DE102021110927A1

DE102021110927A1 - Elektrochemische zellen mit kupferfreien elektroden und verfahren zur herstellung desselben

Info

Publication number: DE102021110927A1
Application number: DE102021110927.2A
Authority: DE
Inventors: Xingcheng Xiao; Hongliang Wang; Meinan HE
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2020-10-28
Filing date: 2021-04-28
Publication date: 2022-04-28
Also published as: US20220131126A1; US11462723B2; CN114497437A

Abstract

Vorgestellt werden elektrochemische Vorrichtungen mit kupferfreien Elektroden, Verfahren zur Herstellung/Anwendung solcher Vorrichtungen und Elektrodenaschen und Stromkollektoren auf Lithiumlegierungsbasis für wiederaufladbare Lithiumklassen-Batteriezellen. Ein Verfahren zur Herstellung von kupferfreien Elektroden umfasst das Zuführen eines Aluminiumwerkstücks, wie z. B. eines Streifens aus Aluminiumblech, in eine Maskierungsvorrichtung. Die Maskierungsvorrichtung bringt dann eine Reihe von dielektrischen Masken, wie z. B. Streifen aus Epoxidharz oder dielektrischem Band, auf diskrete Bereiche des Werkstücks auf, um ein maskiertes Aluminiumwerkstück zu bilden, bei dem maskierte Bereiche mit unmaskierten Bereichen verschachtelt sind. Das maskierte Werkstück wird dann in eine elektrolytische Anodisierungslösung, wie z. B. Schwefelsäure, eingebracht, um ein anodisiertes Aluminiumwerkstück mit anodisierten Oberflächenabschnitten auf den nicht maskierten Bereichen zu bilden, die mit nicht anodisierten Oberflächenabschnitten unter den dielektrischen Masken der maskierten Bereiche verschachtelt sind. Die dielektrischen Masken werden entfernt, um die nicht anodisierten Oberflächenabschnitte freizulegen, und das anodisierte Aluminiumwerkstück wird in mehrere kupferfreie Elektroden segmentiert.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf elektrochemische Vorrichtungen. Insbesondere beziehen sich Aspekte dieser Offenbarung auf kupferfreie, anodisierte Elektrodenlaschen und Stromkollektoren für wiederaufladbare Lithiumklasse-Batteriezellen von Fahrzeugen mit Elektroantrieb.
Aktuelle Serienfahrzeuge, wie z. B. das moderne Automobil, sind ursprünglich mit einem Antriebsstrang ausgestattet, der das Fahrzeug antreibt und die Bordelektronik des Fahrzeugs versorgt. Bei Automobilen beispielsweise besteht der Antriebsstrang in der Regel aus einer Antriebsmaschine, die das Antriebsdrehmoment über ein automatisches oder manuell geschaltetes Getriebe an das Antriebssystem des Fahrzeugs (z. B. Differential, Achswellen, Straßenräder usw.) überträgt. Kraftfahrzeuge wurden in der Vergangenheit durch einen Hubkolben-Verbrennungsmotor (ICE) angetrieben, da dieser leicht verfügbar und relativ kostengünstig ist, ein geringes Gewicht hat und eine hohe Effizienz aufweist. Zu diesen Motoren gehören Dieselmotoren mit Selbstzündung (CI), Ottomotoren mit Fremdzündung (SI), Zwei-, Vier- und Sechstakt-Architekturen und Rotationsmotoren, um nur einige Beispiele zu nennen. Hybridelektrische und vollelektrische Fahrzeuge (zusammenfassend als „Fahrzeuge mit Elektroantrieb“ bezeichnet) hingegen nutzen alternative Energiequellen für den Antrieb des Fahrzeugs und minimieren oder beseitigen so die Abhängigkeit von einem auf fossilen Brennstoffen basierenden Motor für die Antriebskraft.
Ein vollelektrisches Fahrzeug (FEV) - umgangssprachlich auch als „Elektroauto“ bezeichnet - ist eine Fahrzeugkonfiguration mit Elektroantrieb, bei der der Verbrennungsmotor und die zugehörigen peripheren Komponenten des Antriebsstrangs vollständig entfallen und ein wiederaufladbares Energiespeichersystem (RESS) und ein Fahrmotor für den Fahrzeugantrieb verwendet werden. Die Motorbaugruppe, das Kraftstoffversorgungssystem und das Abgassystem eines verbrennungsmotorbasierten Fahrzeugs werden in einem batteriebasierten FEV durch einen oder mehrere Antriebsmotoren, eine Antriebsbatteriepackung und Batteriekühlungs- und Ladehardware ersetzt. Hybridelektrofahrzeug (HEV)-Antriebsstränge hingegen nutzen mehrere Antriebskraftquellen, um das Fahrzeug anzutreiben, wobei in der Regel ein Verbrennungsmotor in Verbindung mit einem batterie- oder brennstoffzellenbetriebenen Antriebsmotor betrieben wird. Da Hybridfahrzeuge mit Elektroantrieb ihre Leistung aus anderen Quellen als dem Motor beziehen können, können HEV-Motoren ganz oder teilweise abgeschaltet werden, während das Fahrzeug durch den/die Elektromotor(en) angetrieben wird.
Viele kommerziell erhältliche Hybrid- und Vollelektrofahrzeuge verwenden eine wiederaufladbare Antriebsbatteriepackung, um die erforderliche Energie für den Betrieb der Antriebsmotoreinheit(en) des Antriebsstrangs zu speichern und zu liefern. Um Antriebskraft mit ausreichender Fahrzeugreichweite und Geschwindigkeit zu erzeugen, ist eine Antriebsbatteriepackung deutlich größer, leistungsfähiger und hat eine höhere Kapazität (Ampere-Stunden) als eine Standard-12-Volt-Batterie für Start, Beleuchtung und Zündung (SLI). Verglichen mit der Einzelzelle einer SLI-Batterie, gruppieren moderne Antriebsbatteriepackungen Stapel von Batteriezellen zu einzelnen Batteriemodulen, die auf dem Fahrzeugchassis montiert werden, z.B. durch ein Batteriepackungsgehäuse oder einen Trägereinsatz. Gestapelte elektrochemische Batteriezellen können durch Verwendung einer elektrischen Verbindungsplatine (ICB) in Reihe oder parallel geschaltet werden. Die elektrischen Laschen der einzelnen Batteriezellen, die aus dem Modulgehäuse herausragen, können gegen gemeinsame Busschienenplatten gebogen und mit diesen verschweißt werden. Ein spezielles Batteriepackungssteuermodul (BPCM) regelt in Zusammenarbeit mit einem Antriebsstrangsteuermodul (PCM) das Öffnen und Schließen der Kontakte der Batteriepackung, um den Betrieb der Batteriepackung für den Antrieb des Antriebsmotors /der Antriebsmotoren des Fahrzeugs zu steuern.
Es gibt vier Haupttypen von Batterien, die in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen verwendet werden: Lithiumklasse-Batterien, Nickel-Metallhydrid-Batterien, Ultrakondensator-Batterien und Blei-Säure-Batterien. Entsprechend der Lithiumklasse bilden Lithium-Metall-Batterien (primär) und Lithium-Ionen-Batterien (sekundär) den Großteil der kommerziellen Lithium-Batterie-Konfigurationen (LiB), wobei Lithium-Ionen-Batterien aufgrund ihrer verbesserten Stabilität, Energiedichte und Wiederaufladbarkeit in Automobilanwendungen eingesetzt werden. Eine herkömmliche Lithium-Ionen-Zelle ist aus zwei leitenden Elektroden, einem Elektrolytmaterial und einem durchlässigen Separator aufgebaut, die alle in einer elektrisch isolierten Verpackung eingeschlossen sind. Eine Elektrode dient als positive Elektrode („Kathode“) und die andere Elektrode dient als negative Elektrode („Anode“). Wiederaufladbare Li-Ionen-Batterien funktionieren, indem Lithium-Ionen reversibel zwischen der negativen und der positiven Elektrode hin und her geleitet werden. Der Separator, der im Allgemeinen aus einer mikroporösen Polymermembran besteht, ist zwischen den beiden Elektroden angeordnet, um elektrische Kurzschlüsse zu verhindern und gleichzeitig den Transport von ionischen Ladungsträgern zu ermöglichen. Der Elektrolyt ist für die Leitung von Lithium-Ionen geeignet und kann in fester Form (z. B. Festkörperdiffusion) oder in flüssiger Form (z. B. Flüssigphasendiffusion) vorliegen. Lithium-Ionen bewegen sich beim Entladen der Batterie unter Last von der negativen Elektrode zur positiven Elektrode und beim Laden der Batterie in umgekehrter Richtung.
BESCHREIBUNG
Hier werden elektrochemische Vorrichtungen mit kupferfreien Elektroden, Verfahren zum Herstellen und Verfahren zum Verwenden solcher Vorrichtungen sowie Elektrodenlaschen und Stromkollektoren auf Lithiumlegierungsbasis für wiederaufladbare Lithiumklassen-Batteriezellen vorgestellt. Beispielhaft und nicht einschränkend werden Li-Ionen-Weichpolymer (LiPo)-Taschenzellen mit kupferfreien, anodisierten Lithium-Aluminium (LiAl)-Legierungselektroden, Herstellungsverfahren zum selektiven Anodisieren von LiAl-Elektrodenlaschen und Techniken zum Innen-/Außenschweißen von anodisierten LiAl- Elektrodenlaschen beim Zusammenbau von LiPo-Taschenzellen vorgestellt. Zum Beispiel wird ein selektiver Anodisierungsprozess verwendet, um eine anodisierte (eloxierte) Aluminiumoxid (AAO) Oberflächenbeschichtung auf diskrete Bereiche einer LiAl-Legierungsanode aufzubringen. Vor dem Anodisieren wird eine Maske aus dielektrischem Band oder Epoxidharz - dosiert in vordefinierten Abständen - auf die Oberfläche eines Aluminiumblechs - gerollt oder gesprüht. Das maskierte Aluminiumblech wird dann in ein chemisches Bad, z. B. aus einer elektrolytischen Anodisierungslösung aus Schwefelsäure, überführt, um eine Anodisierung der freiliegenden Blechoberflächen zu erzeugen. Nach dem Anodisieren wird das Maskenmaterial von der Aluminiumoberfläche gelöst, abgeschält oder anderweitig entfernt, um die nicht anodisierten Oberflächenbereiche freizulegen. Dann wird ein Querdichtungsstreifen in ausgewählten Abständen entlang der Länge des Blechs angebracht; der Blechstreifen wird anschließend in einzelne Laschen geschnitten. Jede Lasche wird in eine Zellentasche eingesetzt und mit einem entsprechenden kupferfreien Stromkollektor verbunden; die Tasche wird dann mit den Dichtungsstreifen abgedichtet. Die nicht anodisierten Bereiche benachbarter LiAl-Elektrodenlaschen werden elektrisch miteinander verbunden, z. B. durch Laserschweißen.
Zu den begleitenden Vorteilen für zumindest einige der offenbarten Konzepte gehören kupferfreie Elektrodenlaschen und Stromkollektoren, die das Gewicht der Zelle reduzieren und die Energiedichte der Zelle im Vergleich zu elektrochemischen Zellen auf Kupferbasis erhöhen. Darüber hinaus trägt die Verwendung von porösen anodisierten Aluminiumoxid-Oberflächenbeschichtungen für die Zelllaschen zu einem verbesserten mechanischen Schutz der Laschen bei und erleichtert den Ladungstransfer des Elektrolyten. Die selektive Anodisierung bestimmter Bereiche eines Zelllaschen aus einer LiAl-Legierung hilft, die Schweißqualität zu verbessern und gleichzeitig die Sprödigkeit der Schweißnaht und den elektrischen Widerstand zu verringern. Zusätzliche Kosteneinsparungen und Gewichtsreduzierungen der Zellen können durch die Verwendung von kupferfreien Zelllaschen realisiert werden, die eine reduzierte Länge der Laschen und eine direkte Verbindung von Zelle zu Zelle ermöglichen und somit die Busschienen zwischen den Zellen beseitigen. Zu den weiteren Vorteilen gehört die Möglichkeit, die Herstellung von LiPo-Batteriezellen einfach zu skalieren und die damit verbundenen Herstellungskosten zu reduzieren.
Aspekte dieser Offenbarung sind auf Herstellungsverfahren, Steuerlogik und computerlesbare Medien (CRM) zur Herstellung und/oder Verwendung von Elektrodenlaschen und Stromkollektoren auf Lithiumlegierungsbasis für wiederaufladbare Lithiumklasse-Batteriezellen gerichtet. In einem Beispiel wird ein Verfahren zur Herstellung kupferfreier Elektroden für elektrochemische Vorrichtungen vorgestellt. Dieses repräsentative Verfahren umfasst, in beliebiger Reihenfolge und in beliebiger Kombination mit einer der oben und unten offenbarten Optionen und Merkmale Zuführen eines kupferfreien Metallwerkstücks in eine Maskierungsvorrichtung; Aufbringen einer Reihe von dielektrischen Masken auf diskrete Bereiche des Metallwerkstücks über die Maskierungsvorrichtung, um ein maskiertes Metallwerkstück mit maskierten Oberflächenbereichen zu bilden, die mit nicht maskierten Oberflächenbereichen verschachtelt sind; Zuführen des maskierten Werkstücks in eine Anodisierungslösung, um ein anodisiertes Metallwerkstück mit anodisierten Oberflächenabschnitten auf den nicht maskierten Oberflächenbereichen und verschachtelt mit nicht anodisierten Oberflächenabschnitten unterhalb der dielektrischen Masken der maskierten Oberflächenbereiche zu bilden; Entfernen der dielektrischen Masken, um die nicht anodisierten Oberflächenabschnitte freizulegen; und Segmentieren des anodisierten Metallwerkstücks in mehrere kupferfreie Elektroden.
Weitere Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auf Lithium-Batteriezellen mit Elektrodenlaschen und Stromkollektoren auf Lithiumlegierungsbasis, wiederaufladbare Batteriepackungen, die solche Lithium-Batteriezellen verwenden, und elektrisch angetriebene Fahrzeuge, die mit solchen Batteriepackungen ausgestattet sind. Wie hierin verwendet, können die Begriffe „Fahrzeug“ und „Kraftfahrzeug“ austauschbar und synonym verwendet werden, um jede relevante Fahrzeugplattform einzuschließen, wie z. B. Personenfahrzeuge (HEV, FEV, Brennstoffzelle, voll- und teilautonom usw.), Nutzfahrzeuge, Industriefahrzeuge, Schienenfahrzeuge, Gelände- und All-Terrain-Fahrzeuge (ATV), Motorräder, landwirtschaftliche Geräte, Wasserfahrzeuge, Luftfahrzeuge, E-Bikes, E-Scooter usw. Für nicht-automobile Anwendungen können die offenbarten Konzepte für jede logisch relevante Verwendung implementiert werden, einschließlich eigenständiger Kraftwerke und tragbarer Netzteile, Photovoltaikanlagen, tragbarer elektronischer Geräte, Pumpenanlagen, Werkzeugmaschinen, Geräte usw.
Aspekte dieser Offenbarung beziehen sich auch auf Batteriezellen-Produktionsanlagen und - Montagelinien für zur Herstellung von Lithiumklasse-Batteriezellen mit Elektrodenlaschen und Stromkollektoren auf Lithiumlegierungsbasis. Zum Beispiel wird ein Fertigungssystem zur Herstellung von kupferfreien Elektroden für elektrochemische Vorrichtungen vorgestellt. Dieses Fertigungssystem umfasst eine Zuführungsstation, die kupferfreie Metallwerkstücke lagert und zuführt, und eine Maskierungsvorrichtung, die der Zuführungsstation nachgeschaltet ist. Die Maskierungsvorrichtung kann eine Reihe von quer ausgerichteten, in Längsrichtung beabstandeten dielektrischen Masken auf diskrete Bereiche des Werkstücks aufbringen, um ein maskiertes Metallwerkstück zu bilden, bei dem maskierte Bereiche mit unmaskierten Bereichen verschachtelt sind. In einem der Maskierungsstation nachgeschalteten Anodisierungsbad wird eine Anodisierungslösung gespeichert, die die unmaskierten Oberflächenbereiche des Werkstücks anodisiert. Dadurch entsteht ein anodisiertes Metallwerkstück mit anodisierten Oberflächenabschnitten, die sich auf den unmaskierten Bereichen des Werkstücks befinden und mit nicht anodisierten Oberflächenabschnitten, die sich unterhalb der dielektrischen Masken der maskierten Bereiche befinden, durchsetzt sind. Eine Maskierungsentfernungsstation, die dem Anodisierungsbad nachgeschaltet ist, entfernt die dielektrischen Masken vom anodisierten Werkstück, so dass die nicht anodisierten Oberflächenbereiche freigelegt werden. Eine Schneidestation segmentiert das anodisierte Metallwerkstück selektiv in mehrere kupferfreie Elektroden.
Für jedes der offenbarten Systeme, Verfahren und Anwendungen kann die Maskierungsvorrichtung eine oder mehrere Zuführungsspulen enthalten, die jeweils eine Rolle dielektrisches Band tragen. In diesem Fall ist jede der dielektrischen Masken auf dem Metallwerkstück ein entsprechender Bandstreifen, der von der Rolle des dielektrischen Bandes abgeschnitten wurde. Die Maskierungsvorrichtung kann auch eine oder mehrere Klemmbandzuführungsrollen enthalten. In diesem Fall zieht jede Bandzuführungsrolle eine Zuführung an dielektrischem Band von einer der Rollen mit dielektrischem Band auf einer Zuführungsspule ab und drückt das zugeführte dielektrische Band auf die einzelnen Bereiche des Werkstücks. Zum Entfernen der dielektrischen Masken kann die Maskierungsentfernungsstation einen Lösungsspeicherbehälter zum Aufbewahren einer organischen Lösung enthalten, die die Streifen des dielektrischen Bandes von den anodisierten Werkstücken ablöst. Alternativ kann die Maskierungsentfernungsstation eine Abziehstation enthalten, mit der die Streifen des dielektrischen Bandes von den Oberflächen der Werkstücke abgezogen werden können.
Für jedes der offenbarten Systeme, Verfahren und Anwendungen kann die Maskierungsvorrichtung einen Epoxidharz-Zuführungsbehälter, eine mit dem Epoxidharz-Zuführungsbehälter gekoppelte Sprühdüse und ein oder mehrere Paare gegenüberliegender Zuführungsrollen umfassen. In diesem Fall enthält der Zuführungsbehälter ein Epoxidharz; die Sprühdüse sprüht dosierte Mengen des Epoxidharzes, so dass jede dielektrische Maske aus einem entsprechenden Streifen gehärteten Epoxidharzes zusammengesetzt ist. Das Paar oder die Paare von Zuführungsrollen dienen dazu, das Werkstück in die Maskierungsvorrichtung zu ziehen und nach dem Maskieren durch diese hindurchzuführen. Um die dielektrischen Masken zu entfernen, kann die Maskierungsentfernungsstation einen Lösungsspeicherbehälter enthalten, der eine organische Lösung zum Auflösen von Epoxidharzstreifen von anodisierten Metallwerkstücken speichert und optional abgibt.
Für jede der offenbarten Systeme, Verfahren und Anwendungen wird jede kupferfreie Elektrode - sei es eine Elektrodenlasche, ein Stromkollektor, oder eine Kombination der beiden - im Ganzen oder teilweise aus einem Lithium-Aluminium-Legierungsmaterial gebildet. Als weitere Option kann die Anodisierungslösung dazu führen, dass sich auf den unmaskierten Oberflächenbereichen des Aluminiumwerkstücks eine poröse Schicht aus anodisiertem Aluminiumoxid bildet; auf die Oberfläche des porösen AAO kann optional eine Schicht aus nickelreichem Manganoxid, wie z. B. NMC811, aufgebracht werden. Während des Maskierungsprozesses kann eine Reihe dielektrischer Masken auf einen Satz verschiedener Bereiche einer oberen (ersten) Seite jedes Metallwerkstücks aufgebracht werden, und eine andere Reihe dielektrischer Masken kann auf einen anderen Satz verschiedener Bereiche einer unteren (zweiten) Seite jedes Werkstücks aufgebracht werden.
Für jedes der offenbarten Systeme, Verfahren und Anwendungen kann eine Reihe von quer ausgerichteten, in Längsrichtung beabstandeten Dichtungsstreifen auf das anodisierte Metallwerkstück neben jedem nicht anodisierten Oberflächenabschnitt aufgebracht werden. Diese Dichtungsstreifen dichten fluidisch gegen einen Gehäuseabschnitt der elektrochemischen Vorrichtung ab (z. B. gegen eine Innenlippe einer Zelltaschenwand). Als weitere Option kann eine Schweißstation eingesetzt werden, um jeden der nicht anodisierten Oberflächenabschnitte jeder kupferfreien Elektrode mit einem jeweiligen kupferfreien Stromkollektor und/oder einer jeweiligen Nachbarelektrode zu verschweißen. Außerdem kann ein metallisches Werkstück aus einem Aluminiumblechstreifen zusammengesetzt sein, der von einer Blechrolle abgezogen wird, die auf einer Werkstückzuführungsrolle montiert ist. In diesem Fall wird das Aluminiumwerkstück der Maskierungsstation zugeführt, indem der Aluminiumblechstreifen von der Blechrolle von der Werkstückzuführungsrolle abgezogen wird. Einer oder mehrere oder alle der oben genannten Fertigungsschritte können ganz oder teilweise automatisiert sein. Darüber hinaus können zusätzliche und alternative Fertigungsschritte und/oder Fertigungsstationen als Teil der Produktion und Montage der offenbarten kupferfreien Elektroden eingesetzt werden.
Die obige Zusammenfassung stellt nicht jede Ausführungsform oder jeden Aspekt dieser Offenbarung dar. Vielmehr werden die obigen Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und damit verbundene Vorteile dieser Offenbarung aus der folgenden detaillierten Beschreibung von anschaulichen Beispielen und Modi zur Ausführung der vorliegenden Offenbarung einfach ersichtlich sein, wenn sie in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen und den beigefügten Ansprüchen betrachtet werden. Darüber hinaus umfasst diese Offenbarung ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der oben und unten dargestellten Elemente und Merkmale.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung eines repräsentativen elektrisch angetriebenen Fahrzeugs mit einem elektrischen Hybrid-Antriebsstrang, der eine elektrische Motor-Generator-Einheit (MGU) verwendet, die von einer wiederaufladbaren Antriebsbatteriepackung mit kupferfreien Batteriezellen versorgt wird, gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
2 ist eine schematische Darstellung einer repräsentativen elektrochemischen Lithiumklasse-Vorrichtung der mit einer kupferfreien Anodenelektrode und einer kupferfreien Kathodenelektrode gemäß Aspekten der vorliegenden Offenbarung.
3A und 3B zeigen ein Arbeitsablaufdiagramm für ein repräsentatives System und Verfahren zur Herstellung einer selektiv anodisierten, kupferfreien Elektrode einer elektrochemischen Vorrichtung, bei der einige oder alle Herstellungsvorgänge mit gespeicherten Anweisungen korrespondieren können, die von einer ortsansässigen oder ferngesteuerten Steuerung, einer Steuerlogikschaltung, einer programmierbaren Steuereinheit oder einer anderen Vorrichtung oder einem Netzwerk von Vorrichtungen mit integrierter Schaltung (IC) ausgeführt werden können, gemäß Aspekten der offenbarten Konzepte.

Repräsentative Ausführungsformen dieser Offenbarung sind als nicht einschränkende Beispiele in den Zeichnungen dargestellt und werden im Folgenden zusätzlich beschrieben. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die neuen Aspekte dieser Offenbarung nicht auf die besonderen Formen beschränkt sind, die in den oben aufgezählten Zeichnungen dargestellt sind. Vielmehr soll die Offenbarung alle Modifikationen, Äquivalente, Kombinationen, Unterkombinationen, Permutationen, Gruppierungen und Alternativen umfassen, die in den Anwendungsbereich dieser Offenbarung fallen, wie sie beispielsweise von den beigefügten Ansprüchen umfasst werden.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Diese Offenbarung kann in vielen verschiedenen Formen verwirklicht werden. Repräsentative Beispiele der Offenbarung sind in den Zeichnungen dargestellt und werden hier im Detail beschrieben, wobei diese Ausführungsformen als Beispiel für die offenbarten Prinzipien dienen und nicht als Einschränkungen der allgemeinen Aspekte der Offenbarung. Zu diesem Zweck sollten Elemente und Beschränkungen, die beispielsweise in den Abschnitten „Zusammenfassung“, „Einleitung“, „Beschreibung“, „Beschreibung der Zeichnungen“ und „Detaillierte Beschreibung“ beschrieben, aber nicht explizit in den Ansprüchen dargelegt sind, nicht in die Ansprüche aufgenommen werden, weder einzeln noch insgesamt, weder durch Implikation noch durch Schlussfolgerung oder auf andere Weise. Darüber hinaus sind die hier besprochenen Zeichnungen möglicherweise nicht maßstabsgetreu und dienen lediglich zu Anleitungszwecken. Daher sind die in den Figuren gezeigten spezifischen und relativen Abmessungen nicht als einschränkend zu verstehen.
Für die Zwecke der vorliegenden detaillierten Beschreibung gilt, sofern nicht ausdrücklich ausgeschlossen: Der Singular schließt den Plural ein und umgekehrt; die Wörter „und“ und „oder“ gelten sowohl im Konjunktiv als auch im Disjunktiv; die Wörter „jeder“ und „alle“ bedeuten „jeder und alle“; und die Wörter „einschließlich“, „enthaltend“, „umfassend“, „aufweisend“, zusammen mit Permutationen davon und ähnlichen Begriffen, bedeuten jeweils „einschließlich ohne Einschränkung“. Darüber hinaus können Wörter der Annäherung, wie z. B. „ungefähr“, „fast“, „im Wesentlichen“, „im Allgemeinen“, „ungefähr“ und dergleichen hier jeweils im Sinne von „bei, in der Nähe oder fast bei“ oder „innerhalb von 0-5 % von“ oder „innerhalb akzeptabler Fertigungstoleranzen“ oder jeder logischen Kombination davon verwendet werden. Schließlich können richtungsbezogene Adjektive und Adverbien, wie z. B. vorwärts, zurück, innenbords, außenbords, steuerbord, backbord, vertikal, horizontal, aufwärts, abwärts, vorne, hinten, links, rechts usw., in Bezug auf ein Kraftfahrzeug verwendet werden, wie z. B. eine Vorwärtsfahrtrichtung eines Kraftfahrzeugs, wenn das Fahrzeug operativ auf einer horizontalen Fahrfläche ausgerichtet ist.
Unter Bezugnahme auf die Zeichnungen, in denen sich gleiche Referenznummern auf gleiche Merkmale in den verschiedenen Ansichten beziehen, ist in 1 eine schematische Darstellung eines repräsentativen Automobils gezeigt, das allgemein mit 10 bezeichnet und hier zu Diskussionszwecken als Personenkraftwagen mit einem parallelen Zwei-Kupplungs (P2) Hybrid-Elektro-Antriebsstrang dargestellt ist. Das dargestellte Automobil 10 - hier auch kurz als „Kraftfahrzeug“ oder „Fahrzeug“ bezeichnet - ist lediglich eine beispielhafte Anwendung, mit der neue Aspekte dieser Offenbarung praktiziert werden können. In gleicher Weise sollte die Umsetzung der vorliegenden Konzepte in einem Hybrid-Elektro-Antriebsstrang auch als eine repräsentative Umsetzung der hier offenbarten neuartigen Konzepte verstanden werden. Als solches wird es verstanden werden, dass Facetten der vorliegenden Offenbarung auf andere Antriebsstrang-Architekturen angewendet werden können, in jede logisch relevante Art von Kraftfahrzeug eingebaut werden können und sowohl für automobile als auch für nicht-automobile Anwendungen gleichermaßen genutzt werden können. Schließlich sind nur ausgewählte Komponenten gezeigt worden und werden hier im Detail beschrieben. Dennoch können die Fahrzeuge (1), elektrochemische Vorrichtungen (2) und Fertigungssysteme (3A und 3B), die unten diskutiert werden, zahlreiche zusätzliche und alternative Merkmale und andere verfügbare periphere Komponenten und Hardware enthalten, um die verschiedenen Verfahren und Funktionen dieser Offenbarung auszuführen.
Das repräsentative Fahrzeug-Antriebsstrangsystem ist in 1 mit einem Antriebsaggregat - hier dargestellt durch eine startfähige Verbrennungskraftmaschine (ICE) 12 und eine Elektromotor- /Generatoreinheit 14 - dargestellt, das über ein mehrgängiges automatisches Leistungsgetriebe 16 mit einer Antriebswelle 15 eines Achsantriebs 11 antriebsmäßig verbunden ist. Der Motor 12 überträgt Leistung, vorzugsweise in Form eines Drehmoments, über eine Motorkurbelwelle 13 („Motorabtriebselement“) auf eine Eingangsseite des Getriebes 16. Das Motordrehmoment wird zunächst über die Kurbelwelle 13 übertragen, um eine motorgetriebene Torsionsdämpferbaugruppe 26 in Drehung zu versetzen, und gleichzeitig über die Torsionsdämpferbaugruppe 26 auf eine Motortrennvorrichtung 28 übertragen. Diese Motortrennvorrichtung 28 überträgt, wenn sie in Betrieb ist, das von der ICE-Baugruppe 12 über den Dämpfer 26 empfangene Drehmoment auf die Eingangsstruktur der TC-Baugruppe 18. Wie der Name schon sagt, kann die Motortrennvorrichtung 28 selektiv ausgekuppelt werden, um den Motor 12 antriebsmäßig vom Motor 14, der TC-Baugruppe 18 und dem Getriebe 16 zu entkoppeln.
Das Getriebe 16 wiederum ist so ausgelegt, dass es die Antriebskraft des Motors 12 und des Motors 14 aufnimmt, selektiv manipuliert und an das Achsantriebssystem 11 des Fahrzeugs verteilt - hier dargestellt durch eine Antriebswelle 15, ein hinteres Differential 22 und ein Paar hinterer Straßenräder 20 - und dadurch das Hybridfahrzeug 10 antreibt. Das Leistungsgetriebe 16 und der Drehmomentwandler 18 von 1 können sich eine gemeinsame Getriebeölwanne oder einen „Sumpf“ 32 zur Versorgung mit Hydraulikflüssigkeit teilen. Eine gemeinsame Getriebepumpe 34 liefert ausreichend Hydraulikdruck für die Flüssigkeit, um selektiv hydraulisch aktivierte Elemente des Getriebes 16, der TC-Baugruppe 18 und, bei einigen Implementierungen, der Motortrennvorrichtung 28 zu betätigen.
Die ICE-Baugruppe 12 treibt das Fahrzeug 10 unabhängig vom elektrischen Fahrmotor 14 an, z. B. in einer „Nur-Motor“-Betriebsart, oder in Zusammenarbeit mit dem Motor 14, z. B. in „Fahrzeugstart“- oder „Motor-Boost“-Betriebsarten. In dem in 1 dargestellten Beispiel kann die ICE-Baugruppe 12 ein beliebiger verfügbarer oder später entwickelter Motor sein, wie z. B. ein selbstgezündeter Dieselmotor oder ein fremdgezündeter Benzin- oder Flex-Fuel-Motor, der leicht angepasst werden kann, um seine verfügbare Leistungsabgabe typischerweise bei einer Anzahl von Umdrehungen pro Minute (U/min) bereitzustellen. Obwohl in 1 nicht explizit dargestellt, sollte man sich bewusst sein, dass das Achsantriebssystem 11 jede verfügbare Konfiguration annehmen kann, einschließlich Layouts mit Vorderradantrieb (FWD), Hinterradantrieb (RWD), Vierradantrieb (4WD), Allradantrieb (AWD), Sechs-mal-Vier (6X4), usw.
1 zeigt auch eine elektrische Motor-/Generatoreinheit („Motor“) 14, die über eine Motorträgernabe, eine Welle oder einen Riemen 29 („Motorausgangselement“) mit dem hydrodynamischen Drehmomentwandler 18 verbunden ist. Der Drehmomentwandler 18 wiederum verbindet den Motor 14 antriebsmäßig mit einer Eingangswelle 17 („Getriebeeingangselement“) des Getriebes 16. Die Elektromotor/Generator-Einheit 14 ist aus einer ringförmigen Statorbaugruppe 21 zusammengesetzt, die eine zylindrische Rotorbaugruppe 23 umschreibt und konzentrisch zu dieser angeordnet ist. Der Stator 21 wird über ein elektrisches Hochspannungssystem mit elektrischen Leitern/Kabeln 27 versorgt, die über geeignete Dichtungs- und Isolierdurchführungen (nicht dargestellt) durch das Motorgehäuse geführt werden. Umgekehrt kann die elektrische Energie von der MGU 14 zu einer bordeigenen Antriebsbatteriepackung 30 geleitet werden, z. B. durch regeneratives Bremsen. Der Betrieb aller dargestellten Komponenten des Antriebsstrangs kann von einem fahrzeuginternen oder -externen Steuergerät gesteuert werden, z. B. von einer programmierbaren elektronischen Steuereinheit (ECU) 25. Obwohl als P2-Hybrid-Elektro-Architektur dargestellt, kann das Fahrzeug 10 auch andere HEV-Antriebsstrang-Konfigurationen verwenden, einschließlich P0-, P1-, P2,5-, P3- und P4-Konfigurationen, oder kann für ein BEV, PHEV, Brennstoffzellen-Hybridfahrzeug, FEVs usw. angepasst werden.
Das Leistungsgetriebe 16 kann ein Differentialgetriebe 24 verwenden, um selektiv variable Drehmoment- und Drehzahlverhältnisse zwischen den Getriebeeingangs- und Ausgangswellen 17 bzw. 19 zu erreichen, z. B. indem die gesamte oder ein Teil der Leistung durch die variablen Elemente geschickt wird. Eine Form des Differentialgetriebes ist das epizyklische Planetengetriebe. Ein Planetengetriebe bietet den Vorteil der Kompaktheit und der unterschiedlichen Drehmoment- und Drehzahlverhältnisse zwischen allen Gliedern des Planetengetriebe-Teilsatzes. Traditionell werden hydraulisch betätigte Vorrichtungen zum Aufbau des Drehmoments, wie Kupplungen und Bremsen (der Begriff „Kupplung“ bezieht sich sowohl auf Kupplungen als auch auf Bremsen), selektiv in Eingriff gebracht, um die oben genannten Getriebeelemente zu aktivieren und die gewünschten Vorwärts- und Rückwärtsdrehzahlverhältnisse zwischen den Eingangs- und Ausgangswellen 17, 19 des Getriebes herzustellen. Obwohl es als 8-Gang-Automatikgetriebe vorgesehen ist, kann das Leistungsgetriebe 16 optional auch andere funktionell geeignete Konfigurationen annehmen, einschließlich stufenloser Getriebearchitekturen (CVT), automatisiertmanueller Getriebe usw.
Die hydrokinetische Drehmomentwandlerbaugruppe 18 aus 1 arbeitet als Fluidkopplung, um den Verbrennungsmotor 12 und den Motor 14 mit dem internen Planetengetriebe 24 des Leistungsgetriebes 16 funktionell zu verbinden. In einer internen Fluidkammer der Drehmomentwandlerbaugruppe 18 befindet sich ein Schaufellaufrad 36, dem eine Schaufelturbine 38 gegenübersteht. Das Laufrad 36 befindet sich in serieller Leistungsfluss-Fluidverbindung neben der Turbine 38, wobei ein Stator (nicht dargestellt) zwischen dem Laufrad 36 und der Turbine 38 angeordnet ist, um den Fluidfluss dazwischen selektiv zu verändern. Die Übertragung des Drehmoments von den Motor- und Motorabtriebselementen 13, 29 auf das Getriebe 16 über die TC-Baugruppe 18 erfolgt durch Rührerregung von Hydraulikflüssigkeit, wie z. B. Getriebeöl, in der internen Flüssigkeitskammer des TC, die durch die Drehung der Laufrad- und Turbinenschaufeln 36, 38 verursacht wird. Zum Schutz dieser Komponenten ist die Drehmomentwandlerbaugruppe 18 mit einem TC-Pumpengehäuse konstruiert, das hauptsächlich durch einen getriebeseitigen Pumpenmantel 40 definiert ist, der fest mit einem motorseitigen Pumpendeckel 42 verbunden ist, so dass dazwischen eine Kammer für hydraulisches Arbeitsfluid gebildet wird.
In 2 ist eine beispielhafte elektrochemische Vorrichtung in Form einer wiederaufladbaren (sekundären) Lithium-Ionen-Batterie 110 dargestellt, die eine Gleichstrom-Schnellladung (DCFC) für eine gewünschte elektrische Last, wie z.B. das Automobil 10 von 1, ermöglicht. Die Batterie 110 umfasst ein Paar elektrisch leitender Elektroden, nämlich eine erste (negative oder Anoden-) Arbeitselektrode 122 und eine zweite (positive oder Kathoden-) Arbeitselektrode 124, die in einem schützenden Außengehäuse 120 verpackt sind. In zumindest einigen Konfigurationen kann das Batteriegehäuse 120 eine hüllenartige Tasche sein, die aus Aluminiumfolie oder einem anderen geeigneten Blechmaterial gebildet ist, dessen beide Seiten mit einer polymeren Beschichtung versehen sein können, die das Metall von den inneren Zellelementen und von benachbarten Zellen, falls vorhanden, isoliert. Eine Bezugnahme auf eine der beiden Arbeitselektroden 122, 124 als „Anode“ oder „Kathode“ oder, für diese Angelegenheit, als „positiv“ oder „negativ“ beabsichtigt nicht, die Elektroden 122, 124 auf eine bestimmte Polarität zu begrenzen, da sich die Systempolarität ändern kann, je nachdem, wie die Batterie 110 betrieben wird (d.h. geladen oder entladen). Obwohl 2 die Komponenten einer einzelnen Batteriezelleneinheit zeigt, die in das Batteriegehäuse 120 eingesetzt ist, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass das Gehäuse 110 darin einen sandwichartigen Stapel von mehreren Zellkomponenteneinheiten (z. B. fünf bis fünfzehn Einheiten) verstauen kann.
Unter fortgesetzter Bezugnahme auf 2 kann die Anodenelektrode 122 aus einem Material hergestellt werden, das in der Lage ist, Lithiumionen während eines Batterieladevorgangs aufzunehmen und Lithiumionen während eines Batterieentladevorgangs abzugeben. Beispielhafte Anodenmaterialien, die für diese Funktion geeignet sind, können Kohlenstoffmaterialien (z. B. Graphit, Koks, weiche Kohlenstoffe und harte Kohlenstoffe) und Metalle (z. B. Si, Al, Sn und/oder Legierungen davon) umfassen, sind aber nicht darauf beschränkt. In dieser Hinsicht kann die Kathodenelektrode 124 aus einem Material hergestellt werden, das in der Lage ist, Lithiumionen während eines Batterieladevorgangs zu liefern und Lithiumionen während eines Batterieentladevorgangs aufzunehmen. Das Kathodenmaterial 240 kann beispielsweise Materialien auf Lithiumlegierungsbasis umfassen, wie Lithiummetalloxid, -phosphat oder -silikat, wie LiAl-Legierungen, LiMO2 (M=Co, Ni, Mn oder Kombinationen davon); LiM204 (M=Mn, Ti oder Kombinationen davon); LiMPO4 (M=Fe, Mn, Co oder Kombinationen davon); und LiMxM'2-xO4 (M, M'=Mn oder Ni). Es kann wünschenswert sein, dass die Anodenelektrode 122 und die Kathodenelektrode 124 aus Materialien hergestellt werden, die eine lange Zykluslebensdauer und Kalenderlebensdauer aufweisen und während der gesamten Lebensdauer der Batterie keine signifikante Widerstandserhöhung erfahren.
Im Inneren des Batteriegehäuses 120 ist zwischen den beiden Elektroden 122, 124 ein poröser Separator 126 angeordnet, der als mikroporöser oder nanoporöser polymerer Separator ausgebildet sein kann. Der poröse Separator 126 enthält eine nicht-wässrige flüssige Elektrolytzusammensetzung 130, die auch in der negativen Elektrode 122 und der positiven Elektrode 124 vorhanden sein kann. Ein negativer Elektrodenstromkollektor 132 kann an oder in der Nähe der negativen Elektrode 122 angeordnet sein, und ein positiver Elektrodenstromkollektor 134 kann an oder in der Nähe der positiven Elektrode 124 angeordnet sein. Der negative Elektrodenstromkollektor 132 und der positive Elektrodenstromkollektor 134 sammeln bzw. bewegen freie Elektronen zu und von einem externen Stromkreis 140. Ein unterbrechbarer externer Stromkreis 140 und eine Last 142 sind mit der negativen Elektrode 122 über ihren jeweiligen Stromkollektor 132 und die Elektrodenlasche 136 und mit der positiven Elektrode 124 über ihren jeweiligen Stromkollektor 134 und die Elektrodenlasche 138 verbunden. Der Separator 126 kann eine flächige Struktur sein, die aus einer porösen Polyolefinmembran besteht, z. B. mit einer Porosität von etwa 35 % bis 65 % und einer Dicke von etwa 25-30 Mikrometern. Diese Separatoren 126 können modifiziert werden, z. B. durch die Zugabe von elektrisch nicht leitenden Keramikpartikeln (z. B. Siliziumdioxid), die auf die porösen Membranoberflächen aufgebracht werden.
Der poröse Separator 126 kann sowohl als elektrischer Isolator als auch als mechanische Stützstruktur fungieren, indem er sandwichartig zwischen den beiden Elektroden 122, 124 angeordnet ist, um zu verhindern, dass die Elektroden physisch miteinander in Kontakt kommen und somit ein Kurzschluss entsteht. Zusätzlich zur Bereitstellung einer physischen Barriere zwischen den Elektroden 122, 124 kann der poröse Separator 126 einen Pfad mit minimalem Widerstand für den internen Durchgang von Lithium-Ionen (und verwandten Anionen) während des Zyklierens der Lithium-Ionen bereitstellen, um die Funktion der Batterie 120 zu erleichtern. In Lithium-Ionen-Batterien interkaliert und/oder legiert das Lithium in den aktiven Elektrodenmaterialien; umgekehrt löst sich das Lithium in einer Lithium-Schwefel-Batterie, anstatt zu interkalieren oder zu legieren, von der negativen Elektrode und wandert zur positiven Elektrode, wo es während der Batterieentladung reagiert/aufschichtet. Bei einigen optionalen Konfigurationen kann der poröse Separator 126 ein mikroporöser polymerer Separator sein, der ein Polyolefin enthält. Das Polyolefin kann ein Homopolymer sein, das von einem einzigen Monomerbestandteil abgeleitet ist, oder ein Heteropolymer, das von mehr als einem Monomerbestandteil abgeleitet ist, und kann entweder linear oder verzweigt sein.
Im Betrieb als wiederaufladbares elektrisches Speichersystem erzeugt die Batterie 120 elektrischen Strom, der an eine oder mehrere Lasten 142 übertragen wird, die operativ mit dem externen Schaltkreis 140 verbunden sind. Während die Last 142 eine beliebige Anzahl von elektrisch betriebenen Vorrichtungen sein kann, umfassen ein paar nicht-einschränkende Beispiele für stromverbrauchende Lastvorrichtungen einen Elektromotor für ein Hybrid-Elektrofahrzeug oder ein vollelektrisches Fahrzeug, ein Laptop-Computer oder Tablet-Computer, ein Mobiltelefon und schnurlose Elektrowerkzeuge oder -geräte. Die Batterie 120 kann eine Vielzahl von anderen Komponenten enthalten, die hier der Einfachheit und Kürze halber nicht dargestellt sind, aber dennoch im Handel erhältlich sind und leicht verfügbar sind. Beispielsweise kann die Batterie 120 eine oder mehrere Dichtungen, Polkappen, Laschen, Batteriepole und alle anderen herkömmlichen Komponenten oder Materialien enthalten, die sich innerhalb der Batterie 120 befinden können, um ein nicht einschränkendes Beispiel zu nennen. Darüber hinaus können die Größe und Form sowie die Betriebseigenschaften der Batterie 120 in Abhängigkeit von der jeweiligen Anwendung, für die sie ausgelegt ist, variieren.
Die Lithium-Ionen-Batterie 110 kann ein „kupferfreies“ Design annehmen, bei dem beide Batterieelektroden 122, 124, einschließlich ihrer jeweiligen Stromkollektoren 132, 134 und Elektrodenlaschen 136, 138, im Wesentlichen oder ganz ohne Kupfer und Kupferverbindungen vorliegen. Diese Beseitigung oder deutliche Reduzierung von Kupfer in der Batterie 110 trägt zur Vereinfachung des Elektrodenherstellungsprozesses und des Zellmontageprozesses bei, was wiederum zur Senkung der Zellherstellungskosten beiträgt. Weitere Vorteile sind die Beseitigung von Mischmaterial-Schweißungen, wie z. B. das Verbinden von kupferbasierten Elektrodenlaschen mit aluminiumbasierten Elektrodenlaschen, was zu signifikanten Verbesserungen der Schweißnahtqualität mit gleichzeitiger Erhöhung der Zellenenergiedichte und reduziertem elektrischen Widerstand führt. Das Ersetzen der Kupferkathode/-anode der elektrochemischen Vorrichtung durch ein preiswerteres und leichteres Material, wie z. B. ein Aluminium- oder Aluminiumlegierungsmaterial, führt zu einer Reduzierung des Zellgewichts und der Zellmaterialkosten. Zusätzlich hilft die Beschichtung von Lithium-Aluminium (LiAl)-Elektroden mit einer porösen anodisierten Aluminiumoxid (AAO)-Schicht, den mechanischen Schutz der Elektroden zu verbessern und den Ladungstransfer zu erleichtern.
Unter Bezugnahme auf die 3A und 3B ist ein Beispiel für ein Fertigungssystem und ein zugehöriges Fertigungsverfahren (gemeinsam als 200 bezeichnet) zur Herstellung einer selektiv anodisierten, kupferfreien Elektrode einer elektrochemischen Vorrichtung, wie der Batterie 110 von 2, zur Versorgung einer Last, wie dem HEV-Antriebsstrang des Fahrzeugs 10 von 1, dargestellt. Einige oder alle der in den 3A und 3B dargestellten und im Folgenden näher beschriebenen Vorgänge können durch die Ausführung von prozessorausführbaren Anweisungen automatisiert werden, beispielsweise durch die Steuerungshardware des Fertigungssystems. Diese Anweisungen können z. B. in einem Haupt- oder Hilfsspeicher oder einem entfernten Speicher gespeichert und z. B. von einer elektronischen Steuerung, einer Prozessoreinheit, einer Steuerlogikschaltung oder einem anderen Modul oder Gerät oder einem Netzwerk von Modulen/Geräten ausgeführt werden, um eine oder alle der oben und unten beschriebenen Funktionen auszuführen, die mit den offenbarten Konzepten verbunden sind. Es sollte anerkannt werden, dass die Reihenfolge der Ausführung der dargestellten Vorgänge modifiziert werden kann, zusätzliche Vorgänge hinzugefügt werden können und einige der beschriebenen Vorgänge modifiziert, kombiniert oder eliminiert werden können.
Das Fertigungssystem/der Fertigungsprozess 200 kann mit einem ersten Fertigungsvorgang beginnen - in den Figuren durch eine Bandmaskierungsstation (Schritt S1A) oder eine Sprühmaskierungsstation (Schritt S1B) dargestellt -, um selektiv diskrete Oberflächenbereiche von metallischen Werkstücken zu maskieren, die zu kupferfreien Elektroden verarbeitet werden. An der Bandmaskierungsstation/Schritt S1A von 3A wird beispielsweise ein kupferfreies Metallwerkstück 202 in eine Bandmaskierungsvorrichtung 204 geschoben, gezogen oder anderweitig platziert (zusammenfassend „zugeführt“). Gemäß dem dargestellten Beispiel ist das metallische Werkstück 202 ein Streifen aus Aluminiumblech, der von einer Aluminiumblechrolle 206 abgezogen wird. Diese Blechrolle 206 ist auf einer Werkstückzuführungsrolle 208 aufgespannt und um diese drehbar, stromauf der Bandmaskierungsvorrichtung 204. Alternative Implementierungen können metallische Rohlinge, Barren, Stangen oder andere geeignete Ausgangsmetallwerkstücke verwenden. Beispielsweise kann das metallische Werkstück 202 eine im Wesentlichen ebene Folie sein, die aus einem elektrisch leitfähigen metallischen Material, wie Aluminium, Magnesium, Zink, Zinn oder Indium, einschließlich beliebiger Legierungen davon oder beliebiger Kombinationen davon, gebildet wird. Als weitere Option kann das Werkstück 202 ein Material auf Lithiumlegierungsbasis umfassen, wie eine Lithium-Aluminium-Legierung, eine Lithium-Magnesium-Legierung, eine Lithium-Zink-Legierung, eine Lithium-Zinn-Legierung oder eine beliebige Kombination davon. Bei zumindest einigen bevorzugten Ausführungsformen kann das metallische Werkstück 202 im Wesentlichen aus einer LiAl-Legierungsfolie mit einer Dicke von einigen Mikrometern bis etwa einem Millimeter (mm) oder weniger bestehen.
In Fortsetzung der Diskussion über die optionale erste Station/Schritt S1A von 3A wird der Aluminiumblechstreifen (d. h. das Werkstück 202) von der Blechrolle 206 abgezogen, von der Zuführungsrolle 208 entfernt und durch ein Paar (erste und zweite) Klemmbandzuführungsrollen 210A und 210B der Bandmaskierungsvorrichtung 204 geführt. Zusätzlich zur Bereitstellung der erforderlichen Zugkräfte zum Einziehen des Werkstücks 202 in die Bandmaskierungsvorrichtung 204 dienen diese gegenüberliegenden Zuführungsrollen 210A, 210B auch zum Aufbringen einer Reihe von dielektrischen Masken auf diskrete Oberflächenbereiche des Metallwerkstücks 202. Wie dargestellt, trägt ein Paar von (ersten und zweiten) Zuführungsspulen 212A und 212B jeweils eine entsprechende (erste und zweite) Rolle 214A und 214B dielektrischen Bandes auf sich. In diesem Fall werden die Bandzuführungsrollen 210A, 210B angetrieben, z. B. über einen elektrischen Zuführungsmotor 218, um (erste und zweite) Zuführungen von dielektrischem Band 216A und 216B von ihren jeweiligen Bandrollen 214A, 214B zu ziehen. Die obere (erste) Bandzuführungsrolle 210A drückt ihre obere (erste) Bandzuführung 216A auf diskrete Bereiche einer oberen (ersten) Oberfläche des Metallwerkstücks 202, während die untere (zweite) Bandzuführungsrolle 210B ihre untere (zweite) Bandzuführung 216B auf diskrete Bereiche einer unteren (zweiten) Oberfläche des Metallwerkstücks 202 drückt. Eine optionale Schneidvorrichtung 220 schneidet die Zuführungen des dielektrischen Bandes 216A, 216B in einzelne Bandstreifen. Die Bandrollen 214A, 214B können jedes geeignete dielektrische Band aufweisen, wie z. B. einem elektrisch isolierenden Polyimid-Folienband mit Silikonkleber (z. B. Kapton^® -Band), einem elektrisch isolierenden Polytetrafluorethylen (PTFE)-Band (z. B. TEFLON^® -Band) usw.
Es sei darauf hingewiesen, dass verschiedene Techniken zum vorübergehenden Maskieren der Oberflächen von Metallwerkstücken verwendet werden können, ohne dass dies vom beabsichtigten Anwendungsbereich dieser Offenbarung abweicht. Zusätzlich zur Maskierung mit Band kann das Fertigungssystem/der Fertigungsprozess 200 beispielsweise Bürsten-, Wachs-, Druck- und/oder Sprüh-Maskierungstechniken verwenden. In Bezug auf Letzteres kann das Fertigungssystem/der Fertigungsprozess 200 an der Sprühmaskierungsstation/dem Schritt S1B beginnen, wo ein kupferfreies Metallwerkstück 202 von einer Werkstückzuführungsstation 203 in eine Sprühmaskierungsvorrichtung 222 zugeführt wird. Obwohl sie sich im Layout unterscheiden, ist vorgesehen, dass alle oben unter Bezugnahme auf die Bandmaskierungsstation S1A von 3A dargelegten Merkmale und Optionen einzeln oder in beliebiger Kombination in die Sprühmaskierungsstation S1B integriert werden können und umgekehrt. Ähnlich wie bei der Bandmaskierungsstation S1A kann die Sprühmaskierungsstation S1B beispielsweise einen Streifen Aluminiumblech von einer Aluminiumblechrolle 206 abziehen, die auf einer Werkstückzuführungsrolle 208 aufliegt. Vor dem Maskieren kann das Metallwerkstück 202 einem oder mehreren Vorbearbeitungsschritten unterzogen werden, wie z. B. Oberflächenreinigung, Oberflächenaufrauhung, Abstreifen und Entzundern der Oberfläche usw.
Ein einlassseitiges (erstes) Paar gegenüberliegender Zuführungsrollen 224A zieht den Aluminiumblechstreifen (d. h. das Werkstück 202) von der Blechrolle 206 und führt das Werkstück nach dem Ziehen in die Sprühmaskierungsvorrichtung 222 ein. Nach Abschluss des Sprühmaskierungsvorgangs zieht ein ausgangsseitiges (zweites) Paar gegenüberliegender Zuführungsrollen 224B den maskierten Aluminiumblechstreifen aus der Sprühmaskierungsvorrichtung 222 heraus. Obwohl sowohl die Bandmaskierungsstation S1A als auch die Sprühmaskierungsstation S1B mit Rollen zur Handhabung der Bewegung des Aluminiumblechs dargestellt sind, sollte man sich darüber im Klaren sein, dass alternative Materialhandhabungstechniken verwendet werden können, einschließlich Fördersystemen, Roboterzellen, manuellem Transfer, einschließlich einer beliebigen Kombination davon und dergleichen.
Während das kupferfreie Metallwerkstück 202 die Sprühmaskierungsvorrichtung 222 durchläuft, trägt ein Paar von (ersten und zweiten) gegenüberliegenden Sprühdüsen 226A und 226B einzelne Streifen Epoxidharz auf jede Seite des Werkstücks 202 auf. Gemäß dem dargestellten Beispiel saugt die obere (erste) Sprühdüse 226A Epoxidharz 228 aus dem Inneren eines Epoxidzuführungsbehälters 330 ab und sprüht aus dem abgesaugten Volumen Epoxidharz 228 auf diskrete Bereiche einer oberen (ersten) Oberfläche des Werkstücks 202. Ebenso entnimmt die untere (zweite) Sprühdüse 226B Epoxidharz 228 aus dem gemeinsamen Epoxidzuführungsbehälter 330 (oder einem anderen Zuführungsbehälter); aus diesem entnommenen Volumen sprüht die Düse 226B Epoxidharz 228 auf diskrete Bereiche einer unteren (zweiten) Oberfläche des Werkstücks 202. Beispiele für geeignete Epoxidharze zum Abdecken des Werkstücks 202 sind u. a. Polyimide, aliphatische Amine, aromatische Amine usw., sind aber keinesfalls darauf beschränkt. Für ultraviolett (UV) härtende Epoxidharze kann eine UV-Lampe 231 unmittelbar stromabwärts von der Sprühmaskierungsvorrichtung 222 positioniert werden.
Unter weiterer Bezugnahme auf 3A geht das Fertigungssystem/der Fertigungsprozess 200 vom ersten Fertigungsvorgang/Schritt S1A oder S1B zu einem zweiten Fertigungsvorgang/Schritt S2 über und zieht das maskierte Metallwerkstück 202M aus der Maskierungsvorrichtung 204, 222 heraus. Nach dem Herausziehen enthält das maskierte Metallwerkstück 202M eine Folge von in Längsrichtung beabstandeten dielektrischen Masken 232, wobei jede dielektrische Maske 232 einen diskreten Oberflächenbereich des Metallwerkstücks 202 abdeckt. Wie dargestellt, hat jede Maske 232 eine allgemein rechteckige Form, die sich mindestens über die gesamte seitliche Breite des Werkstücks 202 erstreckt. Diese quer ausgerichteten Masken 232 sind zueinander parallel und im Wesentlichen senkrecht zur Bewegungsrichtung des Werkstücks 202 abgewinkelt.
Eine oberseitige (erste) Reihe 234A von dielektrischen Masken 232 befindet sich auf einer oberen (ersten) Oberfläche des Werkstücks 202, während sich eine unterseitige (zweite) Reihe 234B von dielektrischen Masken 232 auf einer unteren (zweiten) Oberfläche des Werkstücks 202 befindet. Diese maskierten Bereiche, d. h. die mit einer dielektrischen Maske 232 abgedeckten Bereiche, sind mit den unmaskierten Bereichen des Werkstücks 202, d. h. den unbedeckten Oberflächenabschnitten des Werkstücks 202, verschachtelt. Jede dielektrische Maske 232 der oberseitigen Reihe 234A kann in Längsrichtung mit einer entsprechenden dielektrischen Maske 232 der unterseitigen Reihe 234B ausgerichtet sein. Je nach Art der verwendeten Maskierungstechnik kann jede dielektrische Maske 232 einen entsprechenden Streifen aus dielektrischem Band enthalten oder optional im Wesentlichen daraus bestehen. Als weitere Option kann jedes Dielektrikum 232 einen Streifen aus Epoxidharz enthalten oder optional im Wesentlichen aus einem solchen Streifen bestehen. Abhängig beispielsweise von den Abmessungen der Anzapfgröße und der Dichtungsbreite kann jede dielektrische Maske 232 eine longitudinale (seitliche) Breite von etwa 5 mm bis etwa 20 mm, eine laterale (von vorne nach hinten) Länge von etwa 5 mm bis etwa 100 mm und eine normale (vertikale) Dicke von etwa 50 nm oder weniger aufweisen.
Nach dem Maskieren des Werkstücks 202 wird das maskierte Metallwerkstück 202M selektiv anodisiert, um ausgeprägte anodisierte Oberflächenabschnitte auf den unmaskierten Bereichen des Werkstücks 202 zu bilden; die maskierten Bereiche des Werkstücks 202 verhindern das Anodisieren der Werkstückoberflächenbereiche unterhalb der Masken 232. Ein dritter Fertigungsvorgang/Schritt S3 kann das Überführen des maskierten Metallwerkstücks 202M in ein chemisches Bad 236 mit einer Anodisierungslösung 238 umfassen, um ein anodisiertes Metallwerkstück 202A zu bilden. Es gibt viele Anodisierungsverfahren und -lösungen, aber im Allgemeinen kann das Werkstück 202 in eine wässrige Elektrolytlösung eingetaucht werden, die eine Säure, wie z. B. Schwefelsäure und/oder Oxalsäure, bei einer Temperatur von etwa 25 °C enthält. In zumindest einigen bevorzugten Ausführungsformen bewirkt die Anodisierungslösung 238 die Bildung einer porösen Schicht aus anodisiertem Aluminiumoxid auf den nicht maskierten Bereichen des maskierten Aluminiumwerkstücks 202M. Es kann wünschenswert sein, dass die resultierende Anodisierungsbeschichtung eine im Wesentlichen gleichmäßige Dicke und einen gleichmäßigen Inhalt hat und das gesamte Werkstück 202 mit Ausnahme der mit einer dielektrischen Maske geschützten Bereiche bedeckt.
Im Anschluss an den in 3A dargestellten dritten Fertigungsvorgang/Schritt S3 wird das selektiv anodisierte Metallwerkstück 202A aus dem chemischen Bad 236 entnommen und zu einem in 3B dargestellten vierten Fertigungsvorgang/Schritt S4 weitergeleitet, wie durch die eingekreisten „A“-Flussdiagrammverbinder angezeigt. Zu diesem Zeitpunkt kann das Werkstück 202 wärmebehandelt werden, um das Trocknen und Anodisieren zu erleichtern, und anschließend auf Oberflächenfehler, Homogenität der Anodisierungsbeschichtung, lose oder fehlende Masken usw. geprüft werden. Das resultierende anodisierte Metallwerkstück 202A umfasst eine oberseitige (erste) Folge 242A von in Längsrichtung beabstandeten anodisierten Oberflächenabschnitten 240, die sich auf einer oberen (ersten) Oberfläche des Werkstücks 202 befinden. Ebenso befindet sich eine unterseitige (zweite) Folge 242B von in Längsrichtung beabstandeten anodisierten Oberflächenabschnitten 240 auf einer unteren (zweiten) Oberfläche des Werkstücks 202. Die Anodisierungsbeschichtung kann eine Dicke von etwa 10 bis etwa 30 Mikrometern haben.
Der fünfte Fertigungsvorgang/Schritt S5 von 3B umfasst eine Maskenentfernungsstation 244 zum Entfernen der dielektrischen Masken 232 von dem anodisierten Metallwerkstück 202A, um die nicht anodisierten Oberflächenabschnitte des kupferfreien Werkstücks 202 zu demaskieren oder anderweitig freizulegen. Die Maskenentfernungsstation 244 ist mit einer Lösungsdusche 246 dargestellt, die das anodisierte Metallwerkstück 202A in einer organischen Lösung 246 spült; die Lösung 246 löst die Streifen des dielektrischen Bandes oder des ausgehärteten Epoxids auf oder schält sie ab. Die organische Lösung 246 kann Aceton, Methanol, Isopropylalkohol oder andere handelsübliche Flüssigkeiten umfassen, die die dielektrischen Masken 232 auflösen oder anderweitig entfernen. Alternative Techniken können verwendet werden, um die dielektrischen Masken 232 von dem anodisierten Metallwerkstück 202A zu entfernen, einschließlich Abziehen, Schleifen, Schmirgeln usw. der Streifen aus dielektrischem Band/Epoxid von dem anodisierten Metallwerkstück 202.
Das Fertigungssystem/der Fertigungsprozess 200 geht vom fünften Fertigungsvorgang/Schritt S5 zu einem sechsten Fertigungsvorgang/Schritt S6 über, bei dem das anodisierte Metallwerkstück 202A aus der Maskenentfernungsstation 244 entfernt wird. 3B zeigt das resultierende Werkstück 202 mit den anodisierten Oberflächenabschnitten 240, die mit nicht anodisierten Oberflächenabschnitten 250 verschachtelt sind, die quer ausgerichtet und in Längsrichtung entlang der Länge des Werkstücks 202 voneinander beabstandet sind. Jeder der nicht anodisierten Oberflächenabschnitte 250 kann geprüft werden, um sicherzustellen, dass die Oberfläche nicht versehentlich beschädigt oder ungewollt anodisiert wurde.
In einem siebten Fertigungsvorgang/Schritt S7 wird eine Reihe von zueinander parallelen Dichtungsstreifen 252 auf das anodisierte Metallwerkstück 202A aufgebracht. Jeder Dichtungsstreifen 252 ist in Bezug auf das Werkstück 202 quer ausgerichtet und in Längsrichtung von benachbarten Streifen 252 entlang der Länge des Werkstücks 202 beabstandet. Außerdem sind die Dichtungsstreifen 252 sowohl mit den anodisierten Oberflächenabschnitten 240 als auch mit den nicht anodisierten Oberflächenabschnitten 250 verschachtelt. Diese Dichtungsstreifen 252 sind so ausgelegt, dass sie mit einem Gehäuseabschnitt einer elektrochemischen Vorrichtung (z. B. mit einer Wand einer Li-Ionen-Weichpolymer-Taschenzelle) flüssigkeitsdicht abschließen. Das anodisierte Metallwerkstück 202A wird anschließend geschnitten, gestanzt, gefräst, etc. (zusammenfassend „segmentiert“), z. B. entlang der Schnittlinie 215, in mehrere kupferfreie Elektroden.
Nach der Segmentierung des anodisierten Metallwerkstücks 202A in einzelne Elektroden, wie z. B. kupferfreie, anodisierte Elektrodenlaschen 254, werden die Laschen 254 zu einzelnen Zelltaschen 256 zusammengesetzt. Die Zellentaschen 256 werden dann zu einem entsprechenden Batteriemodul 258 gestapelt, und komplementäre Laschen 254 werden an ihren nicht anodisierten Oberflächenabschnitten mit einer benachbarten Zelllasche 254 verschweißt. Bei vergleichbaren Batteriezellendesigns, bei denen sowohl Kupfer- als auch Aluminiumlaschen verwendet werden, muss für das Schweißen der Kupferlaschen oft eine andere Schweißtechnik eingesetzt werden als für das Schweißen der Aluminiumlaschen. Da Kupfer eine höhere Schmelztemperatur als Aluminium hat, werden die Kupferlaschen beispielsweise mit einer Laserleistung von ca. 5000W bis ca. 5500W an eine Stromschiene geschweißt, um eine Schmelztemperatur von ca. 1100+ °C zu erreichen, während die Aluminiumlaschen mit einer Laserleistung von ca. 2500W bis ca. 3500W an die Stromschiene geschweißt werden, um eine Schmelztemperatur von ca. 600+ °C zu erreichen.
Durch die Beseitigung der Kupferlaschen aus den Batteriezellen 256 kann das Batteriemodul 258 die Stromschiene vollständig beseitigen, wie in den Fertigungsvorgängen/-schritten S8A und S8B zu sehen ist, oder eine optionale kupferfreie (Aluminium-)Stromschiene 260 verwenden. In einer ersten Option für den achten Fertigungsvorgang/Schritt S8A ragen die einzelnen Laschen 254 senkrecht von den distalen Enden ihrer jeweiligen Batteriezellen 256 ab; die Laschen 254 werden gequetscht und direkt miteinander verschweißt. Im Vergleich dazu werden die anodisierten Elektrodenlaschen 254 im optionalen Fertigungsvorgang/Schritt S8B zu einer L-förmigen Geometrie gebogen, gestapelt und dann direkt miteinander verschweißt. In einer dritten Option für den achten Fertigungsvorgang/Schritt S8C nehmen die Elektrodenlaschen 254 eine „3P“-Parallelarchitektur an und werden mit einer gemeinsamen Stromschiene 260 verschweißt. Diese Konstruktion ermöglicht die Skalierung des Moduls 258 für größere Kombinationen von parallelen „P“-Verbindungen.
Aspekte dieser Offenbarung können in einigen Ausführungsformen durch ein computerausführbares Programm von Anweisungen, wie z. B. Programmmodule, implementiert werden, die allgemein als Softwareanwendungen oder Anwendungsprogramme bezeichnet werden und von einer beliebigen Steuerung oder den hier beschriebenen Steuerungsvarianten ausgeführt werden. Software kann, in nicht einschränkenden Beispielen, Routinen, Programme, Objekte, Komponenten und Datenstrukturen umfassen, die bestimmte Aufgaben ausführen oder bestimmte Datentypen implementieren. Die Software kann eine Schnittstelle bilden, die es einem Computer ermöglicht, entsprechend einer Eingabequelle zu reagieren. Die Software kann auch mit anderen Codesegmenten zusammenarbeiten, um eine Vielzahl von Aufgaben als Reaktion auf empfangene Daten in Verbindung mit der Quelle der empfangenen Daten zu initiieren. Die Software kann auf einer Vielzahl von Speichermedien gespeichert sein, wie CD-ROM, Magnetplatte und Halbleiterspeicher (z. B. verschiedene Arten von RAM oder ROM).
Darüber hinaus können Aspekte der vorliegenden Offenbarung mit einer Vielzahl von Computersystem- und Computernetzwerkkonfigurationen praktiziert werden, einschließlich Multiprozessorsystemen, mikroprozessorbasierter oder programmierbarer Unterhaltungselektronik, Minicomputern, Großrechnern und dergleichen. Darüber hinaus können Aspekte der vorliegenden Offenbarung in verteilten Computerumgebungen angewendet werden, in denen Aufgaben von ortsansässigen und ferngesteuerten Vorrichtungen ausgeführt werden, die über ein Kommunikationsnetzwerk verbunden sind. In einer Umgebung mit verteilter Datenverarbeitung können sich Programmmodule sowohl in lokalen als auch in entfernten Computerspeichermedien, einschließlich Speichergeräten, befinden. Aspekte der vorliegenden Offenbarung können daher in Verbindung mit verschiedener Hardware, Software oder einer Kombination davon in einem Computersystem oder einem anderen Verarbeitungssystem implementiert werden.
Jedes der hier beschriebenen Verfahren kann maschinenlesbare Anweisungen umfassen zur Ausführung durch: (a) einen Prozessor, (b) eine Steuerung und/oder (c) jede andere geeignete Prozessorvorrichtung. Jeder hier offenbarte Algorithmus, jede Software, Steuerlogik, jedes Protokoll oder Verfahren kann als Software verkörpert sein, die auf einem zugreifbaren Medium gespeichert ist, wie z. B. einem Flash-Speicher, einem Solid-State-Speicher, einer Festplatte, einer CD-ROM, einer Digital Versatile Disk (DVD) oder anderen Speichergeräten. Der gesamte Algorithmus, die Steuerlogik, das Protokoll oder das Verfahren und/oder Teile davon können alternativ von einer anderen Vorrichtung als einer Steuerung ausgeführt werden und/oder in Firmware oder dedizierter Hardware in einer verfügbaren Art und Weise verkörpert sein (z. B. implementiert durch eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC), eine programmierbare Logikeinheit (PLD), eine feldprogrammierbare Logikeinheit (FPLD), diskrete Logik usw.). Obwohl spezifische Algorithmen mit Bezug auf die hier dargestellten Flussdiagramme beschrieben werden, können alternativ auch viele andere Verfahren zur Implementierung der beispielhaften maschinenlesbaren Befehle verwendet werden.
Aspekte der vorliegenden Offenbarung wurden detailliert unter Bezugnahme auf die dargestellten Ausführungsformen beschrieben; der Fachmann wird jedoch erkennen, dass viele Modifikationen daran vorgenommen werden können, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Die vorliegende Offenbarung ist nicht auf die genaue Konstruktion und die hierin offenbarten Zusammensetzungen beschränkt; alle Modifikationen, Änderungen und Variationen, die aus den vorstehenden Beschreibungen ersichtlich sind, liegen im Umfang der Offenbarung, wie sie durch die beigefügten Ansprüche definiert ist. Darüber hinaus umfassen die vorliegenden Konzepte ausdrücklich alle Kombinationen und Unterkombinationen der vorangehenden Elemente und Merkmale.

Claims

Verfahren zum Herstellen von kupferfreien Elektroden für elektrochemische Vorrichtungen, wobei das Verfahren umfasst: Zuführen eines kupferfreien Metallwerkstücks in eine Maskierungsvorrichtung; Aufbringen einer Reihe von dielektrischen Masken auf diskrete Bereiche des Metallwerkstücks über die Maskierungsvorrichtung, um ein maskiertes Metallwerkstück mit maskierten und unmaskierten Bereichen zu bilden; Zuführen des maskierten Metallwerkstücks in eine Anodisierungslösung, um ein anodisiertes Metallwerkstück mit anodisierten Oberflächenabschnitten auf den unmaskierten Bereichen und nicht anodisierten Oberflächenabschnitten unter den dielektrischen Masken der maskierten Bereiche zu bilden; Entfernen der dielektrischen Masken, um die nicht anodisierten Oberflächenabschnitte freizulegen; und Segmentieren des anodisierten Metallwerkstücks in die kupferfreien Elektroden.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Maskierungsvorrichtung eine Zuführungsspule mit einer Rolle dielektrischen Bandes umfasst, und wobei jede dielektrische Maske in der Reihe dielektrischer Masken einen entsprechenden Streifen dielektrischen Bandes von der Rolle dielektrischen Bandes umfasst.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei die Maskierungsvorrichtung ferner eine Bandzuführungsrolle umfasst, und wobei das Aufbringen der dielektrischen Masken auf das Metallwerkstück umfasst, dass die Bandzuführungsrolle eine Zuführung an dielektrischem Band von der Rolle dielektrischen Bandes auf der Zuführungsspule zieht und die Zuführung an dielektrischem Band auf die diskreten Bereiche des Metallwerkstücks drückt.
Verfahren nach Anspruch 2, wobei das Entfernen der dielektrischen Masken das Aufbringen einer organischen Lösung auf das anodisierte Metallwerkstück umfasst, um die Streifen des dielektrischen Bandes aufzulösen, oder das Abziehen der Streifen des dielektrischen Bandes von dem anodisierten Metallwerkstück.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Maskierungsvorrichtung einen Epoxidzuführungsbehälter, der zum Speichern eines Epoxidharzes konfiguriert ist, und eine Sprühdüse, die zum Sprühen des Epoxidharzes betreibbar ist, umfasst, und wobei jede dielektrische Maske in der Reihe dielektrischer Masken einen jeweiligen Streifen Epoxidharz enthält, der aus der Sprühdüse ausgestoßen wird.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei die Maskierungsvorrichtung ferner ein Paar gegenüberliegender Zuführungsrollen umfasst, und wobei das Zuführen des Metallwerkstücks in die Maskierungsvorrichtung das Ziehen des Werkstücks durch die Zuführungsrollen in die Maskierungsvorrichtung umfasst.
Verfahren nach Anspruch 5, wobei das Entfernen der dielektrischen Masken das Aufbringen einer organischen Lösung auf das anodisierte Metallwerkstück umfasst, um die Streifen an Epoxidharz aufzulösen.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das kupferfreie Metallwerkstück ein Lithium-Aluminium (LiAl)-Legierungsmaterial enthält.
Verfahren nach Anspruch 1, ferner umfassend das Verschweißen jedes der nicht anodisierten Oberflächenabschnitte jeder der kupferfreien Elektroden mit einem jeweiligen kupferfreien Stromkollektor und/oder einer jeweiligen benachbarten kupferfreien Elektrode.
Verfahren nach Anspruch 1, wobei das Aufbringen der Reihe dielektrischer Masken auf das Metallwerkstück das Aufbringen einer ersten Reihe dielektrischer Masken auf einen ersten Satz diskreter Bereiche einer ersten Seite des Metallwerkstücks und das Aufbringen einer zweiten Reihe dielektrischer Masken auf einen zweiten Satz diskreter Bereiche einer zweiten Seite des Metallwerkstücks umfasst.