DE102021006112A1

DE102021006112A1 - Device and method for producing an energy store

Info

Publication number: DE102021006112A1
Application number: DE102021006112.8A
Authority: DE
Inventors: Tobias Zill
Original assignee: Dr Zill Life Science Automation GmbH
Current assignee: Dr Zill Life Science Automation GmbH
Priority date: 2021-12-11
Filing date: 2021-12-11
Publication date: 2023-06-15
Also published as: WO2023105039A2; WO2023105039A3

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren, wo aus Elektrodenbahnen (1, 12) und Separatorbahnen (9, 20) Batteriezellen (24) hergestellt werden. Hierzu sind oval förmige Transportsysteme (2, 18) vorhanden, die mittels Laser (6, 17) Elektroden (1a, 12a) aus Elektrodenbahnen (1, 12) heraustrennen, und diese unter Berücksichtigung eines Abstandes (7b, 16b) auf eine Separatorbahn (9) platzieren, wobei Greifersysteme (26, 27) mit angetriebenen Greifern (28, 29) vorhanden sind, welche die Elektroden (1a, 12a) klemmen und derart fixiert zu nachfolgenden Verarbeitungsvorgängen (22, 23) transportieren.The invention relates to a device and a method in which battery cells (24) are produced from electrode tracks (1, 12) and separator tracks (9, 20). For this purpose, oval-shaped transport systems (2, 18) are present, which use lasers (6, 17) to separate electrodes (1a, 12a) from electrode tracks (1, 12) and, taking into account a distance (7b, 16b), onto a separator track ( 9) place, gripper systems (26, 27) with driven grippers (28, 29) being present, which clamp the electrodes (1a, 12a) and transport them fixed in this way to subsequent processing operations (22, 23).

Description

Technisches Gebiettechnical field

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung sowie auf ein Verfahren zur Herstellung eines wiederaufladbaren Energiespeichers; umgangssprachlich auch als Akkumulator oder Batterie bezeichnet, wie z.B. in der Ausführungsform eines Lithium-Ionen-Akkus oder einer Feststoffbatterie.The invention relates to a device and a method for producing a rechargeable energy store; colloquially also referred to as an accumulator or battery, such as in the embodiment of a lithium-ion battery or a solid-state battery.

Stand der TechnikState of the art

Wiederaufladbare Batterien oder Akkumulatoren - im Folgenden vereinfacht Batterie(n) genannt - sind Energiespeicher, die primär aus 2 gegensätzlichen Elektroden (Anode und Kathode) mit einem dazwischen platzierten Separator bestehen. Prinzipiell kann dieser Verbund durch runde oder ovale Wickelung, oder durch flache Stapelung der einzelnen Bestandteile erzielt werden, wobei die flache Stapelung die größere Energiedichte aufweist und im Nachfolgenden daher bevorzugt behandelt wird.Rechargeable batteries or accumulators - hereinafter simply referred to as battery(ies) - are energy stores that primarily consist of 2 opposing electrodes (anode and cathode) with a separator placed in between. In principle, this composite can be achieved by round or oval winding, or by stacking the individual components flat, with flat stacking having the greater energy density and therefore being treated preferentially in the following.

Sowohl die Elektroden als auch der Separator liegen üblicherweise als aufgewickelte Bahnware vor und müssen zur weiteren Verarbeitung abgespult werden, alsdann die Elektroden einzeln aus der Bahnware herausgetrennt und flach mit dazwischen liegendem Separator aufeinandergestapelt werden. Der Stapel besteht im Wesentlichen aus einer Anode, einer Kathode mit einem dazwischenliegenden Separator und idealerweise einem abschließenden Separator. Normalerweise ist der Separator etwas größer als die spannungserzeugenden Flächen der Elektroden, und verhindert somit einen Kurzschluss zwischen den Elektroden. Um den primären Verbund aus Anode, Kathode und Separatoren - nachfolgend Batteriezelle(n) genannt - leistungsfähiger zu machen, werden mehrere Batteriezellen übereinandergestapelt, und die jeweiligen Stromableiter von Kathode und Anode miteinander verschweißt, sodass ein stabiler Gesamtverbund aus mehreren Batteriezellen mit umgangssprachlich Plus- und Minuspol entsteht. Insbesondere die Stapelgenauigkeit der Elektroden beeinflusst wesentlich die Leistungsfähigkeit der Batteriezelle, weshalb diesem Aspekt besondere Aufmerksamkeit gewidmet werden muss.Both the electrodes and the separator are usually in the form of rolled-up web material and must be unwound for further processing, after which the electrodes are individually separated from the web material and stacked flat on top of one another with the separator lying between them. The stack basically consists of an anode, a cathode with an intermediate separator and ideally a final separator. Normally, the separator is slightly larger than the voltage generating areas of the electrodes, thus preventing a short circuit between the electrodes. In order to make the primary combination of anode, cathode and separators - hereinafter referred to as battery cell(s) - more efficient, several battery cells are stacked on top of each other and the respective current conductors of cathode and anode are welded together, so that a stable overall combination of several battery cells with positive and negative pole is created. In particular, the stacking accuracy of the electrodes has a significant influence on the performance of the battery cell, which is why special attention must be paid to this aspect.

Aus der DE 10 2017 216 133 A1 ist eine Vorrichtung und ein Verfahren bekannt, wo auf dem Umfang einer rotativ angetriebenen Walze, die aus einer Vielzahl an starren Segmenten besteht, eine Elektrodenbahn zufgeührt wird, dort mit Laser zu Elektrodenstücken geschnitten wird, und die Stücke solange über Unterdruck an den starren Segmenten der Walze fixiert bleiben, bis diese auf eine Separatorbahn abgelegt werden. Der Verbund aus Separatorbahn mit darauf platzierter Elektrode wird mit einer zweiten Separatorbahn überdeckt und zu einer zweiten Walze transportiert, die gleich arbeitet wie die eingangs beschriebene Walze, wo die Gegenelektrode auf der Separatorbahn platziert wird. Anschließend wird der gesamte Verbund in Stücke geschnitten, sodass eine Batteriezelle entsteht.From the DE 10 2017 216 133 A1 a device and a method are known where an electrode web is fed to the circumference of a rotary driven roller, which consists of a large number of rigid segments, is cut there with a laser to form electrode pieces, and the pieces are attached to the rigid segments of the Roller remain fixed until they are placed on a separator web. The assembly of separator web with an electrode placed thereon is covered with a second separator web and transported to a second roller, which works in the same way as the roller described above, where the counter-electrode is placed on the separator web. The entire composite is then cut into pieces to create a battery cell.

In der DE 102017215905 A1 werden über mehrere nacheinander angeordnete rotativ arbeitende Schneidsysteme Elektroden als auch die Separatoren aus Bahnen zu Stückgut ausgeschnitten. Ein Transportsystem nimmt jeweils beim Durchfahren der Schneidsysteme die Stückgüter nacheinander auf, sodass eine Stapelung bzw. die Batteriezelle erzeugt wird.In the DE 102017215905 A1 electrodes as well as the separators are cut out of webs into piece goods via several rotary cutting systems arranged one after the other. A transport system picks up the piece goods one after the other as they pass through the cutting systems, so that a stack or the battery cell is created.

Die US 9,385,395 B2 zeigt ein rotativ- arbeitendes Transportsystem in Form einer Walze auf dem als erstes der Separator als Bahnware aufgebracht wird, danach die ausgeschnittene Elektrode platziert wird, diese wiederum mit einer Separatorbahn bedeckt wird, als dann die Gegenelektrode auf dem gesamten Verbund platziert und dieser über Wärme- und Druckeinwirkung zusammenlaminiert wird. Um die Position der einzelnen Bestandteile während des Transportes auf der Walze bis zu der Laminierung zu gewährleisten, sind mehrere Greifer angebracht, welche den Verbund geklemmt halten.The US 9,385,395 B2 shows a rotating transport system in the form of a roller on which the separator is first applied as web material, then the cut-out electrode is placed, which in turn is covered with a separator web, when the counter-electrode is then placed on the entire composite and this is heated and pressure is laminated together. In order to ensure the position of the individual components during transport on the roller to the lamination, several grippers are attached, which hold the composite clamped.

Der vorgenannte Stand der Technik weist aufgrund der Arbeitsweise oder der Gestaltung der Vorrichtungen eine geringe Ausbringungsmenge an Batteriezellen auf, was die wirtschaftliche Herstellung beeinträchtigt. Weiterhin ist aufgrund der ungenügenden Präzision der Verarbeitung eine hohe Stapelungenauigkeit der Bestandteile zu erwarten, was die Qualität und Leistungsfähigkeit der Batteriezelle und schlussendlich der gesamten Batterie erheblich verschlechtert.Due to the way in which the devices work or the design of the devices, the above-mentioned prior art has a low yield of battery cells, which impairs economical production. Furthermore, due to the insufficient precision of the processing, a high degree of inaccuracy in the stacking of the components is to be expected, which significantly impairs the quality and performance of the battery cell and ultimately the entire battery.

Aufgabenstellungtask

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Batteriezellen zu schaffen, bei dem mit großer Ausbringungsleistung und hoher Genauigkeit

• Elektrode und Gegenelektrode aus Bahnware in Stücke geschnitten werden,
• Stapel aus Elektroden und Gegenelektroden mit dazwischenliegendem Separator gebildet werden,
• die erzeugten Stapel unter Erhaltung der Position der einzelnen gestapelten Bestandteile an nachfolgende Verarbeitungsschritte sicher übergeben werden.

It is therefore the object of the invention to create a device and a method for producing battery cells, in which with high output and high accuracy

• Electrode and counter-electrode are cut into pieces from sheet material,
• Stacks of electrodes and counter-electrodes are formed with a separator in between,
• the generated stacks are securely transferred to subsequent processing steps while maintaining the position of the individual stacked components.

Die Aufgabe wird im Wesentlichen durch die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und das Verfahren gemäß Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen beschrieben.The object is essentially achieved by the device according to claim 1 and the method solved according to claim 15. Advantageous configurations are described in the dependent claims.

Darstellung der ErfindungPresentation of the invention

Im Nachfolgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung und das Verfahren beschrieben. Vorweggenommen die Klärung von oft verwendeten Begrifflichkeiten:

• Elektrodenbahn: Aufgewickeltes bahnförmiges Material, das sinngemäß entweder in Form von Anodenbahn oder Kathodenbahn vorliegt und zur Verarbeitung abgewickelt und als Bahn transportiert wird.
• Elektrode: Aus der Elektrodenbahn ausgeschnittenes blattförmiges Stückgut, das sinngemäß entweder als Anode oder Kathode vorliegt.
• Gegenelektrode: Eine Elektrode, welche die gegensätzliche Polung (z.B. Kathode) der anderen Elektrode (im Beispielfall die Anode) aufweist.
• Separatorbahn: Aufgewickeltes bahnförmiges Material, das zwischen die aktiven Flächen der Elektroden eingebracht wird und zur Verarbeitung abgewickelt und als Bahn transportiert wird.

The device according to the invention and the method are described below. Anticipating the clarification of frequently used terms:

• Electrode web: Coiled web-like material that is either in the form of anode web or cathode web and is unwound for processing and transported as web.
• Electrode: Pieces of sheet material cut out of the electrode sheet, which are either an anode or a cathode.
• Counter-electrode: An electrode which has the opposite polarity (eg cathode) of the other electrode (in the example the anode).
• Separator web: Coiled web-like material that is inserted between the active surfaces of the electrodes and is unwound for processing and transported as a web.

Um die angestrebte große Ausbringungsmenge zu erreichen, sind alle Verarbeitungsvorgänge der nachfolgend beschriebenen Erfindung in kontinuierlicher Arbeitsweise ausgeführt; was jedoch prinzipiell nicht ausschließt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung bzw. das Verfahren auch alternativ intermittierend durchgeführt werden kann.In order to achieve the desired large output, all processing operations of the invention described below are carried out in a continuous mode; However, this in principle does not rule out that the device or the method according to the invention can also alternatively be carried out intermittently.

Bei kontinuierlicher Arbeitsweise werden die Bahnwaren mit konstanter Geschwindigkeit transportiert, währenddessen an ihnen Verarbeitungs- oder Handhabungsvorgänge durchgeführt werden. Besonders schwierig ist die kontinuierliche Verarbeitung dann, wenn ein durchzuführender Arbeitsprozess zeitaufwendig oder komplex ist wie z.B. das Laserschneiden der Elektroden, das präzise Platzieren der Elektroden auf dem Separator, als auch die Weitergabe des gestapelten Verbundes bestehend aus Elektroden und Separatoren zu nachfolgenden Verarbeitungsschritten. Mit der nachfolgend beschriebenen Vorrichtung bzw. dem Verfahren wird dieses Problem erfindungsgemäß gelöst.In continuous operation, the web goods are transported at a constant speed while processing or handling operations are carried out on them. Continuous processing is particularly difficult when a work process to be carried out is time-consuming or complex, e.g. laser cutting of the electrodes, precise placement of the electrodes on the separator, and the transfer of the stacked assembly consisting of electrodes and separators to subsequent processing steps. This problem is solved according to the invention with the device and the method described below.

Das Ausschneiden der Elektroden aus einer sich kontinuierlich bewegenden Elektrodenbahn erfolgt mit einem Laserstrahl, wobei dieser während des Schnittes durch eine Ablenkeinheit - z.B. mittels Polygonspiegel - der bewegten Elektrodenbahn synchronisiert folgt, sodass ein exakter Trennschnitt der Elektrodenbahn quer zur Förderrichtung erfolgen kann, wodurch schlussendlich die einzelnen Elektroden als Stückgut entstehen. Bei zu großer Schnittgeschwindigkeit des Lasers leidet jedoch prinzipbedingt die Qualität der Schnittkante, was schlussendlich zu erheblichen Qualitätsproblemen bei der Batterie führt. Die Schnittgeschwindigkeit des Lasers bzw. die damit verbundene Ausbringungsmenge wird weiter reduziert, wenn der Laserschnitt auf einer gekrümmten Fläche erfolgt, wie z.B. wenn die Elektrodenbahn auf einer Walze kontinuierlich transportiert und während des Transportes geschnitten wird, da hier das Lasersystem den Fokuspunkt während des Schneidvorganges ständig auf die sich schnell verändernden Distanzen zur Walzenoberfläche anpassen muss. Um diesen Nachteil zu umgehen, erfolgt bei dieser Erfindung vorteilhafterweise der Laserschnitt der kontinuierlich bewegten Elektrodenbahn auf einer geraden Förderstrecke. Zur Umsetzung der geraden Förderstrecke ist ein erstes oval förmiges Transportsystems vorhanden, das sich idealerweise aus zwei halbkreisförmigen und zwei geraden Förderstecken zusammensetzt. Besonders ideal zeigt sich, dass die geraden Fördertrecken relativ lange Bereiche aufweisen, sodass dort auch mehrere Laser in Reihe angeordnet werden können. Der Einsatz mehrerer Laser bietet den Vorteil, dass jeder der Laser seine Aufgabe unter genügend Zeit bzw. ausreichender Schnittgeschwindigkeit vollziehen kann, sodass es vorteilhafterweise zu einer Erhöhung der Ausbringungsmenge kommt, ohne die Qualität der Schnittkante nachteilig zu beeinflussen. Hierbei kann z.B. jeder Laser eine Elektrode komplett am Stück ausschneiden, oder mehrere Laser schneiden dieselbe Elektrode aus, wobei dann jeder der Laser nur ein Teilstück derselben Elektrode ausschneidet, alle zusammen jedoch das ganze Elektrodenstück ausschneiden.The electrodes are cut out of a continuously moving electrode web using a laser beam, which follows the moving electrode web in a synchronized manner during the cut by a deflection unit - e.g. using a polygon mirror - so that an exact separating cut of the electrode web can be made transversely to the conveying direction, which ultimately separates the individual Electrodes arise as piece goods. However, if the cutting speed of the laser is too high, the quality of the cut edge suffers, which ultimately leads to significant quality problems with the battery. The cutting speed of the laser and the associated output quantity is further reduced if the laser cut is made on a curved surface, e.g. if the electrode web is continuously transported on a roller and cut during transport, since the laser system constantly monitors the focal point during the cutting process has to adapt to the rapidly changing distances to the roller surface. In order to avoid this disadvantage, in this invention the laser cut of the continuously moving electrode web is advantageously carried out on a straight conveying path. In order to implement the straight conveying line, there is a first oval-shaped transport system, which ideally consists of two semi-circular and two straight conveying lines. It is particularly ideal that the straight conveyor sections have relatively long areas, so that several lasers can also be arranged in a row there. The use of several lasers offers the advantage that each of the lasers can complete its task with sufficient time or sufficient cutting speed, so that the output quantity is advantageously increased without adversely affecting the quality of the cut edge. For example, each laser can cut out an electrode in one piece, or several lasers cut out the same electrode, in which case each of the lasers only cuts out a section of the same electrode, but all together cut out the entire piece of the electrode.

Das oval förmige Transportsystem weist mehrere angetriebene Segmente auf, die derart gestaltet sind, dass eine ausgeschnittene Elektrode auf jeweils einem Segment Platz findet. Die Segmente bewegen sich entlang der oval förmigen Bahn des Transportsystems, wobei sich die Segmente unterschiedlich schnell auf der oval förmigen Förderbahn bewegen und je nach Bedarf mit Unterdruck oder Überdruck beaufschlagt werden können. Im Speziellen weisen die Segmente an derjenigen Oberfläche, auf welcher die Elektroden bzw. die Elektrodenbahn transportiert wird, kleine luftdurchlässige Querschnitte z.B. in Form von Bohrungen auf, wodurch die Elektroden bzw. die Elektrodenbahn bei Einwirkung eines Unterdruckes auf die Segmente angesaugt und dadurch zum Transport fixiert wird, und durch gezieltes Ablassen des Unterdruckes oder Aufbau eines Überdrucks die Elektroden wieder von den Segmenten gelöst werden können.The oval-shaped transport system has several driven segments that are designed in such a way that a cut-out electrode can be placed on each segment. The segments move along the oval-shaped track of the transport system, whereby the segments move at different speeds on the oval-shaped conveyor track and can be subjected to negative or positive pressure as required. In particular, the segments on the surface on which the electrodes or the electrode web is transported have small air-permeable cross-sections, e.g. in the form of bores, whereby the electrodes or the electrode web are sucked onto the segments when a vacuum is applied and thus fixed for transport and the electrodes can be detached from the segments again by deliberately releasing the underpressure or building up an overpressure.

Zur Aufnahme der Elektrodenbahn auf das oval förmige Transportsystem sind die Segmente bevorzugt derart eng in Fahrtrichtung zueinander angeordnet, dass ein kleiner Spalt von wenigen zehntel Millimetern zwischen ihnen entsteht, weisen sowohl die gleiche Geschwindigkeit und Richtung wie die Elektrodenbahn auf, sodass die Elektrodenbahn - im Zusammenwirken mit dem an den Segmenten anliegenden Unterdruck - sicher und ohne Schlupf auf die Segmente aufgenommen und befördert werden kann. Unter Erhaltung des Spaltes wird mit einem Laserstrahl die Kontur der Elektroden aus der Elektrodenbahn ausgeschnitten, was beispielsweise im einfachsten Fall durch einen Trennschnitt erfolgt, der 90° zur Transportrichtung der Elektrodenbahn verläuft, und die Elektrodenbahn in einzelne Stücke - die Elektroden - schneidet. Der Trennschnitt erfolgt exakt im Spalt zwischen den Segmenten, sodass der Laser die Elektrodenbahn komplett durchtrennen kann, aber keine Beschädigung der Segmente erzeugt. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist es, wenn an dem Spalt ein Unterdruck anliegt, sodass Partikel, die beim Schneiden entstehen, gleich durch den Spalt abgesaugt werden und derart nicht die Elektrode verschmutzen. Wie bereits zuvor beschrieben können auch mehrere Laser zum Ausschneiden der Elektroden auf der geraden Förderstrecke des oval förmigen Transportsystems eingesetzt werden, um die Ausbringungsmenge zu erhöhen. An dieser Stelle sei darauf hingewiesen, dass mit dem Laser während der Trennvorgangs der Elektrode aus der Elektrodenbahn auch die Stromableiter der Elektroden gleich mit ausgeschnitten werden können, insofern diese nicht durch einen vorgeschalteten Herstellungsprozess bereits erzeugt wurden.In order to accommodate the electrode track on the oval-shaped transport system, the segments are preferably so close to one another in the direction of travel arranged so that there is a small gap of a few tenths of a millimeter between them, both have the same speed and direction as the electrode track, so that the electrode track - in cooperation with the negative pressure applied to the segments - is picked up and transported safely and without slipping onto the segments can be. While maintaining the gap, the contour of the electrodes is cut out of the electrode track with a laser beam, which is done in the simplest case, for example, by a separating cut that runs at 90° to the transport direction of the electrode track, and the electrode track is cut into individual pieces - the electrodes. The separating cut is made exactly in the gap between the segments, so that the laser can completely cut through the electrode track, but does not damage the segments. It is an advantageous embodiment if a negative pressure is applied to the gap, so that particles that are produced during cutting are sucked off immediately through the gap and do not contaminate the electrode in this way. As previously described, several lasers can also be used to cut out the electrodes on the straight conveyor section of the oval-shaped transport system in order to increase the output quantity. At this point it should be pointed out that the current conductors of the electrodes can also be cut out at the same time with the laser during the separation process of the electrode from the electrode web, insofar as they have not already been produced by a preceding manufacturing process.

In einem weiteren Verarbeitungsschritt wird auf dem oval förmigen Transportsystem der Abstand zwischen den Segmenten samt den sich darauf befindlichen Elektroden vergrößert, wobei dieser Abstand idealerweise größer ist als der bisherige Spalt der Segmente zum Laserschneiden. Weiterhin ist der Abstand derart groß gestaltet ist, dass nachdem die Elektroden auf der Separatorbahn abgelegt sind, dort ein Trennschnitt der Separatorbahn ermöglicht werden kann, ohne die dazwischen angeordneten Elektroden zu beschädigen oder einen Kontakt zu der gegenüber angeordneten Gegenelektrode zu ermöglichen. Der Abstand zwischen den Elektroden wird erzeugt, indem die Segmente solange kurzzeitig beschleunigt und anschießend wieder verzögert werden, bis der gewünschte Abstand erzeugt ist, alsdann unter Beibehaltung des Abstandes wieder mit kontinuierlicher Geschwindigkeit zum Übergabebereich weitertransportiert werden. Im Übergabebereich werden idealerweise die Elektroden als erstes durch angetriebene Greifer geklemmt, durch Ablassen des Unterdrucks oder das Ansetzen eines Überdruckes von den Segmenten gelöst und auf die Separatorbahn übergeben, wobei die Separatorbahn als auch die Greifer die gleiche kontinuierliche Geschwindigkeit aufweist wie die Segmente im Übergabebereich. Nach der Übergabe werden die Segmente auf dem oval förmigen Transportsystem solange verzögert, bis wieder der gewünschte Spalt zwischen den Segmenten zum Aufnehmen und Laserschneiden vorliegt, und derart ein neuer Arbeitszyklus auf dem ovalen Transportsystem erfolgen kann. In a further processing step, the distance between the segments including the electrodes located on them is increased on the oval-shaped transport system, with this distance ideally being larger than the previous gap of the segments for laser cutting. Furthermore, the distance is designed so large that after the electrodes have been placed on the separator web, the separator web can be cut there without damaging the electrodes arranged in between or allowing contact with the oppositely arranged counter-electrode. The distance between the electrodes is created by briefly accelerating the segments and then decelerating them again until the desired distance has been created, after which they are transported further to the transfer area at a constant speed while maintaining the distance. In the transfer area, ideally the electrodes are first clamped by driven grippers, released from the segments by releasing the vacuum or applying an overpressure and transferred to the separator web, with the separator web and the grippers having the same continuous speed as the segments in the transfer area. After the transfer, the segments are delayed on the oval-shaped transport system until the desired gap between the segments for picking up and laser cutting is present again, and in this way a new work cycle can take place on the oval transport system.

Besonders vorteilhaft ist, wenn nicht nur die Aufnahmen und das Laserschneiden auf einer der geraden Förderstecken des ovalen Transportsystems stattfindet, sondern auch die Klemmung der Elektroden durch die Greifer und die Übergabe der Elektroden auf die Separatorbahn, da durch die gerade Förderstrecke diese Vorgänge unter genügend Zeit und somit sehr präzise erfolgen können.It is particularly advantageous if not only the recording and the laser cutting take place on one of the straight conveyor sections of the oval transport system, but also the clamping of the electrodes by the grippers and the transfer of the electrodes to the separator track, since the straight conveyor section allows these processes to take place in sufficient time and can therefore be carried out very precisely.

Um sowohl die Elektrode als auch die Gegenelektrode auf die Separatorbahn abzulegen, sind 2 oval förmige Transportsysteme notwendig, wobei eines der Transportsysteme oberhalb der Separatorbahn, das andere unterhalb der Separatorbahn angeordnet sind. Das unterhalb der Separatorbahn angeordnete Transportsystem übergibt die Elektroden von unten auf die Separatorbahn und das zweite oval förmige Transportsystem, das sich oberhalb der Separatorbahn befindet, übergibt die Gegenelektrode von oben auf die Separatorbahn. Das zweite oval förmige Transportsystem weist prinzipiell die gleichen Arbeitsschritte und Merkmale wie das zuvor schon beschriebene erste ovale Transportsystem auf, nämlich die kontinuierliche Aufnahme der Elektrodenbahn auf die Segmente, welche einen kleinen Spalt zueinander aufweisen, das Laserschneiden der Bahn im Spalt um die Elektroden zu erzeugen, das Erzeugen eines größeren Abstandes zwischen den Segmenten, unter Beibehaltung dieses Abstandes die Klemmung mindestens der Elektroden durch die Greifer, als auch das Ablösen der Elektroden von den Segmenten durch Abbau des Unterdruckes.In order to place both the electrode and the counter-electrode on the separator track, two oval-shaped transport systems are required, with one of the transport systems being arranged above the separator track and the other below the separator track. The transport system arranged below the separator track transfers the electrodes onto the separator track from below, and the second oval-shaped transport system, which is located above the separator track, transfers the counter-electrode onto the separator track from above. In principle, the second oval-shaped transport system has the same work steps and features as the first oval transport system described above, namely the continuous recording of the electrode web on the segments, which have a small gap to one another, the laser cutting of the web in the gap to produce the electrodes , creating a greater distance between the segments, while maintaining this distance, clamping at least the electrodes by the grippers, and detaching the electrodes from the segments by reducing the negative pressure.

Bei beiden Transportsystemen erfolgt die Klemmung durch die Geifer und die Übergabe der Elektroden auf die Separatorbahn im jeweiligen Übergabebereich, wobei sich die Übergabebereiche überdecken als auch distanziert voneinander vorliegen können. Im Falle, dass sich die Übergabebereiche überdecken oder sogar deckungsgleich sind, sind die Übergabebereiche beider Transportsysteme parallel gegenüber angeordnet und weisen eine derart große Distanz zwischen den jeweiligen Segmenten auf, dass mindestens die Elektrode, die Separatorbahn als auch die Gegenelektrode sich darin befinden bzw. sicher hindurch transportiert werden können.In both transport systems, the clamping is effected by the grippers and the electrodes are transferred to the separator web in the respective transfer area, whereby the transfer areas can overlap or be at a distance from one another. In the event that the transfer areas overlap or are even congruent, the transfer areas of both transport systems are arranged parallel to one another and have such a large distance between the respective segments that at least the electrode, the separator web and the counter-electrode are located in them or are safe can be transported through.

Um eine maximale Überdeckung beider Elektroden zu erreichen, werden diese idealerweise deckungsgleich in den Übergabebereichen auf der Separatorbahn übergeben; können jedoch prinzipiell auch versetzt zueinander auf der Separatorbahn übergeben werden. Um den jeweiligen Versatz oder die Deckungsgleichheit der Elektroden zueinander zu erzielen, werden die Segmente der Transportsysteme entsprechend geregelt den Übergabebereichen zugeführt.In order to achieve maximum coverage of both electrodes, they should ideally be congruent in the transfer areas on the pass separator web; can, however, in principle also be transferred offset to one another on the separator track. In order to achieve the respective offset or the congruence of the electrodes to one another, the segments of the transport systems are fed to the transfer areas in a correspondingly controlled manner.

Unabhängig davon, wie die Übergabebereiche der beiden Transportsysteme angeordnet sind, oder wie die Elektroden zueinander auf der Separatorbahn platziert werden, sind die spannungserzeugenden Flächen der Elektrode und der Gegenelektrode vollkommen mit der Separatorbahn bedeckt, um einen Kurzschluss zu verhindern. Davon jedoch ausgenommen sind die jeweiligen Stromableiter, die je nach Polung auf entgegengesetzte Seite über den Separator überstehen.Regardless of how the transfer areas of the two transport systems are arranged or how the electrodes are placed relative to one another on the separator sheet, the voltage-generating surfaces of the electrode and the counter-electrode are completely covered with the separator sheet to prevent a short circuit. However, this does not apply to the respective current conductors, which, depending on the polarity, project beyond the separator on the opposite side.

Um den auf den Transportsystemen hergestellten Abstand und die Position der Elektroden, sowohl bei der Übergabe der Elektroden auf die Separatorbahn als auch zur weiteren Beförderung zu gewährleisten, sind beginnende im Übergabebereich Greifersysteme mit angetriebenen Greifern vorhanden, wobei die Greifer mindestens die Elektroden klemmen und entsprechend gesichert weitertransportieren. Denkbar und vorteilhaft sind auch andere Klemmvarianten der Bestandteile durch die Greifer wie z.B. die

• Klemmung der Elektrode oder Gegenelektrode einzeln; oder
• Klemmung der Elektrode und Gegenelektrode gemeinsam; oder
• Klemmung der Elektrode oder Gegenelektrode mit der Separatorbahn; oder
• der gesamte Verbund aus Elektrode, Gegenelektrode und Separatorbahn.

In order to ensure the distance created on the transport systems and the position of the electrodes, both when the electrodes are transferred to the separator track and for further transport, there are gripper systems with driven grippers starting in the transfer area, with the grippers clamping at least the electrodes and securing them accordingly transport. Also conceivable and advantageous are other clamping variants of the components by the grippers, such as the

• Clamping of the electrode or counter-electrode individually; or
• Clamping of the electrode and counter-electrode together; or
• Clamping of the electrode or counter-electrode with the separator web; or
• the entire combination of electrode, counter-electrode and separator web.

Hierzu ist seitlich und parallel zu der Separatorbahn mindestens ein Greifersystem vorgesehen, welches eine Vielzahl an angetriebenen Greifern mit öffenbaren und schließbaren Greiferfinger aufweist, wobei idealerweise jeder Elektrode ein Greifer zugeordnet ist. Um die gewünschte Klemmfunktion zu erreichen, werden die geöffneten Greifer mit gleicher Geschwindigkeit und Richtung wie die Elektroden bzw. die Separatorbahn in den Übergabebereich gefahren, und vollziehen - idealerweise noch vor dem Ablassen des Unterdruckes der Segmente - ihre Klemmaufgabe durch Schließen der Greiferfinger. Hierzu weisen idealerweise die Segmente an derjenigen Außenseite, welche quer zur Förderrichtung verläuft, eine oder mehrere Aussparungen auf, sodass die Greifer in diesen Bereich die Elektroden klemmen können, oder die Elektroden steht ein wenig seitlich über die Segmente über, sodass im überstehenden Bereich die Klemmung durch das seitlich angeordnete Greifersystem erfolgen kann. Sollte - gemäß der zuvor genannten Klemmvarianten- die Separatorbahn auch in Klemmung durch die Greifer einbezogen werden, so weist diese ebenso einen Überstand über die Segmente auf. Besonders vorteilhaft ist, dass die Stromableiter der Elektroden üblicherweise über die Separatorbahn hinausstehen, sodass z.B. die Elektrode im Bereich ihres Ableiters zusammen mit demjenigen Teil der Separatorbahn geklemmt werden kann, auf dem alleinig der Stromableiter der Elektrode vorkommt. Voraussetzung hierzu ist jedoch, dass die Segmente eine Aussparung aufweisen, oder kleiner ausfallen als die Separatorbahn, um eine Klemmung - wie zuvor beschrieben bei den Elektroden - zu ermöglichen.For this purpose, at least one gripper system is provided on the side and parallel to the separator track, which has a large number of driven grippers with openable and closable gripper fingers, with each electrode ideally being assigned a gripper. In order to achieve the desired clamping function, the open grippers are moved into the transfer area at the same speed and in the same direction as the electrodes or the separator web and complete their clamping task by closing the gripper fingers - ideally before the negative pressure of the segments is released. For this purpose, the segments ideally have one or more recesses on the outside that runs transversely to the conveying direction, so that the grippers can clamp the electrodes in this area, or the electrodes protrude a little laterally over the segments, so that the clamping can be achieved in the protruding area can be done by the laterally arranged gripper system. If - according to the clamping variants mentioned above - the separator web is also included in the clamping by the grippers, it also has a projection over the segments. It is particularly advantageous that the current collectors of the electrodes usually protrude beyond the separator sheet, so that, for example, the electrode in the area of its collector can be clamped together with that part of the separator sheet on which only the current collector of the electrode occurs. A prerequisite for this, however, is that the segments have a recess or are smaller than the separator sheet in order to enable clamping—as described above for the electrodes.

Um die Bewegung der Greifer zu gestalten ist es von Vorteil, wenn sich die Greifer auch auf einer oval förmigen Bahn - aufgebaut aus 2 Halbkreise und 2 gerade Förderstrecken - bewegen können. Besonders vorteilhaft ist es, wenn auch die Greifer ebenso im Übergabebereich der Elektroden auf die Separatorbahn eine gerade und relativ lange Förderstrecke aufweisen, sodass das Schließen der Greifer bzw. die Klemmung der Bestandteile während der kontinuierlichen Verarbeitung unter genügend Zeit sicher erfolgen kann.In order to design the movement of the grippers, it is advantageous if the grippers can also move on an oval-shaped path - made up of 2 semicircles and 2 straight conveyor sections. It is particularly advantageous if the grippers also have a straight and relatively long conveying path in the transfer area of the electrodes to the separator web, so that the grippers can be closed and the components clamped safely with sufficient time during continuous processing.

Sinn der Klemmung ist die exakte Beibehaltung der Position der geklemmten Bestandteile, zum einem um diese sicher aus dem Übergabebereich heraus zu befördern, als auch um diese zu möglichen nachfolgende Bearbeitungsvorgängen präzise zu transportieren. Die Klemmung der Bestandteile mit den angetriebenen Greifern hat den Vorteil, dass die Greifer insbesondere während der Klemmung und der weiteren Beförderung der geklemmten Bestandteile sehr präzise über Führungsschienen geführt werden können, und derart die geklemmten Bestandteile ebenso präzise positioniert bleiben. Der Stand der Technik löst dieses Problem nur ungenügend, indem üblicherweise die losen auf die Separatorbahn abgelegten Elektroden zwischen zwei Förderbänder geklemmt werden, die Förderbänder jedoch prinzipbedingt verlaufen können, und derart die erzeugte Stapelung unerwünschter Weise undefiniert verschoben wird.The purpose of clamping is to maintain the exact position of the clamped components, on the one hand to transport them safely out of the transfer area and to transport them precisely to possible subsequent processing operations. The clamping of the components with the driven grippers has the advantage that the grippers can be guided very precisely via guide rails, particularly during the clamping and the further transport of the clamped components, and the clamped components remain positioned just as precisely in this way. The prior art solves this problem only insufficiently, in that the electrodes loosely placed on the separator web are usually clamped between two conveyor belts, but the conveyor belts can run in principle, and in this way the stacking produced is undesirably shifted in an undefined manner.

Sollte die Klemmung nicht mehr notwendig sein, öffnen sich die Greifer wieder. Prinzipiell ist die Klemmfunktion nicht mehr notwendig, wenn die geklemmten Bestandteile anderweitig als durch die Greifer kraft-, form, oder stoffschlüssig fixiert werden. Typische nachfolgende Bearbeitungen, die idealerweise unter geschlossenen Greifern vollzogen werden, sind z.B. die Zuführung einer weiteren Separatorbahn, die deckungsgleich zu der ersten zugeführten Separatorbahn auf die Elektroden entweder von oben oder von unten abgelegt wird, oder das Verschweißen der Elektroden mit den Separatorbahnen. Danach können die Separatorbahnen mittels z.B. eines Laserstrahles aufgetrennt werden, wobei der Trennschnitt idealerweise in dem Bereich stattfindet, wo sich keine Elektroden befinden, also in dem Bereich, wo zuvor durch das Transportsystem ein Abstand zwischen den Elektroden erzeugt wurde. Der nun in Stückgut geschnittene Verbund aus Elektrode, Separator, Gegenelektrode und Separator stellt die eingangs beschriebenen Batteriezelle dar.If the clamping is no longer necessary, the grippers open again. In principle, the clamping function is no longer necessary if the clamped components are fixed in a non-positive, positive or material manner other than by the grippers. Typical subsequent processing, which is ideally carried out under closed grippers, is, for example, the feeding of a further separator web, which is placed congruently with the first separator web fed onto the electrodes either from above or from below, or the welding of the electrodes to the separator sheets. The separator webs can then be separated using a laser beam, for example, with the separating cut ideally taking place in the area where there are no electrodes, ie in the area where the transport system previously created a gap between the electrodes. The composite of electrode, separator, counter-electrode and separator now cut into piece goods represents the battery cell described at the beginning.

Grundsätzlich ist es mit der Erfindung auch möglich, die Elektrode und Gegenelektrode in Transportrichtung auf nur einer Separatorbahn von unten und ober anzuordnen und zu fixieren, wobei die Elektroden in Verarbeitungsrichtung zueinander einen Versatz aufweisen, sodass durch z.B. mäanderförmiges Schlingen oder eine Z-förmige Faltung der Separatorbahn mit den darauf befindlichen Elektroden eine gestapelte Batteriezelle entsteht.In principle, it is also possible with the invention to arrange and fix the electrode and counter-electrode in the transport direction on just one separator web from below and above, with the electrodes being offset from one another in the processing direction, so that e.g. meandering loops or a Z-shaped fold of the Separator web with the electrodes located on it creates a stacked battery cell.

Eine vorteilhafte Gestaltung der gesamten Vorrichtung ist es, wenn auf demjenigen Transportsystem, welches die Elektroden von unten auf die Separatorbahn übergibt, auf der der Separatorbahn direkt gegenüber liegenden geraden Förderstrecke sowohl die Zuführung der Elektrodenbahn, das Laserschneiden, die Zuführung der Separatorbahn, als auch die Übergabe der Elektrode zur Separatorbahn erfolgt. Das oberhalb der Separatorbahn angeordnete zweite Transportsystem ist in Verarbeitungsrichtung etwas versetzt, und der Übergabebereich ist hierbei idealerweise deckungsgleich mit dem Übergabebereich des ersten Transportsystems. Die Zuführung der Elektrodenbahn und das Laserschneiden erfolgen auf der oberen gerade Förderstrecke des zweiten Transportsystems, die entgegengesetzt dem Übergabebereich liegt. Durch die Überdeckung der Übergabebereiche beider Transportsysteme liegt sinngemäß nun ein gemeinsamer Übergabebereich für beide Transportsysteme vor, wo die Elektroden durch die Greifer geklemmt und auf die Separatorbahn übergeben werden können. Hier bietet es sich an, beidseitig neben der Separatorbahn bzw. den Transportsystemen Greifersysteme zu haben, welche den Verbund aus „Elektrode - Separatorbahn - Gegenelektrode“ klemmen, und entsprechend lagefixiert weitertransportieren.An advantageous design of the entire device is if on the transport system that transfers the electrodes from below onto the separator track, on the straight conveyor section directly opposite the separator track, both the feeding of the electrode track, the laser cutting, the feeding of the separator track, and the The electrode is transferred to the separator web. The second transport system arranged above the separator track is slightly offset in the processing direction, and the transfer area is ideally congruent with the transfer area of the first transport system. The feeding of the electrode web and the laser cutting take place on the upper, straight conveyor section of the second transport system, which is opposite the transfer area. Due to the overlapping of the transfer areas of both transport systems, there is now a common transfer area for both transport systems, where the electrodes are clamped by the grippers and can be transferred to the separator track. Here it makes sense to have gripper systems on both sides next to the separator track or the transport systems, which clamp the combination of "electrode - separator track - counter-electrode" and transport it on in a correspondingly fixed position.

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.Further details, features and advantages of the invention result from the drawings and from the following description of preferred embodiments with reference to the drawings. The drawings merely illustrate exemplary embodiments of the invention, which do not restrict the essential idea of the invention.

Figurenlistecharacter list

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und der schematischen Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

• 1: Eine Darstellung der Vorrichtung in der Seitenansicht; ohne die Darstellung der seitlich angebrachten Greifersysteme und unter stark vereinfachter Darstellung des Schweiß- und abschließenden Ausschneidvorganges.
• 2: Eine Schnittdarstellung der Vorrichtung in Verarbeitungsrichtung, wobei der Schnitt entlang der Schnittlinie A-A gemäß 1 erfolgt.
• 3: Eine Schnittdarstellung der Vorrichtung in Draufsicht, oberhalb und entlang der auf der Separatorbahn platzierten Elektroden, wobei der Schnitt entlang der Schnittlinie B-B gemäß 1 erfolgt.

The invention is explained below using an exemplary embodiment and the schematic drawings. Show it:

• 1 : A representation of the device in side view; without the depiction of the laterally attached gripper systems and with a greatly simplified depiction of the welding and final cutting process.
• 2 : A sectional view of the device in the processing direction, the section being taken along section line AA according to FIG 1 he follows.
• 3 : A sectional representation of the device in top view, above and along the electrodes placed on the separator web, the section along the section line BB according to FIG 1 he follows.

Ausführungsvariantevariant

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsform der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung lediglich schematisch dar.In the following description of the embodiment of the invention, the same or similar elements are denoted by the same reference symbols, with a repeated description of these elements being dispensed with in individual cases. The figures represent the subject matter of the invention only schematically.

Aus 1 geht hervor, dass eine Elektrodenbahn (1) zu einem Aufnahmebereich (2a) eines ersten oval förmigen Transportsystem (2) mit kontinuierlich Geschwindigkeit (5) zugeführt wird. Das oval förmigen Transportsystem (2) weist eine Vielzahl von angetriebenen Segmenten (3) auf, welche im Aufnahmebereich (2a) dieselbe Geschwindigkeit (4) aufweisen wie die Geschwindigkeit (5) der Elektrodenbahn (1), und zum Transport und Fixieren der Elektrodenbahn (1) mit Unterdruck beaufschlagt sind, sodass die Elektrodenbahn (1) durch Bohrungen auf der Oberseite der Segmente angesaugt werden. Im Aufnahmebereich der Elektrodenbahn (2a) und beim folgenden Schneidbereich (2b) weisen die Segmente zueinander in Fahrtrichtung einen kleinen Spalt (7a) auf, der Partikeln absaugen kann, die beim Schneidvorgang entstehen, sowie es ermöglicht, dass der Trennschnitt komplett durch die Elektrodenbahn (1) erfolgen kann. Der Schnitt wird mit einer Laserquelle (6) erzeugt, indem der Laserstrahl quer (10) zur Förderrichtung und im Spalt (7a) zwischen den Segmenten (3) die Elektrodenbahn (1) in einzelne Elektroden (1a) schneidet. Nach dem Trennschnitt werden die Segmente (3) samt den darauf angesaugten Elektroden (1a) kurzzeitig beschleunigt und wieder verzögert, sodass ein neuer Abstand (7b) zwischen den Segmenten (3) vorliegt, der etwas größer ist als der vorher zum Schneiden benötigte Spalt (7a). Anschließend werden die Segmente (3) bzw. die Elektroden (1a) mit kontinuierlicher Geschwindigkeit (8) und unter Erhaltung des Abstandes (7b) weitertransportiert und im Zuführbereich (2c) mit einer Separatorbahn (9) bedeckt. Die Separatorbahn (9) ist etwas breiter als die spannungserzeugenden Flächen der Elektroden (1a), wobei der Stromableiter (1b) der Elektrode (1a) etwas seitlich über die Separatorbahn (9) hinausragt (siehe hierzu auch 2 oder 3). Die Fördergeschwindigkeit (11) der Separatorbahn (9) ist gleich groß wie die Geschwindigkeit (8) der Segmente (3) bzw. der sich darauf befindenden Elektroden (1a), sodass die Elektroden (1a) unter Erhaltung des Abstandes (7b) als auch die darauf liegende Separatorbahn (9) kontinuierlich zum Übergabebereich (2d) befördert werden. Der Aufnahmebereich (2a), der Schneidbereich (2b), der Zuführbereich (2c) und der Übergabebereich (2d) sind auf dem geraden Bereich (2e) des oval förmigen Transportsystem (2) auf der obenliegenden und direkt gegenüberliegenden Seite zur Separatorbahn (9) angeordnet.Out of 1 shows that an electrode track (1) is fed to a receiving area (2a) of a first oval-shaped transport system (2) at a continuous speed (5). The oval-shaped transport system (2) has a large number of driven segments (3), which have the same speed (4) in the receiving area (2a) as the speed (5) of the electrode web (1), and for transporting and fixing the electrode web ( 1) are subjected to negative pressure so that the electrode track (1) is sucked in through holes on the upper side of the segments. In the receiving area of the electrode track (2a) and in the following cutting area (2b), the segments have a small gap (7a) to one another in the direction of travel, which can suck off particles that are produced during the cutting process and enables the separating cut to go completely through the electrode track ( 1) can be done. The cut is made with a laser source (6) in that the laser beam cuts the electrode track (1) into individual electrodes (1a) transversely (10) to the conveying direction and in the gap (7a) between the segments (3). After the separating cut, the segments (3) together with the electrodes (1a) sucked onto them are briefly accelerated and then decelerated again, so that there is a new distance (7b) between the segments (3), which is slightly larger than the gap previously required for cutting ( 7a). Subsequently, the segments (3) or the electrodes (1a) with continuous speed speed (8) and while maintaining the distance (7b) transported and covered in the feed area (2c) with a separator sheet (9). The separator sheet (9) is somewhat wider than the voltage-generating surfaces of the electrodes (1a), with the current collector (1b) of the electrode (1a) protruding somewhat laterally beyond the separator sheet (9) (see also 2 or 3 ). The conveying speed (11) of the separator web (9) is the same as the speed (8) of the segments (3) or the electrodes (1a) located thereon, so that the electrodes (1a) while maintaining the distance (7b) as well the separator web (9) lying on it are continuously conveyed to the transfer area (2d). The receiving area (2a), the cutting area (2b), the feeding area (2c) and the transfer area (2d) are on the straight area (2e) of the oval-shaped transport system (2) on the overhead side directly opposite the separator track (9). arranged.

Mit kleinem Abstand oberhalb des ersten Transportsystems (2) und der zugeführten Separatorbahn (9) ist ein zweites oval förmiges Transportsystem (18) vorhanden, das in den Übergabebereich (2d) des ersten Transportsystems (2) leicht versetzt hineinragt. Von der grundsätzlichen Arbeitsweise ähneln sich beide Transportsysteme (2, 3), wobei auf dem ersten Transportsystem (2) das Elektrodenmaterial (1, 1a), auf dem zweiten Transportsystem (18) das Material der Gegen-Elektrode (12, 12a) verarbeitet wird.At a small distance above the first transport system (2) and the supplied separator track (9) there is a second oval-shaped transport system (18) which protrudes slightly offset into the transfer area (2d) of the first transport system (2). Both transport systems (2, 3) are similar in terms of the basic mode of operation, with the electrode material (1, 1a) being processed on the first transport system (2) and the material of the counter-electrode (12, 12a) being processed on the second transport system (18). .

Das zweite oval förmigen Transportsystem (18) weist eine Vielzahl von angetriebenen Segmenten (13) auf, welche im Aufnahmebereich (18a) dieselbe Geschwindigkeit (14) aufweisen wie die Geschwindigkeit (15) der Gegen-Elektrodenbahn (12), und zum Transport und Fixieren der Gegen-Elektrodenbahn (12) mit Unterdruck beaufschlagt sind, sodass die Gegen-Elektrodenbahn (12) durch Bohrungen auf der Oberseite der Segmente (13) angesaugt werden. Im Aufnahmebereich der Elektrodenbahn (18a) und beim folgenden Schneidbereich (18b) weisen die Segmente (13) zueinander in Fahrtrichtung einen kleinen Spalt (16a) auf, der Partikeln absaugen kann, die beim Schneidvorgang entstehen, sowie es ermöglicht, dass hier der Trennschnitt vollkommen durch die Gegen-Elektrodenbahn (12) erfolgen kann. Der Schnitt wird mit einer Laserquelle (17) erzeugt, indem der Laserstrahl quer (10) zur Förderrichtung und im Spalt (16a) wischen den Segmenten (13) die Gegen-Elektrodenbahn (12) in einzelne Elektroden (12a) schneidet. Nach dem Trennschnitt werden die Segmente (13) samt den darauf angesaugten Elektroden (12a) kurzzeitig beschleunigt und wieder verzögert, sodass ein neuer Abstand (16b) zwischen den Segmenten (13) vorliegt, der größer ist als der vorher zum Schneiden benötigte Spalt (16a). Anschließend werden die Segmente (13) samt den darauf angesaugten Gegen-Elektroden (12a) unter Erhaltung des Abstandes (16b) mit kontinuierlicher Geschwindigkeit (19) zum Übergabegereich (18c) transportiert.The second oval-shaped transport system (18) has a large number of driven segments (13) which have the same speed (14) in the receiving area (18a) as the speed (15) of the counter-electrode track (12) and for transport and fixing of the counter-electrode track (12) are subjected to negative pressure, so that the counter-electrode track (12) is sucked in through holes on the upper side of the segments (13). In the receiving area of the electrode track (18a) and in the following cutting area (18b), the segments (13) have a small gap (16a) to one another in the direction of travel, which can suck off particles that are produced during the cutting process and also enables the separating cut to be completed here can take place through the counter-electrode track (12). The cut is made with a laser source (17) in that the laser beam cuts the counter-electrode track (12) into individual electrodes (12a) transversely (10) to the conveying direction and in the gap (16a) between the segments (13). After the separating cut, the segments (13) together with the electrodes (12a) sucked onto them are briefly accelerated and then decelerated again, so that there is a new distance (16b) between the segments (13), which is larger than the gap (16a ). The segments (13) together with the counter-electrodes (12a) sucked onto them are then transported at a continuous speed (19) to the transfer area (18c) while maintaining the distance (16b).

Beim zweiten Transportsystems (18) ist der Aufnahmebereich (18a) und der Schneidbereich (18b) auf der geraden Förderstrecke (18d) auf der oberen Seite des Transportsystems (18) angeordnet. Der Übergabebereich (18c) befindet sich ebenfalls auf der geraden Förderstrecke (18d), jedoch genau gegenüberliegend dem Aufnahmebereich (18a) und dem Schneidbereich (18b), bzw. direkt oberhalb der Separatorbahn (9) und mit nur geringem Anstand zum Übergabebereich (2d) des ersten Transportsystems (2). Der Übergabebereich (18c) des zweiten Transportsystems (18) ist deckungsgleich und parallel zum Übergabebereich (2d) des ersten Transportsystems (2) angeordnet, wobei der Abstand der beiden Transportsysteme (2, 18) zueinander so groß ausfällt, dass mindestens die Elektroden (12a, 1a) und die Separatorbahn (9) zwischen den sich gegenüberliegenden Segmenten (13, 3) hineinpassen bzw. dort hindurch transportiert werden können.In the case of the second transport system (18), the receiving area (18a) and the cutting area (18b) are arranged on the straight conveying path (18d) on the upper side of the transport system (18). The transfer area (18c) is also located on the straight conveyor section (18d), but exactly opposite the receiving area (18a) and the cutting area (18b), or directly above the separator track (9) and only a short distance from the transfer area (2d) of the first transport system (2). The transfer area (18c) of the second transport system (18) is arranged congruently and parallel to the transfer area (2d) of the first transport system (2), the distance between the two transport systems (2, 18) being so great that at least the electrodes (12a , 1a) and the separator web (9) can fit between the opposite segments (13, 3) or can be transported through there.

Bei beiden Übergabebereichen (2d, 18c) sind die Geschwindigkeiten (8, 19) der jeweiligen Segmente (13, 3) bzw. der darauf befindlichen Elektroden (1a, 12a) gleich groß, wie die Geschwindigkeit (11) der Separatorbahn (9), wobei die Elektroden (1a,12a) deckungsgleich zueinander angeordnet sind (siehe hierzu auch 3).In both transfer areas (2d, 18c), the speeds (8, 19) of the respective segments (13, 3) or the electrodes (1a, 12a) located thereon are the same as the speed (11) of the separator web (9), the electrodes (1a, 12a) being arranged congruently with one another (see also 3 ).

2 und 3 zeigen zwei seitlich neben den Transportsystemen (2, 18) angeordnete Greifersysteme (26, 27), welche angetriebene Greifer (28, 29) besitzen, die auf einer oval förmigen Transportbahn bewegt werden können, wobei sich die Greifer (28, 29) während ihres Klemmbereiches (25) auf einer geraden Strecke (33) und die parallel zu der Separatorbahn (9) angeordnet befinden. Die Geschwindigkeit (32) der Greifer (28, 29) ist während ihrer Klemmfunktion (25) exakt gleich groß wie die kontinuierliche Fördergeschwindigkeit (11) der Separatorbahn (9) bzw. der sich darauf befindlichen Elektroden (1a, 12a). 2 and 3 show two gripper systems (26, 27) arranged laterally next to the transport systems (2, 18), which have driven grippers (28, 29) that can be moved on an oval-shaped transport path, the grippers (28, 29) moving during their Clamping area (25) on a straight line (33) and which are arranged parallel to the separator web (9). The speed (32) of the grippers (28, 29) during their clamping function (25) is exactly the same as the continuous conveying speed (11) of the separator web (9) or the electrodes (1a, 12a) located thereon.

2 und 3 zeigen weiterhin, dass in diesem Ausführungsbeispiel sowohl die Elektroden (1a und 12a) inklusive derer Ableiter (1b, 12b) als auch der Separator (9) etwas breiter ausfallen als die Segmente (3, 13), sodass ein leichter Überstand (30, 31) entsteht. Sobald die Segmente (13, 3) in den Übergabebereich (2d, 18c) eingefahren sind, klemmen die Geifer (28, 29) den Verbund aus Elektroden (1a, 12a) und Separatorbahn (8) im Bereich des Überstandes (30, 31), alsdann die Elektroden (1a, 12a) durch Ablassen des Unterdrucks der jeweiligen Segmente (13, 3) unter Erhaltung des Abstandes (16b, 7b) auf die Separatorbahn (9) übergeben und derart der geklemmte Verbund (1a, 9, 12a) lagefixiert aus dem Übergabebereich (2d, 18c) zur nachfolgenden Bearbeitung (22, 23) zugeführt werden kann, währenddessen die Segmente (3, 13) wieder zurück zu den jeweiligen Aufnahmebereichen (2a und 18a) bewegt werden, um einen neuen Arbeitszyklus zu beginnen. 2 and 3 also show that in this embodiment both the electrodes (1a and 12a) including their conductors (1b, 12b) and the separator (9) are somewhat wider than the segments (3, 13), so that there is a slight overhang (30, 31 ) arises. As soon as the segments (13, 3) have moved into the transfer area (2d, 18c), the grippers (28, 29) clamp the combination of electrodes (1a, 12a) and separator web (8) in the area of the overhang (30, 31) , then the electrodes (1a, 12a) by releasing the negative pressure of the respective segments (13, 3) while maintaining the distance (16b, 7b) transferred to the separator web (9) and in such a way that the clamped assembly (1a, 9, 12a) can be fed in a fixed position from the transfer area (2d, 18c) for subsequent processing (22, 23), while the segments (3, 13) are returned to the respective receiving areas (2a and 18a ) can be moved to start a new cycle.

1 zeigt weiterhin, dass nachdem der geklemmte Verbund aus Separatorbahn (9) und Elektroden (1a,12a) das zweite Transportsystem (18) verlassen hat, in diesem Ausführungsbeispiel noch eine weitere Separatorbahn (20) auf die Elektroden (12a) deckungsgleich und mit gleicher Geschwindigkeit (21) wie die erste Separatorbahn (9), abgelegt wird. Anschließend erfolgt - schematisch und in Kastenform dargestellt - eine Verschweißung (22) der Elektroden (1a, 12a) mit den Separatorbahnen (9, 20), alsdann - ebenso schematisch und in Kastenform dargestellt - ein Schneidvorgang (23), der quer zur Förderrichtung und im jeweiligen Abstand (16b, 7b) der Elektroden (1a, 12a) erfolgt, sodass am Ende ein gestapelter und verschweißter Verbund (24) aus den folgenden Komponenten vorliegt: Separator (20) - Gegen-Elektrode (12a) - Separator (9) - Elektrode (1a); wobei dieser Verbund (24) - gemäß der eingangs gewählten Wortwahl - die Batteriezelle (24) ergibt. 1 also shows that after the clamped combination of separator web (9) and electrodes (1a, 12a) has left the second transport system (18), in this exemplary embodiment another separator web (20) is placed on the electrodes (12a) congruently and at the same speed (21) as the first separator web (9) is deposited. This is followed - shown schematically and in the form of a box - by welding (22) of the electrodes (1a, 12a) to the separator webs (9, 20), then - also shown schematically and in the form of a box - a cutting process (23) which takes place transversely to the conveying direction and at the respective spacing (16b, 7b) of the electrodes (1a, 12a), so that at the end there is a stacked and welded composite (24) made up of the following components: Separator (20) - counter-electrode (12a) - separator (9) - electrode (1a); this composite (24) - resulting in the battery cell (24) - according to the choice of words initially chosen.

3 verdeutlicht, dass nachdem durch die Verschweißung (22) ein stabiler Verbund aus den Separatorbahnen (9, 20) und den Elektroden (1a, 12a) erzeugt wurde, die Greifer (28, 29) ihre die Lage und Position fixierende Aufgabe im Klemmbereich (25) erfüllt haben, somit die Greifer (28, 29) werden geöffnet werden können, und fahren anschließend auf der oval förmigen Transportbahn wieder zurück zum Übergabebereich (2d,18c), um einen neuen Arbeitszyklus zu beginnen; das heißt, der Klemmbereich (25) der Greifer (28, 29) beginnt im Übergabebereich (2d, 16b) und endet im Ausführungsbeispiel nach der Verschweißung (22). 3 makes it clear that after the welding (22) has produced a stable combination of the separator webs (9, 20) and the electrodes (1a, 12a), the grippers (28, 29) carry out their task of fixing the location and position in the clamping area (25 ) have been fulfilled, so that the grippers (28, 29) can be opened, and then drive back to the transfer area (2d, 18c) on the oval-shaped transport path in order to start a new work cycle; that is, the clamping area (25) of the grippers (28, 29) begins in the transfer area (2d, 16b) and ends in the exemplary embodiment after the weld (22).

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

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US 9385395 B2 [0006]

Claims

Device for producing an energy store (24), in that electrodes (1a, 12a) are cut out of electrode tracks (1, 12) by means of a laser (6, 17), and the electrodes (1a, 12a) are spaced (7b, 16b) on a separator track (9), characterized in that a) there are two oval-shaped transport systems (2, 18) which are arranged above and below the separator track (9), b) the oval-shaped transport systems (2, 18) driven segments (3, 13) and straight conveyor sections (2e, 18d), c) on the straight conveyor sections (2e, 18d) the receiving area (2a, 18a) of the electrode tracks (1, 12), the cutting area (2b, 18b) with laser (6,1 7) and the transfer area (2d, 18c) to the separator web (9) are accommodated, d) in the transfer area (2d, 18c) the segments (3, 13) together with the electrodes (1a, 12a) located thereon distance (7b, 16b) from one another, e) at least one gripper system (26 or 27) with driven grippers (28, 29) is present in the transfer area (2d, 18c), and f) the grippers (28, 29) have a straight conveying path (33) which runs parallel to the separator web (9).

Device according to claim 1 , characterized in that the grippers (28, 29) in the overhang (30, 31) clamp the electrodes (1a, 12a) individually (1a or 12a), together (1a and 12a) or in combination with the separator web (9).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the electrodes (1a, 12a) have a lateral projection (30, 31) to the segments (3, 13).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the separator (9) has a lateral projection (30, 31) to the segments (3, 13).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that there are 2 gripper systems (26, 27).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the clamping area (25) of the grippers (28, 29) begins in the transfer area (2d, 18c) and extends at least to the point where the electrodes (1a, 12a) pass through others Medium than experienced by the clamping of the gripper (28, 29), a fixation (22).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the transfer area (2d, 18c) the speed (32) of the grippers (28, 29) is the same as the speed (8, 19) of the segments (3, 13), of the electrodes (1a, 12a) placed on it or the speed (11) of the separator web (9).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the segments (3, 13) are designed so large that an electrode (1a, 12a) is accommodated on each one.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that there is a gap (7a, 16a) between the segments (3, 13) in the receiving area (2a, 18a) and in the cutting area (2b, 18b).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the transfer areas (2d, 18c) of the transport systems (2, 18) have an overlap.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that in the first oval-shaped transport system (2) the receiving area (2a), the cutting area (2b), the feed area (2c) and the transfer area (2d) on the separator track (9) directly opposite side of the straight conveyor section (2e) are arranged.

Device according to one of the preceding claims, characterized in that the transfer area (18c) of the second oval-shaped transport system (18) is arranged on the side of the straight conveyor section (18d) directly opposite the separator track (9), the feed area (18a) and the cutting area (18a) lie on the opposite side of the straight conveying sections (18d).

Device according to one of the preceding claims, characterized in that there are several lasers (6, 17) in the cutting area (2b, 18b) for cutting out the electrodes (1a, 12a).

Method for producing an energy store (24), by cutting electrodes (1a, 12a) from electrode tracks (1, 12) by means of a laser (6, 17), and placing the electrodes (1a, 12a) at a distance (7b, 16b) on a Separator web (9) are placed, with the following process steps: a) picking up and fixing electrode webs (1, 12) on driven segments (3, 13) of oval-shaped transport systems (2, 18), b) cutting out electrodes (1a, 12a) from the electrode tracks (1, 12) by means of lasers (6, 17), c) creating a distance (7b, 16b) between the electrodes (1a, 12a) by briefly accelerating and decelerating the segments (3, 13) together with the electrodes (1a, 12a) located on them, d) feeding the separator web (9 ) between the oval-shaped transport systems (2, 18), e) clamping the electrodes (1a, 12a) by driven grippers (28, 29), f) transferring the electrodes (1a, 12a) from the segments (3, 13). the separator web (9), g) the electrodes (1a, 12a) are transported under the clamping action of the grippers (28, 29), h) the method steps e) to g) taking place while maintaining the distance (7b, 16b), and i ) by carrying out the method steps a), b), e) and f) on the straight conveyor sections (2e, 18d) of the oval-shaped transport systems (2.18).

procedure according to Claim 14 characterized in that the grippers (28, 29) clamp the electrodes (1a, 12a) individually (1a or 12a), together (1a and 12a) or in combination with the separator web (9).

procedure according to Claim 14 or 15 , characterized in that the transport under the clamping action (25) of the gripper systems (27, 26) is maintained at least until a weld (22) or a different type of fixing of the electrodes (1a, 12) and the separator web (9, 20) is removed of the gripper systems is generated.