DE102021210652A1 - Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenpulvermischung einer Batteriezelle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren (30) zur Herstellung einer Elektrodenpulvermischung (32) einer Batteriezelle (14). Ein pulverförmiges Aktivmaterial (38) wird mittels elektrostatischen Beschichtens mit einem pulverförmigen ersten Polymerbinder (48) versehen. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren (28) zur Herstellung einer Elektrode (16) einer Batteriezelle (14).

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenpulvermischung einer Batteriezelle, das auch als Elektrodenblend bezeichnet wird. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode einer Batteriezelle. Die Batteriezelle ist vorzugsweise ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs.
  • In zunehmendem Maße werden Kraftfahrzeuge zumindest teilweise mittels eines Elektromotors angetrieben, sodass diese als Elektrofahrzeug oder Hybridfahrzeug ausgestaltet sind. Zur Bestromung des Elektromotors wird üblicherweise eine Hochvoltbatterie herangezogen, die mehrere einzelne Batteriemodule umfasst. Die Batteriemodule sind meist zueinander baugleich sowie miteinander elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet, sodass die an der Hochvoltbatterie anliegende elektrische Spannung einem Vielfachen der mittels jedes der Batteriemodule bereitgestellten elektrischen Spannung entspricht. Jedes Batteriemodul wiederum umfasst mehrere Batterien, die meist in einem gemeinsamen Gehäuse angeordnet sind, und die miteinander elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet sind.
  • Jede Batterie umfasst eine oder mehrere Batteriezellen, die auch als galvanische Zellen bezeichnet werden. Jede Batteriezelle weist zwei Elektroden, nämlich eine Anode und eine Kathode, sowie einen dazwischen angeordneten Separator als auch einen Elektrolyten mit freibeweglichen Ladungsträgern auf. Als ein derartiger Elektrolyt wird beispielsweise eine Flüssigkeit herangezogen. In einer Alternative ist die Batteriezelle als Festkörperbatterie ausgestaltet, und der Elektrolyt liegt als Festkörper vor.
  • Die Anode und die Kathode, die die Elektroden der Batteriezelle bilden, umfassen üblicherweise einen Ableiter/Träger, der als Stromableiter fungiert. An diesem ist üblicherweise ein Aktivmaterial befestigt, das ein Bestandteil einer auf den Träger aufgebrachten Schicht ist. Hierbei ist es möglich, dass in der Schicht bereits der Elektrolyt vorhanden ist, oder dieser wird nachträglich eingebracht. Zumindest jedoch ist das Aktivmaterial zur Aufnahme der Arbeitsionen, z.B. Lithium-Ionen, geeignet. Je nach Verwendung als Anode oder Kathode wird ein anderes Material für den Träger und eine unterschiedliche Art des Materials der Schicht verwendet.
  • Die Schicht wird in einer Alternative als Paste oder Flüssigkeiten auf den jeweiligen Träger, der auch als Ableiter bezeichnet wird, aufgebracht und anschließend dort getrocknet. Hierbei wird ein der Flüssigkeit vorhandenes Lösungsmittel umgewandelt oder teilweise verdampft, sodass ein Festkörper erstellt wird. Zur Trocknung der Flüssigkeit/Paste, also dem Auslösen des Lösungsmittels, ist einerseits eine vergleichsweise große Energiemenge erforderlich. Andererseits ist es erforderlich, das auf diese Weise freigesetzte Lösungsmittel zu entsorgen. Alternativ hierzu wird das Lösungsmittel zurückgewonnen, sodass dieses bei einer erneuten Herstellung verwendet werden kann. Dies ist jedoch vergleichsweise zeit- und energieintensiv.
  • Eine Alternative hierzu ist eine sogenannte Trockenbeschichtung, die keinen Einsatz eines Lösungsmittels bedarf. Hierbei ist es jedoch erforderlich, dass die als Pulver vorliegende Mischung aus Aktivmaterial und Binder geeignete Eigenschaften aufweist, sodass nach Aufbringen auf den Ableiter aus der zusammenhängenden Schicht ein Festkörper gebildet ist. Hierfür wird meist eine vergleichsweise hohe Kraft aufgebracht, wobei jedoch eine Beschädigung der einzelnen Partikel des Aktivmaterials oder ein Ablösen von Teilen von den Partikeln möglich ist. Auch ist es möglich, dass beim Auftragen eine Homogenität der Elektrodenpulvermischung abnimmt, und die Konzentration des Binders in bestimmten Bereichen erhöht und in anderen Bereichen verringert ist. Folglich ist ein Anhaften der einzelnen Bestandteile nicht überall gegeben, weswegen ein Ausschuss erhöht ist. Auch ist die Leistungsfähigkeit der Elektrode aufgrund der veränderten Konzentration verringert.
  • Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenpulvermischung einer Batteriezelle und ein besonders geeignetes Verfahren zur Herstellung einer Elektrode einer Batteriezelle anzugeben, wobei vorteilhafterweise Herstellungskosten reduziert und/oder eine Leistungsfähigkeit erhöht ist.
  • Hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung einer Elektrodenpulvermischung wird diese Aufgabe durch die Merkmale des Anspruchs 1 und hinsichtlich des Verfahrens zur Herstellung einer Elektrode durch die Merkmale des Anspruchs 8 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen und Ausgestaltungen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.
  • Das Verfahren dient der Herstellung einer Elektrodenpulvermischung einer Batteriezelle. Die Batteriezelle ist ein galvanisches Element, das zwei Elektroden aufweist, nämlich eine Anode und eine Kathode. Zwischen diesen ist zweckmäßigerweise ein Separator angeordnet, und die Batteriezelle umfasst vorzugsweise einen Elektrolyten, der eine Anzahl an freibeweglichen Ladungsträger, wie z.B. Lithium-Ionen, bereitstellt. Beispielsweise ist der Elektrolyt ein Bestandteil der Anode und/oder Kathode, oder ist zumindest geeignet, sich dort anzulagern und somit von diesen aufgenommen zu werden. Die Batteriezelle ist beispielsweise eine Festkörperbatterie, sodass der Elektrolyt als Festkörper vorliegt. Alternativ ist der Elektrolyt flüssig.
  • Jede der Elektroden umfasst einen Ableiter, der auch als Träger bezeichnet wird. Auf jeden der Ableiter ist insbesondere eine Schicht aufgebracht, wobei zumindest eine der Schichten aus der Elektrodenpulvermischung erstellt wurde. Hierbei ist die Elektrodenpulvermischung auf die jeweilige Elektrode also an die Anode bzw. Kathode angepasst, sodass es sich entweder um eine Anodenpulvermischung oder eine Kathodenpulvermischung handelt.
  • Vorzugsweise ist die Batteriezelle im bestimmungsgemäßen Zustand ein Bestandteil eines Kraftfahrzeugs. Hierfür ist die Batteriezelle geeignet, insbesondere vorgesehen und eingerichtet. Im bestimmungsgemäßen Zustand ist die Batteriezelle beispielsweise ein Bestandteil eines Energiespeichers des Kraftfahrzeugs, der mehrere derartige Batteriezellen aufweist. Vorzugsweise sind hierbei die Batteriezellen auf mehrere Batteriemodule aufgeteilt, die zueinander wiederum baugleich sind. Zweckmäßigerweise sind hierbei mehrere Batteriezellen zu einer Batterie zusammengefasst und in einem gemeinsamen Batteriegehäuse angeordnet, wobei die Batterien zur Bereitstellung des jeweiligen Batteriemoduls elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet sind. Die Batterien sind vorzugsweise zueinander baugleich und insbesondere in einem Gehäuse des Energiespeichers bzw. des jeweiligen Batteriemoduls angeordnet und miteinander elektrisch parallel und/oder in Reihe geschaltet. Somit ist die an dem Energiespeicher/Batteriemodul anliegende elektrische Spannung ein Vielfaches der mittels jeder der Batterien bereitgestellten elektrischen Spannung. Zweckmäßigerweise sind sämtliche Batteriezellen zueinander baugleich, was eine Fertigung vereinfacht.
  • Das Gehäuse des Energiespeichers/Batteriemoduls ist bevorzugt aus einem Metall gefertigt, beispielsweise einem Stahl, wie einem Edelstahl, oder einer Aluminium-Legierung. Zur Herstellung des jeweiligen Gehäuses wird zum Beispiel ein Druckgussverfahren verwendet. Insbesondere ist das Gehäuse verschlossen ausgestaltet. Zweckmäßigerweise ist in das Gehäuse eine Schnittstelle eingebracht, die einen Anschluss des Energiespeichers/Batteriemoduls bildet. Die Schnittstelle ist dabei elektrisch mit den Batterien kontaktiert, sodass ein Einspeisen von elektrischer Energie und/oder eine Entnahme von elektrischer Energie aus den Batterien von außerhalb des Energiespeichers möglich ist, sofern an den Anschluss ein entsprechender Stecker gesteckt ist.
  • Das Kraftfahrzeug ist bevorzugt landgebunden und weist vorzugsweise eine Anzahl an Rädern auf, von denen zumindest eines, vorzugsweise mehrere oder alle, mittels eines Antriebs angetrieben sind. Geeigneterweise ist eines, vorzugsweise mehrere, der Räder steuerbar ausgestaltet. Somit ist es möglich, das Kraftfahrzeug unabhängig von einer bestimmten Fahrbahn, beispielsweise Schienen oder dergleichen, zu bewegen. Dabei ist es zweckmäßigerweise möglich, das Kraftfahrzeug im Wesentlichen beliebig auf einer Fahrbahn zu positionieren, die insbesondere aus einem Asphalt, einem Teer oder Beton gefertigt ist. Das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Nutzkraftwagen, wie ein Lastkraftwagen (Lkw) oder ein Bus. Besonders bevorzugt jedoch ist das Kraftfahrzeug ein Personenkraftwagen (Pkw).
  • Mittels des Antriebs erfolgt zweckmäßigerweise eine Fortbewegung des Kraftfahrzeugs. Zum Beispiel ist der Antrieb, insbesondere der Hauptantrieb, zumindest teilweise elektrisch ausgestaltet, und das Kraftfahrzeug ist beispielsweise ein Elektrofahrzeug. Der Elektromotor wird zum Beispiel mittels des Energiespeichers betrieben, der geeigneterweise als eine Hochvoltbatterie ausgestaltet ist. Mittels der Hochvoltbatterie wird zweckmäßigerweise eine elektrische Gleichspannung bereitgestellt, wobei die elektrische Spannung zum Beispiel zwischen 200 V und 800 V und beispielsweise im Wesentlichen 400 V beträgt. Vorzugsweise ist zwischen dem Energiespeicher und dem Elektromotor ein elektrischer Umrichter angeordnet, mittels dessen die Bestromung des Elektromotors eingestellt wird. In einer Alternative weist der Antrieb zusätzlich einen Verbrennungsmotor auf, sodass das Kraftfahrzeug als Hybrid-Kraftfahrzeug ausgestaltet ist. In einer Alternative wird mittels des Energiespeichers ein Niedervoltbordnetz des Kraftfahrzeugs gespeist, und mittels des Energiespeichers wird insbesondere eine elektrische Gleichspannung von 12 V, 24 V oder 48 V bereitgestellt.
  • In einer Alternative ist die Batteriezelle ein Bestandteil eines Flurförderfahrzeugs, einer Industrieanlage oder eines handgeführten Geräts, wie beispielsweise eines Werkzeugs, insbesondere eines Akkuschraubers. In einer weiteren Alternative ist die Batteriezelle ein Bestandteil einer Energieversorgung und wird dort beispielsweise als sogenannte Pufferbatterie verwendet. In einer weiteren Alternative ist die Batteriezelle ein Bestandteil eines tragbaren Geräts, beispielsweise eines tragbaren Mobiltelefons, oder eines sonstigen Wearables. Auch ist es möglich, eine derartige Batteriezelle im Campingbereich, Modellbaubereich oder für sonstige Outdoor-Aktivitäten zu verwenden. In einer weiteren Alternative ist die Batteriezelle ein Bestandteil einer Ladestation, beispielsweise einer Ladesäule, einer Drohne oder eines sonstigen Fluggeräts, eines E-Scooters, eines E-Bikes oder eines tragbaren Computers, wie eines Laptops.
  • Das Verfahren zur Herstellung der Elektrodenpulvermischung, die auch als Blend oder Elektrodenblend bezeichnet wird, sieht vor, dass ein pulverförmiges Aktivmaterial bereitgestellt wird. Als Aktivmaterial wird beispielsweise ein Metalloxid verwendet, vorzugsweise LiwNixCoyMnzO2 (w=0,8-1,4; x+y+z = 1), ein Olivin, wie LiFePO4, oder ein Spinell, wie LiNi0.5Mn1.5O4, insbesondere sofern die Elektrodenpulvermischung zur Herstellung einer Kathode verwendet wird. In einer Alternative wird als Aktivmaterial ein Graphit, Kohlenstoff, ein siliziumhaltiges Material oder eine Mischung hieraus herangezogen. Das Aktivmaterial ist jeweils pulverförmig, und liegt somit insbesondere als zermahlener Festkörper vor. Insbesondere ist die Korngröße des Aktivmaterials kleiner als 100 µm und beispielsweise größer als 100 nm. Folglich ist das Aktivmaterial aus einzelnen Partikeln gebildet. Zum Beispiel wird zur Bereitstellung des pulverförmigen Aktivmaterials, ein Festkörper zermahlen.
  • In einem weiteren Arbeitsschritt wird das pulverförmige Aktivmaterial mittels elektrostatischen Beschichtens mit einem pulverförmigen ersten Polymerbinder versehen. Mit anderen Worten wird ein sogenanntes „electrostatic coating“ verwendet, um die einzelnen Partikel des pulverförmigen Aktivmaterials mit jeweils zumindest einem Partikel des pulverförmigen ersten Polymerbinders zu versehen. Folglich haftet nachfolgend jeweils eines der Partikel des ersten Polymerbinders an zumindest jeweils einem Partikel des pulverförmigen Aktivmaterials an. Insbesondere haften mehrere Partikel des ersten Polymerbinders an einem Partikel des Aktivmaterials an.
  • Zum Beschichten wird elektrostatisches Beschichten verwendet. Hierbei werden die einzelnen Partikel des ersten Polymerbinders beispielsweise mit einer bestimmten elektrischen Ladung versehen. Insbesondere wird der erste Polymerbinder, also insbesondere dessen Partikel, auf das Aktivmaterial gesprüht. Geeigneterweise befindet sich hierbei das Aktivmaterials innerhalb einer Tonne, die zweckmäßigerweise geerdet oder zumindest gegen Masse geführt ist. Während des Besprühens wird die Trommel zweckmäßigerweise rotiert, sodass eine im Wesentlichen kontinuierliche Durchmischung des Aktivmaterials erfolgt. Folglich werden sämtliche Partikel des Aktivmaterials mit mindestens jeweils einem Partikel des ersten Polymerbinders versehen.
  • Bei dem elektrostatischen Beschichten wird zunächst aufgrund der unterschiedlichen elektrischen Ladung jeweils eines der Partikel des ersten Polymerbinders von einem der Partikel des Aktivmaterials angezogen, sodass dieses daran anhaftet. Aufgrund der elektrischen Ladung dieses Partikels des ersten Polymerbinders werden weitere Partikel des ersten Polymerbinders von diesem Partikel des Aktivmaterials zumindest teilweise abgehalten, und lagern sich somit zunächst vorwiegend an den Partikeln des Aktivmaterials an, die noch nicht mit einem der Partikel des ersten Polymerbinders versehen sind. Erst wenn im Wesentlichen sämtlichen Partikeln des Aktivmaterials jeweils eines der Partikel des ersten Polymerbinders zugeordnet ist, ist aufgrund der elektrostatischen Wechselwirkungen ein Anlagern eines weiteren Partikels des ersten Polymerbinders an einem der Partikel des Aktivmaterials möglich oder zumindest vereinfacht, das bereits mit einem Partikel des ersten Polymerbinders versehen ist. Somit wird jedem der Partikel des Aktivmaterials im Wesentlichen die gleiche Anzahl der Partikel des ersten Polymerbinders zugeordnet, weswegen eine Homogenität der Elektrodenpulvermischung erhöht ist.
  • Aufgrund der erhöhten Homogenität der Elektrodenpulvermischung ist eine Leistungsfähigkeit der damit hergestellten Elektrode, und somit der Batteriezellen, verbessert. Auch ist bei der Elektrodenpulvermischung aufgrund der homogenen Verteilung des ersten Polymerbinders kein Lösungsmittel erforderlich, weswegen Herstellungskosten reduziert sind.
  • Zweckmäßigerweise ist die Elektrodenpulvermischung trocken und besonders bevorzugt lösungsmittelfrei, sodass zur Herstellung einer Elektrode, insbesondere einer Schicht der Elektrode, wofür die Elektrodenpulvermischung verwendet wird, kein Lösungsmittel entfernt werden muss. Somit ist ein Aufwand verringert. Zudem ist es bei diesem Verfahren nicht erforderlich, vergleichsweise umweltgefährdende Substanzen zu verwenden, weswegen eine Umweltverträglichkeit erhöht ist. Auch bestehen bei dem Verfahren lediglich vergleichsweise geringe Anforderungen an den ersten Polymerbinder sowie das Aktivmaterial, sodass unterschiedlichste Material verwendet werden können, weswegen Herstellungskosten reduziert sind.
  • Beispielsweise wird jedes Partikel des Aktivmaterials vollständig von dem ersten Polymerbinder umgeben und somit umhüllt. Alternativ hierzu sind die Partikel des Aktivmaterials nicht vollständig mit dem pulverförmigen ersten Polymerbinder umhüllt, jedoch ist zweckmäßigerweise die Menge des ersten Polymerbinders derart bemessen, dass zweckmäßigerweise ein vergleichsweise stabiles Anhaften der Partikel des Aktivmaterials untereinander über den ersten Polymerbinder erfolgt. Infolgedessen ist eine Stabilität des Aktivmaterials erhöht und insbesondere ein Fließverhalten der Elektrodenpulvermischung verändert.
  • Besonders bevorzugt wird das pulverförmige Aktivmaterial mittels elektrostatischen Beschichtens mit einem pulverförmigen ersten Leitadditiv versehen. Auch hier erfolgt aufgrund des elektrostatischen Beschichtens ein gleichmäßiges Verteilen des ersten Leitadditiv auf das Aktivmaterial, sodass eine Homogenität der Elektrodenpulvermischung erhöht ist. Beispielsweise wird dabei das pulverförmige erste Leitadditiv, also insbesondere die einzelnen Partikel des pulverförmigen ersten Leitadditivs, nach dem Versehenen des pulverförmigen Aktivmaterials mit dem pulverförmigen ersten Polymerbinder aufgetragen. Besonders bevorzugt jedoch erfolgt zunächst das Versehen des pulverförmigen Aktivmaterials mittels elektrostatischen Beschichtens mit dem pulverförmigen ersten Leitadditiv, und im Anschluss hieran erfolgt das Versehen des pulverförmigen Aktivmaterials und somit auch des ersten Leitadditivs mit dem erste Polymerbinder. Infolgedessen ist ein elektrischer Widerstand zwischen dem ersten Leitadditiv und dem Aktivmaterial, nämlich den jeweiligen Partikeln, verringert. Insbesondere erfolgt das Versehen mit dem ersten Leitadditiv mittels elektrostatischen Beschichtens zweckmäßigerweise mittels der gleichen Maschine. Dabei wird insbesondere in die gleiche Trommel zunächst das pulverförmige Aktivmaterial eingefüllt, das nachfolgend mit dem pulverförmigen erste Leitadditiv und nachfolgend mit dem pulverförmigen erste Polymerbinder jeweils mittels elektrostatischen Beschichtens versehen wird.
  • Beispielsweise wird nach dem elektrostatischen Beschichten die Elektrodenpulvermischung im Wesentlichen unverzüglich weiter zu der Elektrode verarbeitet oder beispielsweise gelagert. Besonders bevorzugt wird jedoch nach dem elektrostatischen Beschichten der erste Polymerbinder angeschmolzen. Hierfür wird beispielsweise Wärme zugeführt, wofür beispielsweise die etwaige Trommel erhitzt wird. Alternativ wird das Aktivmaterial und somit auch der erste Polymerbinder werden mittels Lichts, wie ultraviolettem Licht oder Infrarotlicht, bestrahlt, vorzugsweise mittels eines Lasers. Aufgrund des Anschmelzens des ersten Polymerbinders erfolgt eine zumindest teilweise stoff- und/oder formschlüssige Verbindung zwischen dem ersten Polymerbinder und dem Aktivmaterial, und ggf. dem ersten Leitadditiv. Aufgrund der somit stabileren Verbindung ist eine vergleichsweise lange Lagerzeit des Verbunds aus dem Aktivmaterial und dem ersten Polymerbinder, sowie insbesondere des ersten Leitadditivs, möglich, ohne dass eine Entmischung erfolgt. Folglich ist es möglich, die Elektrodenpulvermischung auf Vorrat herzustellen und bei Bedarf hieraus entsprechende Elektroden der Batteriezelle zu fertigen. Bei dem Anschmelzen erfolgt, insbesondere eine teilweise Verflüssigung des ersten Polymerbinders, wobei dieser zum Beispiel nicht vollständig in den flüssigen Zustand übergeht, sondern insbesondere lediglich zähflüssige oder pastös wird. Somit ist ein Ablösen von den Partikeln des Aktivmaterials vermieden, da teilweise eine stoffschlüssige Verbindung zwischen diesen erstellt wird.
  • Beispielsweise wird lediglich die Mischung aus dem pulverförmigen Aktivmaterial, das mit dem erste Polymerbinder sowie ggf. dem ersten Leitadditiv versehen ist, als die Elektrodenpulvermischung herangezogen. Besonders bevorzugt jedoch wird das mit dem ersten Polymerbinder beschichtete Aktivmaterial mit einem weiteren Binder vermischt. Hierbei erfolgt zweckmäßigerweise kein elektrostatisches Beschichten, sondern lediglich ein mechanisches Vermischen, beispielsweise ebenfalls in der etwaigen Trommel. Auf diese Weise ist die Menge an Binder in der Elektrodenpulvermischung erhöht, wobei jedoch der Aufwand zur Herstellung der Elektrodenpulvermischung verringert ist. Insbesondere wird hierbei der weitere Binder nicht angeschmolzen, und der erste Polymerbinder ist vorzugsweise angeschmolzen, sodass zumindest unterschiedliche Binderarten vorliegen oder zumindest unterschiedliche Bearbeitungszustände des Binders. Insbesondere ist der weitere Binder ebenfalls pulverförmig oder zum Beispiel partikelförmig. Zum Beispiel ist der weitere Binder aus dem gleichen Material wie der erste Polymerbinder. Aufgrund der Verwendung des gleichen chemischen Materials ist ein Anhaften des weiteren Binders an dem erste Polymerbinder verbessert und somit auch eine Verbindung der einzelnen Aktivpartikel (Partikel des Aktivmaterials) untereinander, sodass mittels der Elektrodenpulvermischung eine vergleichsweise stabile Schicht erstellt werden kann. Alternativ hierzu ist der weitere Binder aus einem unterschiedlichen (chemischen) Material, sodass insbesondere bestimmte Vorgaben erfüllt werden können, beispielsweise eine vergleichsweise hohe Temperaturbeständigkeit.
  • In einer alternativen Ausführungsform wird ein pulverförmiges zweites Leitadditiv mittels elektrostatischen Beschichtens mit einem pulverförmigen zweiten Polymerbinder versehen. Hierfür wird beispielsweise ebenfalls eine Trommel verwendet, in die das pulverförmige zweite Leitadditiv eingefüllt ist, dass mit dem pulverförmigen zweiten Polymerbinder versehen wird. Insbesondere sind hierbei die Maschinen, insbesondere die Trommeln, zueinander baugleich. Nach dem Versehen sowohl des Aktivmaterials mit dem ersten Polymerbinder als auch des Versehens des zweiten Leitadditivs mit dem zweiten Polymerbinder wird das mit dem ersten Polymerbinder beschichtete, also versehene, Aktivmaterial mit dem zweiten Polymerbinder versehenen zweiten Leitadditiv vermischt. Folglich weist im Anschluss hieran die Elektrodenpulvermischung das Aktivmaterial sowie das zweite Leitadditiv auf. Aufgrund eines derartigen Vorgehens ist es möglich, vergleichsweise unabhängig voneinander beschichtetes Aktivmaterial und beschichtetes zweites Leitadditiv zu fertigen, sodass eine Effektivität und eine mögliche Herstellungsmenge erhöht ist.
  • Beispielsweise ist der erste Polymerbinder gleich dem zweiten Polymerbinder, sodass die Anzahl unterschiedlicher Materialien verringert ist. Alternativ hierzu sind der zweite Polymerbinder und der erste Polymerbinder zueinander unterschiedlich. Auf diese Weise ist es möglich, die Polymerbinder auf das Anhaften an dem Aktivmaterial bzw. dem zweiten Leitadditiv hin zu optimieren, sodass eine Stabilität erhöht ist.
  • Beispielsweise wird nach dem Vermischen der erste Polymerbinder und der zweite Polymerbinder angeschmolzen, sodass eine Stabilität erhöht ist. Besonders bevorzugt jedoch erfolgt das Anschmelzen vor dem Vermischen, sodass insbesondere ein Verklumpen vermieden ist. Insbesondere erfolgt wird zum Anschmelzen Wärme zugeführt oder die Mischung mit Licht, bestrahlt, beispielsweise ultraviolettem Licht oder Infrarotlicht.
  • Beispielsweise ist die Korngröße des pulverförmigen ersten Polymerbinders größer als die Korngröße des pulverförmigen Aktivmaterials. Besonders bevorzugt jedoch ist die Korngröße des pulverförmigen ersten Polymerbinders kleiner oder gleich der Korngröße des pulverförmigen Aktivmaterials. Somit es möglich, dass sich mehrere Partikel des ersten Polymerbinders an jeweils einem Partikel des Aktivmaterials zum Beschichten anlagern. Zudem ist somit auch nach dem elektrostatischen Beschichten ein Abstand der Partikel des Aktivmaterials zueinander vergleichsweise gering. Zweckmäßigerweise ist die Korngröße des pulverförmigen erste Polymerbinders zwischen 10 nm und 100 µm.
  • Als Binder, also als der erste Polymerbinder, zweite Polymerbinder und/oder weitere Binder wird insbesondere ein Polyvinylacetat (PVAC), ein Polymethylmethacrylat (PMMA) oder ein Cellulosenitrat. In einer Alternative ist der jeweilige Binder ein Fluorpolymer, wie Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylidenfluorid (PVDF), Tetrafluorethylen-Hexafluorpropylen-Copolymer (FEP) oder Vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Copolymer (engl. „vinylidene fluoridehexafluoropropylene copolymer“). In einer weiteren Alternative ist der jeweilige Binder ein Gummi, wie Styrol-Butadien-Kautschuk (SBR) oder ein Acrylnitril. Beispielsweise ist der jeweilige Binder aus dem jeweils reinen genannten chemischen Material gefertigt oder aus einer Mischung aus einem Teil der genannten chemischen Materialien. Beispielsweise sind hierbei die einzelnen Binder zueinander unterschiedlich oder jeweils gleich gewählt.
  • Insbesondere ist der Anteil sämtlicher Binder an der Elektrodenpulvermischung, also des erste Polymerbinders, der zweite Polymerbinders und gegebenenfalls des weiteren Binders, zwischen 0,1 % und 5 % der Masse der Elektrodenpulvermischung. Auf diese Weise ist eine Robustheit erhöht, wobei dennoch eine Leistungsfähigkeit der Batteriezelle nicht eingeschränkt ist.
  • Als das jeweilige Leitadditiv, also das erste Leitadditiv bzw. das zweite Leitadditiv wird beispielsweise ein Graphit, Leitruß, Carbon-Nanoröhren, Carbon-Nanofasern oder Carbon-Fasern verwendet. Alternativ hierzu wird als jeweiliges Leitadditiv ein Fulleren, also sphärische Moleküle aus Kunststoffatomen verwendet. Beispielsweise ist das jeweilige Leitadditiv lediglich aus einem dieser Bestandteile gebildet, oder das Leitadditiv umfasst eine Mischung aus den genannten Materialien. Insbesondere ist eine Partikelgröße des jeweiligen pulverförmigen Leitadditivs zwischen 10 nm und 100 nm. Infolgedessen ist eine Anlagerung an die jeweils andren Partikel vereinfacht. Insbesondere wird zur Bereitstellung des pulverförmigen jeweiligen Leitadditivs zunächst ein Festkörper entsprechend verkleinert, insbesondere gemahlen.
  • Das Verfahren zur Herstellung einer Elektrode einer Batteriezelle sieht vor, dass zunächst eine Elektrodenpulvermischung hergestellt wird. Zur Herstellung der Elektrodenpulvermischung wird zumindest ein pulverförmiges Aktivmaterial mittels elektrostatischen Beschichtens mit einem pulverförmigen ersten Polymerbinder versehen. Die Elektrodenpulvermischung wird nachfolgend auf einen Ableiter aufgebracht, vorzugsweise mittels einer Rollenpresse, eines Kalanders oder eines Walzenstuhls. In einer bevorzugten Alternative wird die Elektrodenpulvermischung mittels elektrostatischen Beschichtens auf den Ableiter aufgebacht. Somit ist ein gleichmäßiges verteilen der Elektrodenpulvermischung auf dem Ableiter ermöglicht.
  • Der Ableiter ist insbesondere aus einem Metall gefertigt und beispielsweise eine Metallfolie. Als Metall wird zweckmäßiger ein Aluminium oder ein Kupfer herangezogen. Der Ableiter ist insbesondere flächen- oder streifenförmig. Bevorzugt ist vor dem Aufbringen der Elektrodenpulvermischung auf dem Ableiter eine Haftvermittlerschicht aufgetragen, sodass ein Anhaften der Elektrodenpulvermischung verbessert ist. Die Haftvermittlerschicht ist zum Beispiel aus einem Kohlenstoff und einem der etwaigen Binder oder einem gänzlich anderen Binder erstellt.
  • Aus der Elektrodenpulvermischung wird nachfolgend vorzugsweise eine Schicht erstellt, die zum Beispiel durchgängig ist. Hierfür wird insbesondere die Elektrodenpulvermischung und/oder der Ableiter erwärmt und beispielsweise ein Druck auf die Elektrodenpulvermischung in Richtung des Ableiter ausgeübt. Hierfür wird beispielsweise die Elektrodenpulvermischung mit Licht bestrahlt oder mittels einer erwärmten Presse beaufschlagt. Alternativ oder in Kombination hierzu wird die Elektrodenpulvermischung kalandriert, wofür insbesondere ein Kalander herangezogen wird, beispielsweise ein 4-Walzenkalander, sodass der Ableiter beidseitig mit der Schicht versehen wird. Mittels des Kalanders wird insbesondere in einem Kalandrierprozess eine Dicke der Elektrodenpulvermischung auf dem Ableiter und somit die Dicke der Schicht eingestellt. Hierbei erfolgt des Kalandrieren insbesondere nach dem Erwärmen und dem Pressen. In einer Alternative wird auch dieser Arbeitsschritt mittels des Kalanders durchgeführt, wofür insbesondere die etwaigen Walzen des Kalanders erwärmt sind.
  • Zusammenfassend wird aus der Elektrodenpulvermischung zweckmäßigerweise die Schicht erstellt, die auf den Ableiter aufgebracht ist, und die das Aktivmaterial der jeweiligen Elektroden umfasst. In Abhängigkeit der Elektrode, also ob es sich um eine Kathode oder Anode handelt, wird das Material des Ableiters und/oder das Aktivmaterial gewählt. Zur Herstellung der Elektrode wird vorzugsweise kein Lösungsmittel verwendet, das zur Herstellung der Schicht aus der Elektrodenpulvermischung entfernt wird. Mit anderen Worten ist das Verfahren zur Herstellung der Elektrode lösungsmittelfrei.
  • Die Erfindung betrifft ferner eine auf diese Weise hergestellte Elektrode sowie eine Batteriezelle mit zwei Elektroden, wobei zumindest eine der beiden Elektroden, vorzugsweise beide, entsprechend eines derartigen Verfahrens hergestellt wurde.
  • Die im Zusammenhang mit den beiden Verfahren beschriebenen Vorteile und Weiterbildungen sind sinngemäß auch auf die Verwendung/Elektrode/Batteriezelle und untereinander zu übertragen und umgekehrt.
  • Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:
    • 1 schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug, das eine Hochvoltbatterie mit mehreren baugleichen Batteriezellen aufweist,
    • 2 in einer Seitenansicht eine der zueinander baugleichen Batteriezellen,
    • 3 ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode einer Batteriezelle, das ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenpulvermischung umfasst,
    • 4 eine Maschine zur Herstellung der Elektrodenpulvermischung,
    • 5-8 stark vereinfacht und vergrößert die Elektrodenpulvermischung in unterschiedlichen Stadien der Herstellung,
    • 9 eine weitere Maschine zur Herstellung der Elektrode,
    • 10 eine alternative Ausführungsform des Verfahrens zur Herstellung der Elektrodenpulvermischung, und
    • 11-17 stark vereinfacht und vergrößert die gemäß der alternativen Ausführungsform hergestellte Elektrodenpulvermischung in unterschiedlichen Stadien der Herstellung.
  • Einander entsprechende Teile sind in allen Figuren mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
  • In 1 ist schematisch vereinfacht ein Kraftfahrzeug 2 in Form eines Personenkraftwagens (Pkw) dargestellt. Das Kraftfahrzeug 2 weist eine Anzahl an Rädern 4 auf, von denen zumindest einige mittels eines Antriebs 6 angetrieben sind, der einen Elektromotor umfasst. Somit ist das Kraftfahrzeug 2 ein Elektrofahrzeug oder ein Hybrid-Fahrzeug. Der Antrieb 6 weist einen Umrichter auf, mittels dessen der Elektromotor bestromt ist. Der Umrichter des Antriebs 6 wiederum ist mittels eines Energiespeichers 8 in Form einer Hochvoltbatterie bestromt. Hierfür ist der Antrieb 6 mit einer Schnittstelle 10 des Energiespeichers 8 verbunden, die in ein Gehäuse 12 des Energiespeichers 8 eingebracht ist, das aus einem Edelstahl erstellt ist. Innerhalb des Gehäuses 12 sind mehrere Batteriemodule angeordnet, die miteinander elektrisch kontaktiert sind. Ein Teil der Batteriemodule ist dabei zueinander elektrisch in Reihe und diese wiederum elektrisch zueinander parallel geschaltet sind. Der elektrische Verband der Batteriemodule ist mit der Schnittstelle 10 elektrisch kontaktiert, sodass bei Betrieb des Antriebs 6 ein Entladen oder Laden (Rekuperation) der Batteriemodule erfolgt. Aufgrund der elektrischen Verschaltung ist dabei die an der Schnittstelle 10 bereitgestellte elektrische Spannung, die 400 V beträgt, ein Vielfaches der mit den zueinander baugleichen Batteriemodule jeweils bereitgestellten elektrischen Spannung.
  • Jedes der zueinander baugleichen Batteriemodule weist mehrere zueinander baugleiche Batterien auf, die zur Bildung des jeweiligen Batteriemoduls miteinander elektrisch in Reihe und/oder parallel geschaltet sind. Jede der Batterien wiederum weist mehrere zueinander baugleiche Batteriezellen 14 auf, von denen hier zwei gezeigt sind.
  • In 2 ist in einer Seitenansicht eine der zueinander baugleichen Batteriezellen 14 dargestellt. Die Batteriezelle 14 weist zwei Elektroden 16 auf, die über einen Separator 18 voneinander getrennt sind. Die beiden Elektroden 16 und der Separator 18 sind übereinandergestapelt und liegen jeweils direkt aneinander an. Eine der Elektroden 16 ist eine Anode 20, und die verbleibenden der Elektroden 16 ist eine Kathode 22.
  • Die beiden Elektroden 16 sind zueinander gleichartig aufgebaut und weisen jeweils einen Ableiter 24 auf, der auch als Träger bezeichnet ist, und der aus einer Metallfolie gefertigt ist. Im Fall der Anode 20 ist der Ableiter 24 aus einer Kupferfolie und im Fall der Kathode 22 aus einer Aluminiumfolie gefertigt. Auf jeden der flächigen Ableiter 24 ist beidseitig jeweils eine Schicht 26 aufgetragen, deren Dicke jeweils zwischen 60 µm und 100 µm ist.
  • In 3 ist ein Verfahren 28 zur Herstellung einer der Elektroden 16 der Batteriezelle 14 dargestellt. Bei dem Verfahren 28 zur Herstellung der Elektrode 16 wird zunächst ein Verfahren 30 zur Herstellung einer Elektrodenpulvermischung 32 (8) durchgeführt. In einem ersten Arbeitsschritt 33 wird in eine in 4 gezeigte Trommel 34 durch eine Einfüllöffnung 36 ein pulverförmiges Aktivmaterial 38 eingefüllt, von dem in 5 schematisch vereinfacht ein Partikel dargestellt ist. Das pulverförmige Aktivmaterial ist auf die spätere Verwendung der Elektrode 16 als Anode 20 bzw. Kathode 22 abgestimmt, und es handelt sich in diesem Beispiel um Graphit, wenn die Elektrode die Anode 20 bilden soll. Wenn die Elektrode 16 die Kathode 22 bilden wird, wird als Aktivmaterial 38 LiFePO4 oder NMC verwendet. Die einzelnen Partikel des pulverförmigen Aktivmaterials 38 weisen eine Korngröße von 1 µm auf, und zur Herstellung des pulverförmigen Aktivmaterials 38 wird zunächst in einem nicht näher dargestellten Verfahren ein Festkörper zermahlen.
  • In einem zweiten Arbeitsschritt 40 wird mittels elektrostatischen Beschichtens das (pulverförmige) Aktivmaterial 38 mit einem pulverförmigen ersten Leitadditiv 42 versehen. Hierfür ist innerhalb der Trommel 34 ein Sprühkopf 44 angeordnet, mittels dessen die Partikel des ersten Leitadditivs 42 elektrisch geladen und auf die Partikel des pulverförmigen Aktivmaterials 38 gesprüht werden. Die Partikel des Aktivmaterials 38 sind über die metallische Trommel 34 geerdet, sodass die Partikel des ersten Leitadditivs 42 von den Partikeln 38 des Aktivmaterials 38 angezogen werden. Während des elektrostatischen Beschichtens wird die Trommel 34 zudem rotiert, damit sämtliche Partikel des pulverförmigen Aktivmaterials 38 mit zumindest einem der Partikel des ersten Leitadditivs 42 versehen werden. Als erste Leitadditiv 42 wird Leitruß verwendet, und sobald sich an einen der Partikel des Aktivmaterials 38 eines der Partikel des ersten Leitadditivs 42 angelagert hat, weist der Verbund hieraus eine bestimmte elektrische Ladung auf, die das Anlagern von weiteren Partikeln des erste Leitadditivs 42 solange verhindert oder zumindest erschwert/verzögert, bis sich auch zumindest an dem Großteil der verbleibenden Partikeln des Aktivmaterials 38 die gleiche Anzahl an Partikeln des ersten Leitadditiv 42 angelagert hat. Dann besteht nämlich kein Unterschied mehr zwischen der Ladung der auf diese Weise hergestellten Verbunde. Im Anschluss hieran ist ein Anlagern eines weiteren Partikels des ersten Leitadditiv 42 an die Partikel des Aktivmaterials 38 erleichtert, sodass ein im Wesentlichen gleichmäßiges Beschichten der Partikel des pulverförmigen Aktivmaterials 38 erfolgt.
  • In einem sich anschließenden dritten Arbeitsschritt 46 wird mittels des gleichen Sprühkopfes 44 das pulverförmige Aktivmaterial 38, an dessen Partikel bereits Partikel des pulverförmigen ersten Leitadditivs 42 angelagert sind, mit einem pulverförmigen ersten Polymerbinder 48 versehen, nämlich ebenfalls mittels elektrostatischen Beschichtens. Hierbei lagert sich der erste Polymerbinder 48 auch teilweise an die Partikel des ersten Leitadditiv 42 an, die bereits an einem der Partikel des Aktivmaterials 38 anhaften. Während des elektrostatischen Beschichtens wird dabei die Trommel 34 ebenfalls rotiert. In einer nicht näher dargestellten Variante wird ein separater Sprühkopf zum Versehen des pulverförmigen Aktivmaterials 38 mit dem pulverförmigen ersten Polymerbinder 48 verwendet. Auch mittels dieses separaten Sprühkopf erfolgt das elektrostatische Beschichten, und der separate Sprühkopf ist ebenfalls innerhalb der Trommel 34 angeordnet.
  • Als erster Polymerbinder 48 wird ein Flurpolymer, nämlich Polytetrafluorethylen (PTFE) verwendet, und während des Sprühens mittels des Sprühkopfes 44 wird die Trommel 34 weiter gedreht. Die Größe der Korngröße des pulverförmigen ersten Polymerbinders 48 ist 200 nm und somit kleiner als die Korngröße des pulverförmigen Aktivmaterials 38 gewählt. Auch ist die Korngröße des ersten Leitadditivs 42 zwischen 100 nm und 500 nm gewählt und somit geringer als die Korngröße des pulverförmigen Aktivmaterials 38.
  • In einem sich anschließenden vierten Arbeitsschritt 50, der ausgeführt wird, wenn das elektrostatische Beschichten beendet wurde, wird der erste Polymerbinder 48 angeschmolzen. Zum Anschmelzen wird eine innerhalb der Trommel 34 angeordnete Lichtquelle 51 herangezogen, mittels derer Infrarotlicht ausgesandt wird. Hierbei verbinden sich, wie in 8 dargestellt, die einzelnen Partikel des ersten Polymerbinders 48, die dem jeweils gleichen Partikel des Aktivmaterials 38 zugeordnet sind, teilweise, sodass das jeweilige Partikel des Aktivmaterials 38 die daran anhaftenden Partikel des ersten Leitadditiv 42 umhüllt werden. Auch erfolgt auf diese Weise mittels des ersten Leitadditivs 42 ein teilweises Verbinden der Partikel des pulverförmigen Aktivmaterials 38 miteinander. In einer Variante erfolgt das Anschmelzen mittels Erwärmens der Trommel 34 oder der pulverförmige Inhalt der Trommel 34 wird ausgeleert und durch einen Durchlaufofen bewegt.
  • In einem sich anschließenden fünften Arbeitsschritt 52 wird das auf diese Weise erstellte Material mit einem pulverförmigen weiteren Binder 54 vermischt, der ebenfalls partikelförmig ist, und dessen Korngröße zwischen 500 nm und 800 nm beträgt. Der weitere Binder 54 ist beispielsweise ebenfalls Polytetrafluorethylen (PTFE) oder in einer alternativen Ausführungsform Polymethylmethacrylat (PMMA), also chemisch unterschiedlich zu dem ersten Polymerbinder 48.
  • Der weitere Binder 54 wird lediglich in die Tonne 34 über die Einfüllöffnung 36 eingefüllt, wobei die Tonne 34 weiter rotiert wird, sodass eine Vermischung erfolgt. Im Anschluss hieran ist das Verfahren 30 zur Herstellung der Elektrodenpulvermischung 32 beendet. Der fünfte Arbeitsschritt 52 ist dabei optional, und in einer nicht näher dargestellten Variante wird der weitere Binder 54 nicht verwendet.
  • In einem sich anschließenden sechsten Arbeitsschritt 56 wird die auf diese Weise erstellte Elektrodenpulvermischung 32 mittels elektrostatischen Beschichtens auf den jeweiligen Ableiter beidseitig 24 aufgetragen, wie in 9 dargestellt. Der Ableiter 24, der auch als Träger bezeichnet wird, liegt hierbei als Metallband vor, das von einer nicht näher dargestellten Rolle abgewickelt wird. Aufgrund des bereits angeschmolzen ersten Polymerbinders 48 werden dabei die Partikel des ersten Leitadditivs 42 an den Partikeln des Aktivmaterials 38 gehalten, sodass die Homogenität der Elektrodenpulvermischung 32 auch bei dem Beschichten erhalten bleibt.
  • Nach dem Beschichten des Ableiters 24 mit der Elektrodenpulvermischung 32 wird diese erwärmt und durch eine Presse 58 geführt, die als sogenannte „hot press“ oder „heat press“ ausgeführt ist. Mittels dieser wird Druck auf die Schichten 26 in Richtung des Ableiters 24 ausgeübt, sodass eine Dichte der Elektrodenpulvermischung 32 verringert wird. Hierfür werden etwaige vorhandene Freiräume zwischen den Partikeln des Aktivmaterials 38 verringert oder entfernt. Ferner wird mittels der Presse 58 Wärme abgegeben, sodass der weitere Binder 54 sowie der erste Polymerbinder 48 aufgeschmolzen werden, weswegen sich diese untereinander sowie mit dem ersten Leitadditiv 42 und den Partikeln des Aktivmaterials 38 stoffschlüssig verbinden, sodass die jeweilige zusammenhängende Schicht 26 gebildet wird. Somit ist nachfolgend eine Relativbewegung der der einzelnen Partikel des Elektrodenpulvers 32 verhindert.
  • In einem sich anschließenden siebten Arbeitsschritt 60 wird der beidseitig mit der Schicht 26 versehene Ableiter 24 durch einen Kalander 62 bewegt, der zwei Walzen 64 umfasst. Mittels des Kalanders 62 werden die Schichten 26 weiter komprimiert und deren Porosität weiter verringert. Auch wird auf diese Weise sichergestellt, dass die Schichten 26 eine vorher bestimmte Dicke aufweisen. Nachfolgend wird der mit den Schichten 26 versehene Ableiter 24 auf eine Rolle 66 aufgerollt. Diese wird bei Bedarf abgerollt sowie zur Herstellung der jeweiligen Elektrode 16 abgelängt. In einer nicht näher dargestellten Variante ist die Presse 58 nicht vorhanden, und, nachdem die Elektrodenpulvermischung 32 mittels elektrostatischen Beschichtens auf den Ableiter 24 aufgebracht wurde, wird der Ableiter 24 direkt durch den Kalander 62 bewegt, dessen Walzen 64 erwärmt sind, sodass mittels dieser ein Aufschmelzen und Verbinden des weiteren Binders 54 und des erste Polymerbinders 48 erfolgt.
  • In 10 ist eine Variante des Verfahrens 30 zur Herstellung der Elektrodenpulvermischung 32 dargestellt. Dieses beginnt mit einem achten Arbeitsschritt 68, in dem zunächst wiederum das pulverförmige Aktivmaterial 38 bereitgestellt und in die Trommel 34 eingefüllt wird. Somit sind wiederum mehrere Partikel des Aktivmaterials 38 vorhanden, von denen eines in 11 dargestellt ist. Nachfolgend wird das pulverförmige Aktivmaterial 38, also die einzelnen Partikel des Aktivmaterials 38, mittels elektrostatischen Beschichtens mit dem pulverförmigen ersten Polymerbinder 48, nämlich dessen einzelnen Partikeln, versehen, wie in 12 dargestellt ist. Zum Besprühen wird der Sprühkopf 44 verwendet, und währenddessen wird wiederum die Trommel 34 rotiert.
  • Sobald sämtliche Partikel des Aktivmaterials 38 mit genügend Partikeln des ersten Polymerbinders 48 versehen sind, wird der erste Polymerbinder 48 angeschmolzen, sodass die einzelnen an jeweils einem der Partikel des Aktivmaterials 38 anhaftenden Partikel des ersten Polymerbinders 48 miteinander verschmelzen und das jeweiligen Partikel 38 umgeben, wie in 13 schematisch gezeigt. Mit anderen Worten entspricht der achte Arbeitsschritt 68 dem ersten Arbeitsschritt 33 sowie dem dritten Arbeitsschritt 46 und dem vierte Arbeitsschritt 50, wobei jedoch das erste Leitadditiv 42 nicht vorhanden ist.
  • In einem sich anschließenden neunten Arbeitsschritt 70 wird ein pulverförmiges zweites Leitadditiv 72 bereitgestellt, von dem zwei Partikel in 14 dargestellt sind. Hierbei kann es sich wiederum um Leitruß handeln. Die Partikel des zweiten Leitadditivs 72 werden mit einem zweiten Polymerbinder 74 mittels elektrostatischen Beschichtens versehen. Infolgedessen lagern sich einzelne Partikel des zweiten Polymerbinders 74 an den Partikeln des zweite Leitadditivs 72 an. Zum elektrostatischen Beschichten wird beispielsweise die gleiche Trommel 34 genutzt, aus der das Aktivmaterial 38 entfernt wurde. Es ist jedoch auch möglich, eine gleichartig aufgebaute Maschine, die ebenfalls eine Trommel 34 aufweist, oder eine anders aufgebaute Maschine zu verwenden. Nachfolgend wird auch der zweite Polymerbinder 74 angeschmolzen, sodass die einzelnen Partikel des zweiten Leitadditivs 72 beispielsweise vollständig oder zumindest teilweise mit dem zweiten Polymerbinder 74 verbunden sind, wobei zwischen diesen teilweise eine formschlüssige und/oder stoffschlüssige Verbindung erstellt ist. Zusammenfassen entspricht der achte Arbeitsschritt 68 dem neunten Arbeitsschritt 70, wobei jedoch unterschiedliche Materialien verwendet werden. So wird anstatt des Aktivmaterials 38 das zweite Leitadditiv 72 und anstatt des ersten Polymerbinders 48 der zweite Polymerbinder 74 verwendet. In einer Ausführungsform sind dabei der erste Polymerbinder 48 und der zweite Polymerbinder 74 zueinander chemisch gleich. Zusammenfassend wird somit das pulverförmiges zweite Leitadditiv 72 mittels elektrostatischen Beschichtens mit dem pulverförmigen zweite Polymerbinder 74 versehen.
  • In einem sich anschließenden zehnten Arbeitsschritt 76 werden das mit dem ersten Polymerbinder 48 versehene, also beschichtete, Aktivmaterial 38 mit dem mit dem zweiten Polymerbinder 74 versehenen zweiten Leitadditiv 72, also die jeweiligen beschichteten Pulver, vermischt, sodass die Elektrodenpulvermischung 32 gebildet ist, die in 17 gezeigt ist. Hierbei erfolgt eine Verbindung des ersten Polymerbinders 48 mit dem zweiten Polymerbinder 74, sodass über diese teilweisen die die Partikel des Aktivmaterials 38 sowie des zweiten Leitadditivs 20 aneinander anhaften und folglich eine Homogenität der Elektrodenpulvermischung 32 gegeben ist, die auch bei einer Lagerung erhalten bleibt.
  • Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung von dem Fachmann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den einzelnen Ausführungsbeispielen beschriebene Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kombinierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.
  • Bezugszeichenliste
    • 2
    Kraftfahrzeug
    4
    Rad
    6
    Antrieb
    8
    Energiespeicher
    10
    Schnittstelle
    12
    Gehäuse
    14
    Batteriezelle
    16
    Elektrode
    18
    Separator
    20
    Anode
    22
    Kathode
    24
    Ableiter
    26
    Schicht
    28
    Verfahren zur Herstellung einer Elektrode
    30
    Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenpulvermischung
    32
    Elektrodenpulvermischung
    33
    erster Arbeitsschritt
    34
    Trommel
    36
    Einfüllöffnung
    38
    Aktivmaterial
    40
    zweiter Arbeitsschritt
    42
    erstes Leitadditiv
    44
    Sprühkopf
    46
    dritter Arbeitsschritt
    48
    erster Polymerbinder
    50
    vierter Arbeitsschritt
    51
    Lichtquelle
    52
    fünfter Arbeitsschritt
    54
    weiterer Binder
    56
    sechster Arbeitsschritt
    58
    Presse
    60
    siebter Arbeitsschritt
    62
    Kalander
    64
    Walze
    66
    Rolle
    68
    achter Arbeitsschritt
    70
    neunter Arbeitsschritt
    72
    zweites Leitadditiv
    74
    zweiter Polymerbinder
    76
    zehnter Arbeitsschritt

Claims (9)

  1. Verfahren (30) zur Herstellung einer Elektrodenpulvermischung (32) einer Batteriezelle (14), bei welchem ein pulverförmiges Aktivmaterial (38) mittels elektrostatischen Beschichtens mit einem pulverförmigen ersten Polymerbinder (48) versehen wird.
  2. Verfahren (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das pulverförmige Aktivmaterial (38) mittels elektrostatischen Beschichtens mit einem pulverförmigen ersten Leitadditiv (42) versehen wird.
  3. Verfahren (30) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem elektrostatischen Beschichten der erste Polymerbinder (48) angeschmolzen wird.
  4. Verfahren (30) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass das mit dem ersten Polymerbinder (48) beschichtete Aktivmaterial (38) mit einem weiteren Binder (54) vermischt wird.
  5. Verfahren (30) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein pulverförmiges zweites Leitadditiv (72) mittels elektrostatischen Beschichtens mit einem pulverförmigen zweiten Polymerbinder (74) versehen und anschließend mit dem mit dem ersten Polymerbinder (48) beschichteten Aktivmaterial (38) vermischt wird.
  6. Verfahren (30) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Vermischen der erste Polymerbinder (48) und der zweite Polymerbinder (74) angeschmolzen werden.
  7. Verfahren (30) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Korngröße des pulverförmigen ersten Polymerbinders (48) kleiner oder gleich der Korngröße des pulverförmigen Aktivmaterials (38) gewählt wird.
  8. Verfahren (28) zur Herstellung einer Elektrode (16) einer Batteriezelle (14), bei welchem eine Elektrodenpulvermischung (32) gemäß einem Verfahren (30) zur Herstellung einer Elektrodenpulvermischung (32) einer Batteriezelle (14) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt und die Elektrodenpulvermischung (32) auf einen Ableiter (24) aufgebracht wird.
  9. Verfahren (28) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die auf den Ableiter (24) aufgebrachte Elektrodenpulvermischung (32) erwärmt und gepresst und/oder kalandriert wird.
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