialbereichs schließt sich jeweils ein Freibereich an, welcher in Längsrichtung verläuft und welcher zur Ausbildung von Ableitern dient. Daraus ergeben sich zwei seitliche Freibereiche, welche zugleich Randbereiche der Elektrodenbahn sind. Auch die Freibereiche sind vorzugsweise kontinuierlich,
Die zusätzliche Walze rotiert um eine Drehachse senkrecht zur Förderrichtung und ist auf einer Oberseite oder einer Unterseite der Elektrodenbahn angeordnet, sodass diese über eine Mantelfläche der Walze geführt wird. Dabei wird die Walze geeigneterweise derart um deren Drehachse gedreht, dass die Mantelfläche mit der Förderrichtung dreht und die Elektrodenbahn sozusagen mitnimmt. Vorzugsweise sind die Drehachsen sämtlicher Walzen der Bearbeitungsvorrichtung parallel zueinander.The additional roller rotates around an axis of rotation perpendicular to the conveying direction and is arranged on an upper side or a lower side of the electrode web, so that it is guided over a circumferential surface of the roller. In this case, the roller is suitably rotated about its axis of rotation in such a way that the jacket surface rotates with the conveying direction and, so to speak, takes the electrode path with it. The axes of rotation of all the rollers of the processing device are preferably parallel to one another.
Vorliegend ist die Walze derart ausgebildet, dass diese auf die Elektrodenbahn und speziell insbesondere auf die Trägerschicht eine Querzugspannung ausübt, vorteilhafterweise um eine Faltenbildung zu vermeiden. Die Walze wird daher auch als Querzugwalze bezeichnet. Die Querzugspannung wirkt insbesondere einem oder mehreren der oben beschriebenen Effekte zur Bildung von Falten entgegen. Die Querzugspannung ist eine Kraft, welche quer,
In einer zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Walze derart ausgebildet, dass diese am Freibereich angreift und in diesem die Querzugspannung ausübt. Hierzu weist die Walze in Querrichtung und entlang ihrer Drehachse betrachtet unterschiedliche Querabschnitte auf, nämlich einen Außenabschnitt, welcher sich über den Freibereich erstreckt, und einen Innenabschnitt, welcher sich über den Materialbereich erstreckt. Bei einem mittigen Materialbereich mit zwei seitlichen Freibereichen weist die Walze dann entsprechend einen Innenabschnitt auf, welcher seitlich von zwei Außenabschnitten eingefasst ist. Alternativ weist die Walze lediglich einen Au-ßenabschnitt auf und erstreckt sich in Querrichtung gerade nicht über den Materialbereich, sondern nur über den Freibereich und gegebenenfalls nach außen über diesen hinaus. Bei mehreren Freibereichen weist die Bearbeitungsvorrichtung vorzugsweise für jeden der Freibereich eine entsprechende Walze auf und diese Walzen weisen eine gemeinsame Drehachse auf. Der jeweilige Außenabschnitt greift im jeweiligen Freibereich an der Elektrodenbahn an und erzeugt hier eine Querzugspannung, wohingegen ein gegebenenfalls vorhandener Innenabschnitt höchstens eine Druckspannung auf den Materialbereich ausübt. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, um eine Druckspannung des Kalanders zu kompensieren, entweder innerhalb des Kalanders und als Teil desselben oder außerhalb des Kalanders, insbesondere in Förderrichtung davor.In an expedient embodiment, the roller is designed in such a way that it is in the open area attacks and in this exerts the transverse tensile stress. For this purpose, the roller has different transverse sections viewed in the transverse direction and along its axis of rotation, namely an outer section which extends over the free area and an inner section which extends over the material area. In the case of a central material area with two lateral free areas, the roller then accordingly has an inner section which is laterally bordered by two outer sections. Alternatively, the roller has only one outer section and does not extend in the transverse direction over the material area, but only over the free area and possibly outwards beyond this. If there are several free areas, the processing device preferably has a corresponding roller for each of the free areas, and these rollers have a common axis of rotation. The respective outer section engages the electrode web in the respective free area and generates a transverse tensile stress here, whereas an inner section which may be present exerts at most a compressive stress on the material area. This embodiment is particularly advantageous in order to compensate for a compressive stress in the calender, either inside the calender and as part of it or outside the calender, in particular in the conveying direction in front of it.
In einer anderen zweckmäßigen Ausgestaltung ist die Walze derart ausgebildet, dass diese am Materialbereich angreift und in diesem die Querzugspannung ausübt. Hierzu weist die Walze in Querrichtung und entlang ihrer Drehachse betrachtet zwei Querabschnitte auf, nämlich einen linksseitigen Abschnitt, welcher sich ausgehend von der Mitte des Materialbereichs in Querrichtung zur einen Seite erstreckt, und einen rechtsseitigen Abschnitt, welcher sich entsprechend ausgehend von der Mitte des Materialbereichs in Querrichtung zur anderen Seite erstreckt. Die beiden Querabschnitte üben nun jeweils eine Querzugspannung in zueinander entgegengesetzter Richtung aus, sodass der Materialbereich ausgehend von der Mitte zu beiden Seiten nach außen gestreckt, geschoben oder getrieben wird. Diese Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, um bei einem gleichzeitigen Zertrennen der Elektrodenbahn in Längsrichtung und in mehrere Teilbahnen eine Gratbildung und Faltenbildung zu vermeiden.In another expedient embodiment, the roller is designed in such a way that it engages the material area and exerts the transverse tensile stress therein. For this purpose, the roller has two transverse sections, viewed in the transverse direction and along its axis of rotation, namely a left-hand section which, starting from the center of the material area, extends transversely to one side, and a right-hand section, which accordingly extends from the center of the material area in Extends transversely to the other side. The two transverse sections now each exert a transverse tensile stress in mutually opposite directions, so that the material area is stretched, pushed or driven outwards from the center on both sides. This configuration is particularly advantageous in order to avoid the formation of burrs and wrinkles when the electrode web is simultaneously severed in the longitudinal direction and into several partial webs.
Die beiden vorgenannten Ausgestaltungen lassen sich in der Bearbeitungsmaschine auch kombinieren, insbesondere indem diese zwei zusätzliche Walzen aufweist, von welchen eine wie beschrieben am Freibereich angreift und die andere wie beschrieben am Materialbereich.The two aforementioned configurations can also be combined in the processing machine, in particular in that it has two additional rollers, one of which acts on the free area as described and the other as described on the material area.
Zum Ausüben der Querzugspannung weist die Walze in einer geeigneten Ausgestaltung eine Mantelfläche auf, welche ganz oder teilweise aus einem Gummi hergestellt ist, z.B. aus einem Polyurethan. In Umlaufrichtung um die Walze herum ist das Gummi vorzugsweise durchgängig,
Alternativ oder zusätzlich ist die Walze in einer geeigneten Ausgestaltung derart ausgebildet, dass diese auf den Freibereich eine größere Druckspannung ausübt als auf den Materialbereich. Zweckmäßigerweise weist die Walze im Freibereich hierzu einen größeren Durchmesser auf als im Materialbereich, insbesondere indem ein jeweiliger Außenabschnitt einen größeren Durchmesser aufweist als der Innenabschnitt. Die Differenz der Durchmesser der Walze im Freibereich und im Materialbereich ist vorzugsweise größer als die Dicke des Elektrodenmaterials im Materialbereich.Alternatively or additionally, the roller is designed in a suitable embodiment such that it exerts a greater compressive stress on the free area than on the material area. For this purpose, the roller expediently has a larger diameter in the free area than in the material area, in particular in that a respective outer section has a larger diameter than the inner section. The difference between the diameter of the roller in the free area and in the material area is preferably greater than the thickness of the electrode material in the material area.
Die beiden vorgenannten Ausgestaltungen sind vorteilhaft derart kombiniert, dass die Walze einen zylindrischen Grundkörper aufweist, welcher entlang eines jeweiligen Außenabschnitts mit Gummi, genauer einer Gummischicht, ummantelt ist, sodass sich hier eine Mantelfläche aus Gummi ergibt, während entlang des Innenabschnitts die Mantelfläche aus dem Material des Grundkörpers gebildet ist. Durch das Ummanteln mit Gummi weist ein jeweiliger Außenabschnitt automatisch auch einen größeren Durchmesser auf als der Innenabschnitt, wobei die Differenz dieser Durchmesser einer Dicke der Gummischicht entspricht.The two aforementioned configurations are advantageously combined in such a way that the roller has a cylindrical base body which is sheathed with rubber, more precisely a rubber layer, along a respective outer section, so that here there is a jacket surface made of rubber, while along the inner section the jacket surface is made of the material of the base body is formed. As a result of the sheathing with rubber, a respective outer section automatically also has a larger diameter than the inner section, the difference between these diameters corresponding to a thickness of the rubber layer.
Alternativ oder zusätzlich weist die Walze zum Ausüben der Querzugspannung in einer geeigneten Ausgestaltung eine texturierte Mantelfläche auf. Die Walze weist demnach außenumfänglich eine Textur auf, durch welche auf die Elektrodenbahn, speziell deren Trägerschicht, eine Querzugspannung erzeugt wird. Die Textur wird auch als Profil oder Struktur bezeichnet. Die texturierte Mantelfläche weist Erhebungen oder Vertiefungen oder beides auf, sodass die Reibung der Walze zumindest im Bereich der texturierten Mantelfläche entsprechend erhöht ist. Die Textur umfasst vorzugsweise eine Vielzahl an Stegen und/oder Nuten, welche zueinander parallel verlaufen und welche jeweils vorzugsweise gerade verlaufen. Die Textur,
Der Anstellwinkel wird geeigneterweise dadurch eingestellt, dass aus einem Satz von Walzen mit unterschiedlich texturierter Mantelfläche eine geeignete Walze ausgewählt wird und in die Bearbeitungsvorrichtung eingesetzt wird. Alternativ ist lediglich die Gummischicht austauschbar und zum Einstellen des Anstellwinkels wird ähnlich einem Reifenwechsel lediglich die Gummischicht auf dem Grundkörper ausgetauscht. Der Anstellwinkel entspricht vorzugsweise demjenigen Winkel, in welchem die Falten verlaufen, welche erzeugt würden, wenn keine zusätzliche Querzugspannung mittels der Walze erzeugt würde. Der optimale Anstellwinkel und somit die Auswahl der konkreten Textur werden daher geeigneterweise dadurch ermittelt, dass im Rahmen einer Kalibrierung eine Elektrodenbahn ohne Querzugspannung durch die Bearbeitungsvorrichtung geführt wird und dann der Winkel der entstehenden Falten relativ zur Förderrichtung gemessen wird. Bevorzugterweise liegt der Anstellwinkel im Bereich von 5 ° bis 50 °, besonders bevorzugt bis 15 °. Insbesondere liegt die Textur somit parallel zu den Falten, welche entstehen würden.The angle of attack is suitably set in that a suitable roller is selected from a set of rollers with differently textured outer surfaces and is inserted into the processing device. Alternatively, only the rubber layer can be exchanged and, in order to set the angle of attack, only the rubber layer on the base body is exchanged, similar to a tire change. The angle of incidence preferably corresponds to that angle at which the folds run which would be produced if no additional transverse tensile stress were produced by means of the roller. The optimal setting angle and thus the selection of the specific texture are therefore suitably determined by guiding an electrode web without transverse tensile stress through the processing device as part of a calibration and then measuring the angle of the folds that arise relative to the conveying direction. The angle of attack is preferably in the range from 5 ° to 50 °, particularly preferably up to 15 °. In particular, the texture is thus parallel to the folds that would arise.
Die Textur ist vorzugsweise eine Mikrostruktur,
Bevorzugterweise ist die Querzugwalze eine erste Querzugwalze und oberhalb oder unterhalb der Elektrodenbahn angeordnet und die Bearbeitungsvorrichtung weist eine zweite Querzugwalze auf, welche bezüglich der ersten Querzugwalze auf der gegenüberliegenden Seite der Elektrodenbahn angeordnet ist, sodass die beiden Querzugwalzen einen Spalt bilden, durch welchen die Elektrodenbahn hindurchgefördert wird, sodass deren Trägerschicht beidseitig mittels je einer Querzugwalze bearbeitet wird. Die beiden Querzugwalzen bilden ein Walzenpaar und sind vorzugsweise hinsichtlich der Erzeugung einer Querzugspannung gleichartig ausgebildet, insbesondere mit gleichen Abmessungen, gleichen Texturen, gleichen Materialien oder eine Kombination hiervon. Dabei ist die zweite Querzugwalze diesbezüglich vorzugsweise spiegelbildlich zur ersten Querzugwalze ausgebildet, wobei die Elektrodenbahn eine Spiegelebene bildet. Die beiden Querzugwalzen weisen insbesondere entgegengesetzte Drehrichtungen auf. Sofern die beiden Walzen des Walzenpaars beide eine texturierte Mantelfläche aufweisen, sind die entsprechenden Erhebungen und/oder Vertiefungen auf beiden Mantelflächen zweckmäßigerweise komplementär zueinander ausgebildet, sodass einer Vertiefung eine Erhebung gegenüberliegt und umgekehrt, insbesondere derart, dass die Erhebungen und Vertiefungen ineinandergreifen.The cross pull roller is preferably a first cross pull roller and is arranged above or below the electrode web and the processing device has a second cross pull roller which is arranged on the opposite side of the electrode web with respect to the first cross pull roller, so that the two cross pull rollers form a gap through which the electrode web is conveyed so that its carrier layer is processed on both sides by means of a cross pull roller. The two transverse tensile rollers form a pair of rollers and are preferably designed in the same way with regard to the generation of a transverse tensile stress, in particular with the same dimensions, the same textures, the same materials or a combination thereof. In this regard, the second transverse draw roller is preferably designed as a mirror image of the first transverse draw roller, the electrode track forming a mirror plane. The two transverse pull rollers in particular have opposite directions of rotation. If the two rollers of the roller pair both have a textured outer surface, the corresponding elevations and / or depressions on both outer surfaces are expediently designed to be complementary to one another, so that an elevation is opposite one depression and vice versa, in particular such that the elevations and depressions intermesh.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung ist in die oder eine weitere Walze ein Trennwerkzeug integriert, zur Bearbeitung der Trägerschicht derart, dass diese mittels des Trennwerkzeugs zerteilt wird. Die Integration eines Zerteilens mittels des Trennwerkzeugs in die Bearbeitungsvorrichtung zusätzlich zum Kalander ist besonders vorteilhaft, da zwei Funktionen in einer einzelnen Bearbeitungsvorrichtung zusammengefasst sind. Das Trennwerkzeug ist vorzugsweise ein Messer mit einer Anzahl von Klingen, wobei unter „eine Anzahl von“ hier und auch allgemein „ein oder mehrere“ verstanden wird. Die Walze wird dann auch als Schneidwalze bezeichnet. Die Walze schneidet die Elektrodenbahn und speziell die Trägerschicht mittels des Trennwerkzeugs vorzugsweise nach dem Prinzip des Rotationsschneidens. Das Trennwerkzeug, speziell dessen Klingen, ist vorzugsweise aus Wolframcarbid gefertigt. Sofern die Bearbeitung lediglich im Freibereich erfolgt, wird auch lediglich die Trägerschicht zerteilt. Sofern die Bearbeitung im Materialbereich erfolgt, wird zusätzlich zur Trägerschicht prinzipbedingt auch das Elektrodenmaterial zerteilt. Entsprechend ist auch bei Kombination der Querzugspannung und des Trennwerkzeugs eine Ausgestaltung denkbar und geeignet, bei welcher das Trennwerkzeug in eine erste Walze integriert ist und die Querzugspannung von einer anderen, zweiten Walze ausgeübt wird.In an advantageous embodiment, a separating tool is integrated into the or a further roller, for processing the carrier layer in such a way that it is divided by means of the separating tool. The integration of a cutting by means of the cutting tool in the processing device in addition to the calender is particularly advantageous since two functions are combined in a single processing device. The cutting tool is preferably a knife with a number of blades, “a number of” being understood here and also generally as “one or more”. The roller is then also referred to as a cutting roller. The roller cuts the electrode web and especially the carrier layer by means of the cutting tool, preferably according to the principle of rotary cutting. The cutting tool, especially its blades, is preferably made of tungsten carbide. If the processing only takes place in the open area, only the carrier layer is also divided. If the processing takes place in the material area, in addition to the carrier layer, the electrode material is also broken up due to the principle involved. Correspondingly, a configuration is also conceivable when the transverse tensile stress and the cutting tool are combined suitable in which the cutting tool is integrated into a first roller and the transverse tensile stress is exerted by another, second roller.
Durch die Integration eines Trennwerkzeugs in die Bearbeitungsvorrichtung und zusätzlich zum Kalandrieren ist eine weitere Funktion in die Bearbeitungsvorrichtung integriert. Allgemein ergibt sich als Vorteil dieser Integration zunächst, dass die Elektrodenbahn nicht wiederholt für verschiedene Bearbeitungsstationen auf- und wieder abgerollt werden muss, sondern sozusagen fortlaufend und unterbrechungsfrei durch mehrere Bearbeitungsstationen geführt wird. Kalandrieren und Zerteilen erfolgen mit einer einzelnen Bearbeitungsvorrichtung. Die Integration eines Trennwerkzeugs ist an sich unabhängig vom Ausüben einer Querzugspannung, profitiert jedoch davon. Daher wird eine Ausgestaltung, bei welcher die Bearbeitungsvorrichtung eine Walze aufweist, in welche ein Trennwerkzeug integriert ist, mittels welchem die Elektrodenbahn zerteilt wird, insbesondere entlang der Längsrichtung, auch ohne das Merkmal, dass die Bearbeitungsvorrichtung zusätzlich zumindest eine Walze aufweist, welche derart ausgebildet ist, dass diese auf die Elektrodenbahn eine Querzugspannung ausübt, als erfinderisch angesehen. Eine solche Bearbeitungsvorrichtung weist an sich schon den Vorteil einer erhöhten Integration auf, unabhängig von der Vermeidung einer Faltenbildung.By integrating a cutting tool into the processing device and in addition to calendering, a further function is integrated into the processing device. In general, the advantage of this integration is that the electrode track does not have to be rolled up and down repeatedly for different processing stations, but is guided, so to speak, continuously and without interruption through several processing stations. Calendering and dicing are done with a single processing device. The integration of a cutting tool is in itself independent of the exertion of transverse tensile stress, but benefits from it. Therefore, an embodiment in which the processing device has a roller in which a separating tool is integrated, by means of which the electrode web is divided, in particular along the longitudinal direction, even without the feature that the processing device additionally has at least one roller which is designed in this way that this exerts a transverse tensile stress on the electrode web is regarded as inventive. Such a processing device already has the advantage of increased integration, regardless of the avoidance of wrinkling.
In einer geeigneten Ausgestaltung wird mittels des Trennwerkezugs die Trägerschicht im Freibereich derart zerteilt, dass wiederkehrend Ableiter ausgebildet werden. Dabei werden mittels des Trennwerkzeugs wiederkehrend erste Längsabschnitte des Freibereichs herausgetrennt, sodass Lücken entstehen, zwischen welchen zweite Längsabschnitte des Freibereichs als Ableiter stehen gelassen werden. Dadurch wird die Elektrodenbahn insbesondere genotcht, sodass ein nachträgliches Notchen nicht mehr nötig ist. Dadurch ergibt sich seitlich zweckmäßigerweise eine rechtecksignalförmige Seitenkante. Das Trennwerkzeug weist entsprechend zweckmäßigerweise eine Anzahl von Längsklingen auf, welche in Längsrichtung schneiden, und eine Anzahl von Querklingen, welche in Querrichtung schneiden. Die Längsklingen sind in Umlaufrichtung der Walze abwechselnd innen und außen angeordnet, um entsprechend Längsabschnitte abzutrennen oder stehen zu lassen. In Umlaufrichtung zwischen zwei Längsklingen ist eine Querklinge angeordnet, um aufeinanderfolgende Längsabschnitte des Freibereichs voneinander zu trennen.In a suitable embodiment, the carrier layer in the free area is divided up by means of the separating tool in such a way that recurring arresters are formed. First longitudinal sections of the free area are repeatedly cut out by means of the cutting tool, so that gaps are created between which second longitudinal sections of the free area are left standing as arresters. As a result, the electrode track is notched, in particular, so that subsequent notching is no longer necessary. This expediently results in a rectangular signal-shaped side edge. The cutting tool accordingly expediently has a number of longitudinal blades which cut in the longitudinal direction and a number of transverse blades which cut in the transverse direction. The longitudinal blades are arranged alternately inside and outside in the direction of rotation of the roller in order to separate or leave longitudinal sections. A transverse blade is arranged in the direction of rotation between two longitudinal blades in order to separate successive longitudinal sections of the free area from one another.
Alternativ oder zusätzlich wird mittels des Trennwerkzeugs oder eines weiteren Trennwerkzeugs die Elektrodenbahn im Materialbereich und entlang der Förderrichtung derart zerteilt, dass mehrere Teilbahnen ausgebildet werden, welche nebeneinander verlaufen. Vorzugsweise wird die Elektrodenbahn mittig zerteilt. Die Teilbahnen werden jeweils auch als Tochtercoil bezeichnet. Beispielsweise werden zumindest eine linke und eine rechte Teilbahn erzeugt. Das Trennwerkzeug weist hierzu zweckmäßigerweise eine Anzahl von Klingen auf, welche entlang einer gemeinsamen Umfangslinie um die Walze herum und in Umlaufrichtung hintereinander angeordnet sind, sodass sich ein gerader Schnitt in Förderrichtung ergibt.Alternatively or additionally, by means of the cutting tool or a further cutting tool, the electrode web is divided in the material area and along the conveying direction in such a way that several partial webs are formed which run next to one another. The electrode web is preferably divided in the middle. The partial webs are also referred to as daughter coils. For example, at least one left and one right partial web are generated. For this purpose, the cutting tool expediently has a number of blades which are arranged along a common circumferential line around the roller and one behind the other in the direction of rotation, so that a straight cut results in the conveying direction.
Das Trennwerkzeug zur Erzeugung der Teilbahnen ist entweder mit dem Trennwerkzeug zur Ausbildung der Ableiter gemeinsam in eine einzelne Walze integriert oder die beiden Trennwerkzeuge sind auf zwei unterschiedliche Walzen verteilt, sodass in eine erste Walze ein erstes Trennwerkzeug integriert ist, mittels welchem die Trägerschicht im Freibereich derart zerteilt wird, dass wiederkehrend Ableiter ausgebildet werden, und in eine zweite Walze ein zweites Trennwerkzeug integriert ist, mittels welchem die Elektrodenbahn im Materialbereich und entlang der Förderrichtung derart zerteilt wird, dass mehrere Teilbahnen ausgebildet werden, welche nebeneinander verlaufen.The cutting tool for producing the partial webs is either integrated together with the cutting tool for forming the arrester in a single roller, or the two cutting tools are distributed over two different rollers, so that a first cutting tool is integrated into a first roller, by means of which the carrier layer in the free area is divided, that recurring arresters are formed, and a second cutting tool is integrated into a second roller, by means of which the electrode web is divided in the material area and along the conveying direction in such a way that several partial webs are formed which run next to one another.
Vorzugsweise weist das Trennwerkzeug eine einstellbare Schnitttiefe auf, indem die Klingen in die Walze einfahrbar oder aus dieser ausfahrbar sind. In einer geeigneten Ausgestaltung sind hierzu die Klingen des Trennwerkzeugs federnd miteinander verbunden, nämlich geeigneterweise derart, dass zwei in Umlaufrichtung der Walze benachbarte Klingen mittels einer Feder verbunden sind. In einer vorteilhaften Ausgestaltung verläuft entlang der Drehachse eine Einstellschraube, auf welcher ein Einstellkegel in Querrichtung gleitend gelagert ist. Der Einstellkegel drückt von innen und in radialer Richtung,
Besonders vorteilhaft ist eine Ausgestaltung, bei welcher die Walze zugleich als eine Querzugwalze und als eine Schneidwalze ausgebildet ist, wobei dann das Trennwerkzeug in einen Querabschnitt der Walze integriert ist, welcher die Querzugspannung erzeugt. Auf diese Weise wird beim jeweiligen Zerteilen mittels des Trennwerkzeugs automatisch eine vorteilhafte Querzugspannung ausgeübt und dadurch die Gratbildung und auch Faltenbildung beim Zerteilen verringert. Besonders in Kombination mit einer Mantelfläche aus Gummi ergibt sich eine vorteilhafte Ausgestaltung, bei welcher das Gummi beim Kontakt mit der Elektrodenbahn zunächst komprimiert wird und dadurch dann die Klingen des Trennwerkzeugs freigibt, welche dann die Elektrodenbahn unter optimaler Querzugspannung zerteilen. Die Schnitttiefe und die Dicke des Gummis sind hierbei zweckmäßigerweise auf die Dicke der Trägerschicht und des Elektrodenmaterials abgestimmt. Die Mantelfläche ist entsprechend kompressibel, sodass das Trennwerkzeug bei einer Kompression der Mantelfläche automatisch mit geeigneter Schnitttiefe freigegeben wird.An embodiment is particularly advantageous in which the roller is designed at the same time as a transverse tension roller and as a cutting roller, the cutting tool then being integrated into a transverse section of the roller which generates the transverse tension. In this way, an advantageous transverse tensile stress is automatically exerted during the respective cutting by means of the cutting tool, thereby reducing the formation of burrs and wrinkles during the cutting. Particularly in combination with a jacket surface made of rubber, there is an advantageous embodiment in which the Rubber is initially compressed when it comes into contact with the electrode web, thereby releasing the blades of the cutting tool, which then cut the electrode web under optimal transverse tensile stress. The depth of cut and the thickness of the rubber are expediently matched to the thickness of the carrier layer and the electrode material. The lateral surface is correspondingly compressible, so that the cutting tool is automatically released with a suitable cutting depth when the lateral surface is compressed.
Auch in der Ausgestaltung als Schneidwalze ist der Walze auf der gegenüberliegenden Seite der Elektrodenbahn zweckmäßigerweise eine Gegenwalze zugeordnet, welche mit der Walze dann ein Walzenpaar bildet. Die Schneidwalze ist oberhalb oder unterhalb der Elektrodenbahn angeordnet und die Bearbeitungsvorrichtung weist eine Gegenwalze auf, welche bezüglich der Schneidwalze auf der gegenüberliegenden Seite der Elektrodenbahn angeordnet ist, sodass die beiden Walzen einen Spalt bilden, durch welchen die Elektrodenbahn hindurchgefördert wird. Dabei wird deren Trägerschicht mittels der Schneidwalze bearbeitet, wobei eine Mantelfläche der Gegenwalze eine Gegenkontur für das Trennwerkzeug bildet. Das Trennwerkzeug rollt demnach sozusagen über die Gegenwalze ab. Dadurch ist ein Keilschneiden realisiert, was gegenüber einem Scherschneiden mit zwei gegenüberliegenden Messern den Vorteil einer verminderten Grat- und Faltenbildung aufweist. Die Gegenwalze oder zumindest deren Mantelfläche ist vorzugsweise aus einem harten Material hergestellt. Die Mantelfläche der Schneidwalze ist dagegen nicht zwingend aus einem ähnlichen oder dem gleichen Material hergestellt, sondern vorzugsweise wie zuvor bereits beschrieben aus einem Gummi.Also in the embodiment as a cutting roller, the roller on the opposite side of the electrode web is expediently assigned a counter roller which then forms a roller pair with the roller. The cutting roller is arranged above or below the electrode sheet and the processing device has a counter roller which is arranged on the opposite side of the electrode sheet with respect to the cutting roller, so that the two rollers form a gap through which the electrode sheet is conveyed. In this case, the carrier layer thereof is processed by means of the cutting roller, with a lateral surface of the counter-roller forming a counter-contour for the cutting tool. The cutting tool therefore rolls over the counter roller, so to speak. This results in wedge cutting, which has the advantage over shear cutting with two opposing knives of reduced formation of burrs and wrinkles. The counter roll or at least its outer surface is preferably made of a hard material. In contrast, the jacket surface of the cutting roller is not necessarily made from a similar or the same material, but preferably from a rubber, as already described above.
Besonders zweckmäßig ist eine Ausgestaltung, bei welcher die Gegenwalze eine Kalanderwalze des Kalanders ist, sodass die Schneidwalze innerhalb des Kalanders angeordnet ist und dort die Elektrodenbahn zerteilt. Dadurch wird eine separate Gegenwalze eingespart, zudem ist eine Kalanderwalze typischerweise bereits aus einem geeigneten Material zur Verwendung als Gegenwalze hergestellt. Da die Schneidwalze im Bereich des Trennwerkzeugs stark auf die Gegenwalze drückt, besteht potentiell die Gefahr einer Verbiegung der Gegenwalze, was speziell im Kalander von Nachteil ist. Daher ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung auf einer bezüglich der Schneidwalze gegenüberliegenden Seite der Gegenwalze eine zusätzliche Unterstützungswalze angeordnet, sodass die Schneidwalze und die Unterstützungswalze von gegenüberliegenden Seiten auf die Gegenwalze drücken und die einseitige Krafteinwirkung durch die Schneidwalze aufgehoben wird. Dies ist speziell im Kalander vorteilhaft. Die Unterstützungswalze ist geeigneterweise aus einem harten Material hergestellt.An embodiment is particularly useful in which the counter roll is a calender roll of the calender, so that the cutting roll is arranged inside the calender and there divides the electrode web. This saves a separate counter roll, and a calender roll is typically already made from a suitable material for use as a counter roll. Since the cutting roller presses heavily on the opposing roller in the area of the cutting tool, there is a potential risk of the opposing roller bending, which is particularly disadvantageous in the calender. Therefore, in an advantageous embodiment, an additional support roller is arranged on a side of the mating roller opposite the cutting roller, so that the cutting roller and the supporting roller press on the mating roller from opposite sides and the one-sided force exerted by the cutting roller is canceled. This is particularly advantageous in the calender. The support roller is suitably made of a hard material.
Der Kalander ist in einer bevorzugten Ausgestaltung zweistufig ausgebildet und weist drei Kalanderwalzen auf, von denen eine Kalanderwalze für die beiden anderen Kalanderwalzen jeweils als Gegenwalze dient und somit vorteilhaft doppelt genutzt ist. Die Gegenwalze ist dabei vorzugsweise zwischen den beiden anderen Kalanderwalzen angeordnet, sodass diese auf gegenüberliegenden Seiten der Kalanderwalze angeordnet sind. Die Elektrodenbahn durchläuft im Kalander dann zwei Bearbeitungsstufen zum Verdichten, sodass das Elektrodenmaterial zweimal verdichtet wird. Sofern in den Kalander eine Schneidwalze integriert ist, bildet die Kalanderwalze, welche eine Gegenwalze für die anderen Kalanderwalzen ist, zweckmäßigerweise zugleich auch eine Gegenwalze für die Schneidwalze, sodass sich eine besonders kompakte Anordnung ergibt.In a preferred embodiment, the calender is designed in two stages and has three calender rolls, of which one calender roll serves as a counter roll for the other two calender rolls and is therefore advantageously used twice. The counter roll is preferably arranged between the two other calender rolls, so that these are arranged on opposite sides of the calender roll. The electrode web then goes through two processing stages for compaction in the calender, so that the electrode material is compacted twice. If a cutting roll is integrated in the calender, the calender roll, which is a counter roll for the other calender rolls, expediently also forms a counter roll for the cutting roll, so that a particularly compact arrangement results.
In einer bevorzugten Ausgestaltung weist die Bearbeitungsvorrichtung eine Bahnzufuhr zur Zufuhr der Elektrodenbahn auf und eine Bahnaufnahme zur Aufnahme der bearbeiteten Elektrodenbahn. Die Bahnzufuhr weist vorzugsweise einen Abwickler auf, welcher die Elektrodenbahn abwickelt und in Förderrichtung ausgibt. Zweckmäßigerweise weist die Bahnzufuhr zusätzlich eine Gegenwalze auf, welche bezüglich des Abwicklers auf der gegenüberliegenden Seite der Elektrodenbahn angeordnet ist und welche die Elektrodenbahn an den Abwickler andrückt, sodass die Elektrodenbahn eine normale Druckspannung erfährt, bei welcher das Elektrodenmaterial insbesondere nicht verdichtet wird. Die Bahnaufnahme weist analog vorzugsweise einen Aufwickler auf, welcher die Elektrodenbahn oder deren Teilbahnen jeweils in Förderrichtung aufnimmt und aufwickelt. Zweckmäßigerweise weist die Bahnaufnahme zusätzlich ebenfalls analog eine Gegenwalze auf, welche bezüglich des Aufwicklers auf der gegenüberliegenden Seite der Elektrodenbahn angeordnet ist und welche die jeweilige Teilbahn an den Aufwickler andrückt, sodass auch hier die Elektrodenbahn, genauer die jeweilige Teilbahn, eine normale Druckspannung erfährt, bei welcher das Elektrodenmaterial insbesondere nicht verdichtet wird. Der Aufwickler und der Abwickler erzeugen in Förderrichtung und somit in Längsrichtung der Elektrodenbahn eine Bahnspannung.In a preferred embodiment, the processing device has a web feed for supplying the electrode web and a web receptacle for receiving the processed electrode web. The web feed preferably has an unwinder which unwinds the electrode web and outputs it in the conveying direction. The web feed expediently also has a counter-roller which is arranged on the opposite side of the electrode web with respect to the unwinder and which presses the electrode web against the unwinder so that the electrode web experiences a normal compressive stress at which the electrode material in particular is not compressed. Analogously, the web take-up preferably has a winder which takes up the electrode web or its partial webs in the conveying direction and winds them up. Appropriately, the web take-up also has a counter-roller, which is arranged on the opposite side of the electrode web with respect to the winder and which presses the respective partial web against the winder, so that here too the electrode web, more precisely the respective partial web, experiences a normal compressive stress which the electrode material in particular is not compacted. The winder and the unwinder generate a web tension in the conveying direction and thus in the longitudinal direction of the electrode web.
Zwischen der Bahnzufuhr und der Bahnaufnahme weist die Bearbeitungsvorrichtung mehrere Bearbeitungsstufen auf, von welchen zumindest eine durch den Kalander gebildet wird und wenigstens eine weitere durch die zumindest eine zusätzliche Walze. Die weiter oben beschriebenen diversen Ausgestaltungen der zusätzlichen Walze werden nun durch eine oder mehrere Bearbeitungsstufen entlang der Förderrichtung umgesetzt. Dabei ist grundsätzlich eine Vielzahl an Kombinationen der genannten Konzepte möglich. Nachfolgend werden nun vier vorteilhafte Bearbeitungsstufen der Bearbeitungsvorrichtung beschrieben, mittels welchen jeweils ein Verfahrensschritt des Verfahrens ausgeführt wird. Die beschriebene Kombination der vier Bearbeitungsstufen miteinander und deren relative Lage zueinander stellen eine bevorzugte Ausgestaltung dar, sind in dieser Form an sich aber nicht zwingend, sodass sich weitere vorteilhafte Ausgestaltungen durch Auslassen oder Hinzufügen einer oder mehrerer Bearbeitungsstufen sowie durch andere Kombinationen und/oder relative Lagen der Bearbeitungsstufen zueinander ergeben.Between the web feed and the web take-up, the processing device has several processing stages, of which at least one is formed by the calender and at least one further by the at least one additional roller. The various configurations of the additional roller described above are now implemented by one or more processing stages along the conveying direction. It is fundamentally a large number of combinations of the concepts mentioned are possible. Four advantageous processing stages of the processing device will now be described below, by means of which a process step of the process is carried out in each case. The described combination of the four processing stages with one another and their relative position to one another represent a preferred embodiment, but are not mandatory in this form, so that further advantageous embodiments can be achieved by omitting or adding one or more processing stages as well as through other combinations and / or relative positions of the processing stages to each other.
Vorzugsweise weist die Bearbeitungsvorrichtung - insbesondere in Förderrichtung hinter der Bahnzufuhr - eine erste Bearbeitungsstufe auf, mit einer Walze, welche derart ausgebildet ist, dass diese am Freibereich angreift und in diesem die Querzugspannung ausübt und zugleich im Freibereich wiederkehrend Ableiter ausbildet. Die Walze ist somit sowohl eine Querzugwalze als auch eine Schneidwalze wie bereits beschrieben, insbesondere mit einem Innenabschnitt für den Materialbereich und zwei seitlichen Außenabschnitten, zum Ausüben einer Querzugspannung in den seitlichen Freibereichen. Auf der gegenüberliegenden Seite der Elektrodenbahn ist zweckmäßigerweise eine weitere Walze als Gegenwalze angeordnet, welche einerseits ebenfalls eine Querzugwalze ist und andererseits eine Gegenwalze für das Trennwerkzeug der Schneidwalze. Die Bearbeitungsstufe ist somit insgesamt ein Walzenpaar, durch welches die Elektrodenbahn hindurchgeführt wird.The processing device preferably has a first processing stage - in particular downstream of the web feed in the conveying direction - with a roller which is designed in such a way that it engages the free area and exerts the transverse tensile stress in it and at the same time forms recurring arresters in the free area. The roller is thus both a transverse pull roller and a cutting roller as already described, in particular with an inner section for the material area and two lateral outer sections for exerting a transverse tension in the lateral free areas. On the opposite side of the electrode web, a further roller is expediently arranged as a counter-roll, which on the one hand is also a cross-pull roll and on the other hand is a counter-roll for the cutting tool of the cutting roll. The processing stage is thus a total of a pair of rollers through which the electrode web is passed.
Durch die erste Bearbeitungsstufe wird ein erster Verfahrensschritt realisiert, in welchem die Elektrodenbahn genotcht wird,
Vorzugsweise weist die Bearbeitungsvorrichtung eine zweite Bearbeitungsstufe auf, welche zwei Kalanderwalzen des Kalanders auf gegenüberliegenden Seiten der Elektrodenfolie aufweist, zum Verdichten des Elektrodenmaterials. Die zusätzliche Walze ist hierbei als Querzugwalze ausgebildet und seitlich einer der Kalanderwalzen angeordnet und weist mit dieser zusammen eine gemeinsame Drehachse auf. Die Kalanderwalze wirkt lediglich auf den Materialbereich und die zusätzliche Walze wirkt lediglich auf den Freibereich. Bevorzugterweise weist die Bearbeitungsvorrichtung nicht nur eine zusätzliche Walze auf, sondern weitere drei und somit zusammengenommen vier Walzen derart, dass eine jeweilige der beiden Kalanderwalzen in Querrichtung beidseitig von zwei der vier Walzen,
Durch die zweite Bearbeitungsstufe wird ein zweiter Verfahrensschritt realisiert, in welchem die Elektrodenbahn kalandriert wird, wobei hier speziell das Elektrodenmaterial unter Einfluss von Querzugspannung einerseits und Bahnspannung andererseits faltenfrei verdichtet wird. Dabei wird eine Querzugspannung lediglich seitlich im Freibereich durch die seitlichen Querzugwalzen erzeugt, während mittig das Elektrodenmaterial von den Kalanderwalzen kalandriert wird. The second processing step realizes a second process step in which the electrode web is calendered, with the electrode material being compressed in a wrinkle-free manner under the influence of transverse tensile stress on the one hand and web tension on the other hand. A transverse tension is only generated laterally in the free area by the lateral transverse tension rollers, while the electrode material is calendered in the middle by the calender rollers.
Vorzugsweise weist die Bearbeitungsvorrichtung eine dritte Bearbeitungsstufe auf, mit der oder einer weiteren Walze, in welche - insbesondere wie bereits beschrieben - ein Trennwerkzeug integriert ist, zur Bearbeitung der Trägerschicht derart, dass diese mittels des Trennwerkzeugs zerteilt wird. Zugleich ist ebendiese Walze derart ausgebildet, dass diese am Materialbereich angreift und in diesem die Querzugspannung ausübt. Die Walze ist demnach eine Querzugwalze, welche gleichzeitig eine Schneidwalze ist, nämlich genauer ein Slitter zur Erzeugung von Teilbahnen. Auf der gegenüberliegenden Seite der Elektrodenbahn ist zweckmäßigerweise eine weitere Walze als eine Gegenwalze angeordnet, welche einerseits ebenfalls eine Querzugwalze ist und andererseits eine Gegenwalze für das Trennwerkzeug der Schneidwalze. Als Gegenwalze dient vorzugsweise eine der Kalanderwalzen der zweiten Bearbeitungsstufe. Wie bereits beschrieben ist dann zweckmäßigerweise zusätzlich eine Unterstützungswalze gegenüber der Schneidwalze vorhanden. Die dritte Bearbeitungsstufe folgt geeigneterweise auf die zweite Bea rbeitu ngsstufe.The processing device preferably has a third processing stage with the or a further roller, in which - in particular as already described - a separating tool is integrated, for processing the carrier layer in such a way that it is divided by means of the separating tool. At the same time, this roller is designed in such a way that it engages the material area and exerts the transverse tensile stress in it. The roller is accordingly a cross pull roller, which is at the same time a cutting roller, namely, more precisely, a slitter for producing partial webs. On the opposite side of the electrode web, a further roller is expediently arranged as a counter-roll, which on the one hand is also a cross-pull roll and on the other hand a counter-roll for the cutting tool of the cutting roll. One of the calender rolls of the second processing stage is preferably used as the counter roll. As already described, a support roller is then expediently also present opposite the cutting roller. The third The processing stage suitably follows the second processing stage.
Durch die dritte Bearbeitungsstufe ist ein dritter Verfahrensschritt realisiert, in welchem die Elektrodenbahn geschlitzt wird,
Vorzugsweise weist die Bearbeitungsvorrichtung eine vierte Bearbeitungsstufe auf, welche wie die zweite Bearbeitungsstufe wiederum zwei Kalanderwalzen des Kalanders auf gegenüberliegenden Seiten der Elektrodenfolie aufweist, zum erneuten Verdichten des Elektrodenmaterials. Die zweite und vierte Bearbeitungsstufe bilden den Kalander somit als zweistufigen Kalander aus, für welchen sich vorteilhafte Ausgestaltungen wie weiter oben bereits beschrieben ergeben. Vorzugsweise sind analog zur zweiten Bearbeitungsstufe in der vierten Bearbeitungsstufe vier zusätzliche Walzen jeweils als Querzugwalze ausgebildet und seitlich einer jeweiligen Kalanderwalze angeordnet, sodass eine jeweilige Kalanderwalze in Querrichtung beidseitig von zwei Querzugwalzen eingefasst ist und mit diesen eine gemeinsame Drehachse aufweist. Die Kalanderwalze ist lediglich so breit wie der Materialbereich, sodass die Querzugwalzen lediglich auf den Freibereich wirken. Die vierte Bearbeitungsstufe folgt vorzugsweise auf die dritte Bearbeitungsstufe, sodass nach dem Zerteilen, insbesondere Schlitzen, das Elektrodenmaterial der Teilbahnen weiter verdichtet wird. Zusätzlich werden speziell die beim Schlitzen erzeugten Schnittkanten kalandriert, sodass eventuelle Grate zusammengedrückt und begradigt werden, vorzugsweise unterhalb einer Höhe von 50 µm.The processing device preferably has a fourth processing stage which, like the second processing stage, in turn has two calender rolls of the calender on opposite sides of the electrode film, for re-compacting the electrode material. The second and fourth processing stages thus form the calender as a two-stage calender, for which there are advantageous configurations as already described above. Analogously to the second processing stage in the fourth processing stage, four additional rollers are preferably each designed as a transverse pull roller and arranged to the side of a respective calender roller, so that a respective calender roller is framed on both sides in the transverse direction by two transverse pull rollers and has a common axis of rotation with them. The calender roll is only as wide as the material area, so that the cross pull rolls only act on the free area. The fourth processing stage preferably follows the third processing stage, so that after the cutting, in particular slitting, the electrode material of the partial webs is compacted further. In addition, the cut edges produced during slitting are calendered so that any burrs are compressed and straightened, preferably below a height of 50 µm.
Durch die vierte Bearbeitungsstufe ist ein vierter Verfahrensschritt realisiert, in welchem die Teilbahnen kalandriert werden und eventuelle Grate aus der dritten Bearbeitungsstufe gequetscht werden. Auch dies erfolgt unter Einfluss von Querzugspannung einerseits und Bahnspannung andererseits, sodass wiederum faltenfrei verdichtet wird. Analog zur zweiten Bearbeitungsstufe wird eine Querzugspannung lediglich seitlich im Freibereich durch die seitlichen Querzugwalzen erzeugt, während mittig das Elektrodenmaterial von den Kalanderwalzen kalandriert wird.The fourth processing stage realizes a fourth process step in which the partial webs are calendered and any burrs from the third processing stage are squeezed. This, too, takes place under the influence of transverse tensile stress on the one hand and web tension on the other, so that, in turn, compression is crease-free. Analogous to the second processing stage, a transverse tension is only generated laterally in the free area by the lateral transverse tension rollers, while the electrode material is calendered in the middle by the calender rollers.
Sofern in der zweiten, dritten und vierten Bearbeitungsstufe Walzen mit texturierter Mantelfläche verwendet werden, erzeugen diese möglicherweise eine Struktur oder Profilierung der Trägerschicht und/oder des Elektrodenmaterials. Durch die texturierte Mantelfläche wird also im Freibereich und/oder im Materialbereich ein Muster eingeprägt. Im Freibereich ist dies typischerweise unproblematisch, da hier die Ableiter bei der weiteren Verarbeitung der Elektroden verschweißt werden. Zumindest im Materialbereich wird das eventuell durch die dritte Bearbeitungsstufe eingeprägte Muster aber zweckmäßigerweise mittels der vierten Bearbeitungsstufe ausgeglichen,
Die im Zusammenhang mit den vier Bearbeitungsstufen beschriebenen Walzen, abgesehen von den Kalanderwalzen, sind vorzugsweise unabhängig ausgebildet, sodass also jede Bearbeitungsstufe jeweils eine oder mehrere eigene Walzen aufweist. Lediglich eine oder mehrere der Kalanderwalzen werden in mehreren Bearbeitungsstufen zweckmäßigerweise mehrfach verwendet. Möglich und geeignet sind aber auch Ausgestaltungen, bei welchen die Funktionen von mehreren Walzen unterschiedlicher Bearbeitungsstufen in einer einzelnen Walze zusammengefasst sind.The rollers described in connection with the four processing stages, apart from the calender rollers, are preferably designed independently, so that each processing stage has one or more separate rollers. Only one or more of the calender rolls are expediently used several times in several processing stages. However, configurations are also possible and suitable in which the functions of several rollers of different processing stages are combined in a single roller.
Vor dem Aufwickler und nach den vorgenannten Bearbeitungsstufen ist zweckmäßigerweise eine Reinigungsstufe angeordnet, welche auch als Bahnreinigung bezeichnet wird. Mittels der Reinigungsstufe werden die Teilbahnen in einem fünften Verfahrensschritt gereinigt. Beispielsweise wird eine elektrostatische Ladung auf die Elektrodenbahn aufgebracht und dadurch entsprechend leichte Partikel wie z.B. loses Elektrodenmaterial angesaugt und entfernt. Nach dem Aufwickler werden die Teilbahnen zweckmäßigerweise zu Elektroden vereinzelt, indem die Teilbahnen mittels eines quer verlaufenden Trennwerkzeugs in geeignet lange Längsabschnitte zerteilt werden, welche dann jeweils eine Elektrode mit zugehörigem Ableiter darstellen.A cleaning step, which is also referred to as web cleaning, is expediently arranged upstream of the winder and after the aforementioned processing steps. The partial webs are cleaned in a fifth process step by means of the cleaning stage. For example, an electrostatic charge is applied to the electrode track and accordingly light particles such as loose electrode material are sucked in and removed. After the winder, the partial webs are expediently separated into electrodes by dividing the partial webs into suitably long longitudinal sections by means of a transverse cutting tool, which then each represent an electrode with an associated arrester.
Zusammenfassend wird die Elektrodenbahn bevorzugterweise in allen vier Bearbeitungsstationen mit Hilfe spezieller Querzugwalzen unter Einfluss einer zusätzlich Querzugspannung bearbeitet, wodurch insgesamt eine Faltenbildung effizient vermieden wird. Die Trennwerkzeuge sind vorteilhaft in der jeweiligen Bearbeitungsstufe lediglich auf einer Seite der Elektrodenfolie angeordnet und schneiden gegen eine Mantelfläche einer Gegenwalze, also gegen hartes Material oder gegen Gummi. Auf ein Untermesser wird vorteilhaft verzichtet. Durch eine texturierte Mantelfläche insbesondere aus Gummi, aber alternativ auch aus hartem Material, lassen sich besonders effektiv Querzugspannungen einleiten. Die Breite der Kalanderwalzen entspricht zweckmäßigerweise der Breite des Materialbereichs, sodass im Kalander seitlich in den Freibereichen zusätzlich mittels seitlicher Querzugwalzen vorteilhaft Querzugspannungen eingeleitet werden. Eine Erwärmung oder Temperierung der Elektrodenfolie oder der Kalanderwalzen ist vorliegend nicht notwendig, sodass hierauf zweckmäßigerweise verzichtet wird und entsprechend Energie eingespart wird. Jegliche Zerteilung ist funktional in Walzen, vorzugsweise in Querzugwalzen, integriert, sodass ein separater Prozessschritt zum Zerteilen eingespart wird. Geeigneterweise wird das Kalandrieren auf zwei Verfahrensschritte aufgeteilt und dadurch eine vorteilhafte Lastverteilung erzielt sowie eine besonders hohe Dichte des Elektrodenmaterials. Durch ein dem Schlitzen nachgeschaltetes Kalandrieren werden zudem eventuelle Grate vorteilhaft gequetscht und dadurch insbesondere sichergestellt, dass die fertigen Elektroden eine Randzonenschädigung unterhalb von 10 µm aufweisen. Horizontale Kräfte beim Zerteilen mittels der Trennwerkzeuge auf entsprechende Gegenwalzen werden durch Unterstützungswalzen vorteilhaft ausgeglichen. Durch Doppelnutzung einer der Kalanderwalzen als mittlere Kalanderwalze zwischen einer oberen und einer unteren Kalanderwalze ist diese mittlere Kalanderwalze optimal ausbalanciert.In summary, the electrode web is preferably processed in all four processing stations with the aid of special transverse tension rollers under the influence of an additional transverse tension, whereby overall wrinkling is efficiently avoided. The cutting tools are advantageously arranged in the respective processing stage only on one side of the electrode foil and cut against a lateral surface of a counter roller, that is, against hard material or against rubber. A lower knife is advantageously dispensed with. A textured outer surface, in particular made of rubber, but alternatively also made of hard material, enables transverse tensile stresses to be introduced particularly effectively. The width of the calender rolls expediently corresponds to the width of the material area, so that in the calender lateral tensile stresses are also advantageously introduced laterally in the free areas by means of lateral cross pull rolls. A heating or tempering of the electrode foil or the calender rolls is not necessary in the present case, so that this is expediently dispensed with and energy is correspondingly saved. Any division is functionally integrated in rolls, preferably in cross-pull rolls, so that a separate process step for division is saved. The calendering is suitably divided into two process steps, thereby achieving an advantageous load distribution and a particularly high density of the electrode material. Calendering downstream of the slitting also advantageously squeezes any burrs, thereby ensuring in particular that the finished electrodes have edge zone damage of less than 10 μm. Horizontal forces when dividing by means of the cutting tools on corresponding counter rollers are advantageously balanced by support rollers. By using one of the calender rolls twice as a middle calender roll between an upper and a lower calender roll, this middle calender roll is optimally balanced.
Bevorzugt ist eine Ausgestaltung, bei welcher die Querzugwalzen zur oberen Kalanderwalze jeweils eine texturierte Mantelfläche mit Vertiefungen aufweisen und bei welcher die Querzugwalzen zur mittleren Kalanderwalze jeweils eine texturierte Mantelfläche mit Erhebungen aufweisen, welche insbesondere derart ausgebildet sind, dass diese beim Hindurchfördern der Elektrodenbahn in die Vertiefungen der gegenüberliegenden Querzugwalzen eingreifen. Auf diese Weise wird auf der Oberseite der Elektrodenbahn im Freibereich insbesondere eine vorstehende Profilierung oder Struktur ausgebildet, welche von der Unterseite betrachtet entsprechende Vertiefungen darstellt. Die Querzugwalzen zur unteren Kalanderwalze weisen hierbei jeweils vorzugsweise eine texturierte Mantelfläche mit Vertiefungen auf, welche analog insbesondere derart ausgebildet sind, dass diese beim Hindurchfördern der Elektrodenbahn in die Erhebungen der gegenüberliegenden, mittleren Querzugwalzen eingreifen. Denkbar und ebenfalls geeignet ist jedoch grundsätzlich auch eine umgekehrt Anordnung von Erhebungen und Vertiefungen.A preferred embodiment is one in which the cross-pull rolls to the upper calender roll each have a textured outer surface with depressions and in which the cross-pull rolls to the middle calender roll each have a textured outer surface with elevations, which are in particular designed in such a way that they are conveyed into the depressions when the electrode web is conveyed through engage the opposite cross pull rollers. In this way, in particular a protruding profile or structure is formed on the upper side of the electrode track in the free area, which, viewed from the lower side, represents corresponding depressions. The cross pull rolls to the lower calender roll each preferably have a textured outer surface with depressions, which are similarly designed in such a way that they engage in the elevations of the opposite, middle cross pull rolls when the electrode web is conveyed through. In principle, however, a reversed arrangement of elevations and depressions is also conceivable and also suitable.
Das Schlitzen, das Kalandrieren und das Notchen sind vorteilhaft in einer einzelnen Bearbeitungsvorrichtung integriert. Alle Verfahrensschritte werden besonders faltenfrei durchgeführt. Insofern handelt es sich beim dem Verfahren speziell insbesondere um ein Verfahren zum faltenfreien Kalandrieren und gratfreien Ableiter- und Längsschneiden einer kontinuierlich beschichteten Elektrodenbahn. Die Handhabung der Elektrodenbahn ist deutlich vereinfacht, wodurch sich verbesserte Taktzeiten in der Bearbeitung und hohe Fertigungsgeschwindigkeiten von z.B. zwischen 80 m/min bis 100 m/min ergeben.Slitting, calendering and notching are advantageously integrated in a single processing device. All procedural steps are carried out without wrinkles. In this respect, the method is specifically, in particular, a method for crease-free calendering and burr-free conductor and lengthwise cutting of a continuously coated electrode web. The handling of the electrode web is significantly simplified, which results in improved cycle times in processing and high production speeds of between 80 m / min to 100 m / min, for example.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen jeweils schematisch:
-
1 eine Bearbeitungsvorrichtung, -
2a -f jeweils ausschnittsweise eine Elektrodenbahn, -
3a ,b jeweils ausschnittsweise eine andere Elektrodenbahn mit Falten, -
4a -c jeweils ausschnittsweise eine andere Elektrodenbahn, -
5a -b jeweils ausschnittsweise eine andere Elektrodenbahn, -
6a -d Bahnspannung, Druckspannung und negative/positive Dehnung beim Bearbeiten einer Elektrodenbahn, -
7 ein Schlitzen einer Elektrodenbahn mit Ober- und Untermesser, -
8 eine erste Bearbeitungsstufe der Bearbeitungsvorrichtung aus1 , -
9 eine zweite Bearbeitungsstufe der Bearbeitungsvorrichtung aus1 , -
10 eine dritte Bearbeitungsstufe der Bearbeitungsvorrichtung aus1 , -
11 eine vierte Bearbeitungsstufe der Bearbeitungsvorrichtung aus1 , -
12a ,b unterschiedliche Ansichten einer Walze mit Trennwerkzeug.
-
1 a processing device, -
2a -f each section of an electrode track, -
3a ,b each section of a different electrode sheet with folds, -
4a -c each part of a different electrode track, -
5a -b each part of a different electrode track, -
6a -d Web tension, compressive tension and negative / positive elongation when processing an electrode sheet, -
7th a slitting of an electrode track with an upper and lower knife, -
8th a first processing stage of the processing device1 , -
9 a second processing stage of the processing device1 , -
10 a third processing stage of the processing device1 , -
11 a fourth processing stage of the processing device1 , -
12a ,b different views of a roller with a cutting tool.
In
Im Rahmen des Verfahrens wird die Elektrodenbahn
Die Trägerschicht
Die Bearbeitungsvorrichtung
Vorliegend weist nun die Bearbeitungsvorrichtung
Beim Kalandrieren der Elektrodenbahn
In den
Eine kontinuierlich beschichtete Elektrodenbahn
Das Problem einer Faltenbildung beim Kalandrieren soll anhand der
Ein weiteres Problem, nämlich eine Gratbildung beim Schlitzen, soll nachfolgend anhand der
Vorliegend werden nun durch die zusätzlichen Walzen
In dem Ausführungsbeispiel der
Zwischen der Bahnzufuhr
Die in
Weiter weist die Bearbeitungsvorrichtung
Weiter weist die Bearbeitungsvorrichtung
Weiter weist die Bearbeitungsvorrichtung
Vor dem Aufwickler
Wie aus dem obigen Ausführungen deutlich wird, ist eine jeweilige Walze
Die Querzugspannung
Die Walzen
Zum Ausüben der Querzugspannung
Außerdem weist im gezeigten Ausführungsbeispiel eine jeweilige Walze
Zusätzlich weisen die Walzen
Die Textur ist in einem Anstellwinkel
Der Anstellwinkel
Die Textur ist hier außerdem eine Mikrostruktur,
In der zweiten, dritten und vierten Bearbeitungsstufe
In den Ausgestaltungen gemäß den
Die beiden Walzen
Das jeweilige Trennwerkzeug
Um wie in
Um wie in
Vorliegend weist das in
Die hier gezeigten Walzen
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 22
- BearbeitungsvorrichtungMachining device
- 44th
- ElektrodenbahnElectrode track
- 66th
- TrägerschichtCarrier layer
- 88th
- ElektrodenmaterialElectrode material
- 1010
- MaterialbereichMaterial area
- 1212th
- FreibereichFree area
- 1414th
- AbleiterArrester
- 1616
- Elektrodeelectrode
- 1818th
- AbwicklerUnwinders
- 2020th
- Kalandercalender
- 22a - i22a - i
- Walzeroller
- 2424
- KalanderwalzeCalender roll
- 2626th
- AufwicklerRewinder
- 2828
- Faltewrinkle
- 3030th
- TeilbahnPartial track
- 3232
- ZwischenbereichIntermediate area
- 3434
- Messer, ObermesserKnife, upper knife
- 3636
- Messer, UntermesserKnife, lower knife
- 3838
- BahnzufuhrWeb feed
- 4040
- BahnaufnahmeTrack recording
- 4242
- Gegenwalze (der Bahnzufuhr)Counter roll (of the web feed)
- 4444
- Gegenwalze (der Bahnaufnahme)Counter roll (of web take-up)
- 4646
- InnenabschnittInterior section
- 4848
- AußenabschnittOuter section
- 5050
- TrennwerkzeugCutting tool
- 5252
- UnterstützungswalzeSupport roller
- 5454
- QuerabschnittTransverse section
- 5656
- Erhebung oder VertiefungElevation or deepening
- 5858
- Klingeblade
- 6060
- Federfeather
- 6262
- EinstellschraubeAdjusting screw
- 6464
- Einstellkegel Adjustment cone
- AA.
- DrehachseAxis of rotation
- A1A1
- Höhe oder Tiefe (der Erhebung bzw. Vertiefung)Height or depth (of the elevation or depression)
- A2A2
- Breite (der Erhebung oder Vertiefung)Width (of elevation or depression)
- A3A3
- Länge (der Erhebung oder Vertiefung)Length (of elevation or depression)
- B1B1
- erste Bearbeitungsstufefirst processing stage
- B2B2
- zweite Bearbeitungsstufesecond processing stage
- B3B3
- dritte Bearbeitungsstufethird processing stage
- B4B4
- vierte Bearbeitungsstufefourth processing stage
- B5B5
- ReinigungsstufeCleaning level
- d1d1
- Dicke (der Trägerschicht)Thickness
- d2d2
- Dicke (des Elektrodenmaterials)Thickness (of electrode material)
- d3d3
- Dicke (der Elektrodenbahn)Thickness (of the electrode track)
- FF.
- FörderrichtungConveying direction
- F1F1
- BahnspannungWeb tension
- F2F2
- DruckspannungCompressive stress
- F3F3
- negative/positive Dehnung in Querrichtungnegative / positive elongation in the transverse direction
- F4F4
- QuerzugspannungTransverse tensile stress
- MM.
- MantelflächeOuter surface
- QuerrichtungTransverse direction
- WW.
- AnstellwinkelAngle of attack
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- WO 2019/174844 A1 [0005]WO 2019/174844 A1 [0005]
- DE 102017218137 A1 [0006]DE 102017218137 A1 [0006]
- DE 102012005229 A1 [0006]DE 102012005229 A1 [0006]
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---|---|---|---|
DE102020203092.8A DE102020203092A1 (en) | 2020-03-11 | 2020-03-11 | Method for processing an electrode web and processing device therefor |
EP21157728.3A EP3879597A1 (en) | 2020-03-11 | 2021-02-17 | Method for processing an electrode path and processing device for same |
US17/198,890 US11735707B2 (en) | 2020-03-11 | 2021-03-11 | Method for processing an electrode sheet and processing device for this purpose |
CN202110266219.6A CN113387213B (en) | 2020-03-11 | 2021-03-11 | Method for processing an electrode web and processing device therefor |
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---|---|---|---|
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