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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer strukturierten Elektrodenlage für eine Lithium-Ionen-Batteriezelle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Prozessanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 9.
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Ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenlage, das heißt einer Kathodenlage oder einer Anodenlage, einer Lithium-Ionen-Batteriezelle kann in einem kontinuierlichen Prozessablauf durchgeführt werden. In dem Prozessablauf wird zunächst eine noch unbeschichtete Metallfolie (das heißt Kupferfolie oder Aluminiumfolie) als Bandware bereitgestellt. Die noch unbeschichtete Metallfolie wird durch eine Beschichtungsstation transferiert, in der die Metallfolie einseitig oder beidseitig mit einer nassen Elektrodenaktivmaterial-Ausgangskomponente beschichtet wird. Diese enthält neben dem Elektrodenaktivmaterial ein flüssiges Lösungsmittel. In einer prozesstechnisch nachgeschalteten Trockenstation wird durch Wärmezufuhr der nassen Elektrodenaktivmaterial-Ausgangskomponente das Lösungsmittel entzogen. Auf diese Weise bildet sich eine getrocknete Elektrodenaktivmaterialschicht auf der Metallfolie. Anschließend wird ein Kalandrierprozess durchgeführt, in dem die beschichtete Metallfolie durch ein Walzenpaar verdichtet wird. Nach dem Kalandrierprozess wird die beschichtete Metallfolie in einer weiteren Elektrodenfertigung durch Schneidprozesse aus der Bandware vereinzelt und auf eine vorgegebene Außenkontur zugeschnitten. Anschließend folgt eine Zellassemblierung, bei der die Anoden-, Kathoden- und Separatorlagen zu einem Zellstapel gestapelt werden. Dieser wird mit Zellableitern kontaktiert und anschließend in das Zellgehäuse der Batteriezelle eingebracht.
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Nachdem der Zellstapel in das Zellgehäuse eingebracht ist, erfolgt eine Elektrolytbefüllung sowie eine Elektrolytbenetzung, bei der der Elektrolyt die Anoden-, Kathoden- und Separatorlagen des Zellstapels benetzt. Nach Abschluss der Elektrolyt-Befüllung wird die im Zellgehäuse ausgebildete Befüllöffnung zum Beispiel mit einem Schweißverfahren (prismatische Zellen) oder einem Siegelverfahren (Pouch-Zelle) geschlossen. Danach startet ein Formierungsprozess, in dem erste Lade- und Entladevorgänge der Batteriezelle durchgeführt werden.
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Speziell bei Hochenergiezellen sind eine erhöhte Geschwindigkeit bei der Elektrolyt-Benetzung während der Herstellung als auch eine spätere Schnellladefähigkeit von großer Bedeutung. Vor diesem Hintergrund kann im Stand der Technik nach dem Kalandrierprozess ein lasergestützter Strukturierprozess durchgeführt werden. In dem Strukturierprozess wird mit Hilfe eines Laserscannersystems eine gepulste Laserstrahlung auf das Elektrodenaktivmaterial der beschichteten Metallfolie aufgebracht. Durch Materialabtrag werden Poren bzw. Strukturen in das Elektrodenaktivmaterial der beschichteten Metallfolie eingebracht. Mittels der Poren bzw. Strukturen werden Diffusionsleitwege generiert, die im Hinblick auf eine Schnellladefähigkeit von Relevanz sind. Zudem kann mit Hilfe der Poren bzw. Strukturen eine Benetzungszeitdauer nach der Elektrolytbefüllung reduziert werden, da verstärkt Kapillareffekte auftreten können, wodurch sich insgesamt die für die Formation und Auslagerung der Batteriezelle erforderliche Zeitdauer drastisch reduziert.
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Im Stand der Technik wird der Strukturierprozess nach dem Beschichten sowie dem Kalandrieren an der getrockneten Elektrode durchgeführt. Die hieraus entstehenden prozessimmanenten Nachteile liegen im Wesentlichen in der Partikelentstehung, die eine Verunreinigung der Elektrodenoberfläche nach sich zieht. Des Weiteren ist für die Erzeugung der Strukturierung eine relative hohe Energie bzw. Pulsanzahl notwendig. Dies kann zum einem zu einer thermischen Belastung führen und zum anderen zu langen Prozesszeiten für die Erzeugung der Strukturen. Darüber hinaus wird bei dieser Vorgehensweise ein großer Verlust an Aktivmaterial in Kauf genommen, da das Material bei der Wechselwirkung mit dem Laser entweder abplatzt oder verdampft. Neben diesen technisch bedingten Schwierigkeiten tendieren viele Verfahren aus dem Stand der Technik dazu, die Metallfolie (das heißt den Stromsammler) zu perforieren. Dies führt zu einem großen Todvolumen in der späteren Zelle, welches wiederum durch Elektrolyt aufgefüllt werden muss.
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Aus der
EP 3 147 039 A1 ist eine Vorrichtung zur Beschichtung einer Metallfolie mit einem Elektrodenaktivmaterial bekannt. Aus der
EP 3 477 754 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Batteriezelle bekannt. Aus der
EP 3 349 274 A1 ist eine Elektrodenlage bekannt, die beidseitig mit Elektrodenaktivmaterial beschichtet ist.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenlage für eine Lithium-lonen-Batteriezelle bereitzustellen, bei dem im Vergleich zum Stand der Technik ein reduzierter Materialeinsatz von insbesondere Elektrolyt sowie Materialverlust von insbesondere Aktivmaterial ermöglicht ist.
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Die Aufgabe der Erfindung ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 9 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenlage, das heißt einer Anodenlage und/oder einer Kathodenlage, für eine Lithium-lonen-Batteriezelle aus. Bei dem Verfahren wird in einem Beschichtungsprozess eine noch unbeschichtete Metallfolie mit einer nassen Elektrodenaktivmaterial-Ausgangskomponente beschichtet. Diese enthält neben dem Elektrodenaktivmaterial ein flüssiges, zum Beispiel wasserbasiertes Lösungsmittel. In einem anschließenden Trocknungsprozess wird durch Wärmezufuhr der nassen Elektrodenaktivmaterial-Ausgangskomponente das Lösungsmittel entzogen. Auf diese Weise bildet sich eine getrocknete Elektrodenaktivmaterialschicht auf der Metallfolie. Danach folgt ein Kalandrierprozess, in dem die mit dem Elektrodenaktivmaterial beschichtete Metallfolie verdichtet wird. In der weiteren Elektrodenfertigung wird durch Schneidprozesse, etwa Slitten oder Vereinzeln, die Elektrodenlage fertiggestellt. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 weist das Verfahren einen lasergestützten Strukturierungsprozess auf. Im Strukturierprozesswerden durch Laserbearbeitung Poren oder andere geometrische Strukturen in die Elektrodenaktivmaterialschicht eingebracht, wodurch Diffusionsleitwege generiert werden.
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In der nachfolgenden Beschreibung sind die geometrischen Strukturen vorrangig als Poren (das heißt runde Löcher) ausgeführt. Die Erfindung nicht auf eine solche Porenstruktur beschränkt. Anstelle dessen können die geometrischen Strukturen auch linienförmig, kreuzförmig oder dergleichen ausgeführt sein.
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Erfindungsgemäß wird der Strukturierprozess vor dem Kalandrierprozess durchgeführt. Im Kalandrierprozess kann daher die Poren- bzw. Strukturgröße der im Strukturierprozess eingebrachten Poren und Strukturen reduziert werden. Dadurch wird folgendes bewirkt: Einerseits reduziert sich durch die kleinere Porenstruktur das mit dem Elektrolyt zu befüllende Leervolumen, wodurch der Elektrolyt-Materialeinsatz im Vergleich zum Stand der Technik reduziert wird. Andererseits reduziert sich durch die kleinere Porenstruktur die Benetzungszeitdauer nach der Elektrolytbefüllung. Dadurch wird insgesamt die für die Formation und Auslagerung der Batteriezelle erforderliche Zeitdauer drastisch reduziert. Durch eine zielgerichtete Parametrisierung werden mit dem erfindungsgemäßen Strukturierprozess die Entstehung von Kontaminationsprodukten sowie die Reduzierung von Aktivmaterialverlust bewirkt.
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Bei der Erfindung wird somit ein Laser zur Strukturierung (oder auch Perforierung) von nicht vollständig getrockneten Elektroden (Anoden und/oder Kathode) bzw. Elektroden eingesetzt, die zwar zum Teil getrocknet, aber noch nicht kalandriert sind. Die Metallfolie (das heißt der Stromsammler) wird bei dieser Strukturierung bevorzugt nicht perforiert. Durch den Einsatz der Strukturierung zu diesem frühen Prozesszeitpunkt ergeben sich verschiedene Vorteile gegenüber der gängigen Strukturierung nach dem Kalandrieren, da im Falle der Strukturierung in der flüssigen bzw. teilflüssigen Phase (das heißt in der Gel-Phase) der Beschichtung ein Zusammenfließen möglich ist, wodurch noch kleinere Poren bzw. Strukturen ermöglicht werden als es der reine Durchmesser des Lasersystems erlauben würde. Dieser Effekt kann in geringerem Maße auch bei trockenen Elektroden durch das spätere Kalandrieren erzielt werden. Des Weiteren kann die Laser-Materialwechselwirkung in flüssiger oder teilflüssiger Phase (das heißt in der Gel-Phase) so eingestellt werden, dass die Entstehung der Poren oder anderen Strukturen durch das Verdampfen des Lösungsmittel begünstigt wird. Hierdurch werden weniger oder keine Aktivmaterialien abgetragen, sondern die Aktivmaterialien durch den entstehenden Dampfdruck lediglich verdrängt (unter Bildung einer Dampfkapillare). Dies hat zum einem den Vorteil, dass kein oder nur wenig Aktivmaterial verloren geht und zum anderen keine oder nur wenige Kontaminationen im Prozess entstehen.
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Der Laserstrukturierprozess kann direkt vor dem Trockner oder direkt in dem Trockner oder nach dem Trockner verortet werden. Bei einer Verortung im Trockner kann das Scanner-System auf einem Schienensystem gelagert sein, sodass in Abhängigkeit des Trocknungsgrads der Scanner über die Laufrichtung der Elektrode verschoben werden kann. Durch die Messung der Infrarotstrahlung der Elektrodenoberfläche kann der Trocknungsgrad ortsaufgelöst ermittelt und der Scanner den Strukturierprozess prozessgesteuert anpassen. Bei einer Laserstrukturierung nach der Trocknung und somit vor dem Kalander wird lediglich ein Hochleistungspolygonscanner eingesetzt, der einen gezielten Abtrag ermöglicht.
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Die Strukturierung vor oder im Trocknungsschritt der Elektrodenherstellung sorgt dafür, dass kleinere Poren im Vergleich zum Durchmesser des Laserstrahls durch das Nachfließen des Aktivmaterials ermöglicht werden. Des Weiteren ist bei der Strukturierung in der flüssigen oder teilflüssigen Phase des Aktivmaterials ein geringerer Abtrag von Aktivmaterial inklusive geringerer Kontamination der Umgebung möglich. Die Strukturierung vor dem Kalander führt des Weiteren dazu, dass etwaige Materialaufwürfe durch den Kalandrierschritt verpresst werden und somit eine homogene Oberfläche auf den Elektroden entsteht. Demgegenüber wird bei einer Strukturierung nach der Trocknung vor dem Kalander lediglich ein Verpressen des aufgeworfenen Materials sowie der erzeugten Poren bzw. Strukturen erreicht.
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Zusammenfassend ermöglicht die erfindungsgemäße Prozessanordnung kleinere Poren bzw. Strukturen durch das nachfließende, noch flüssige Aktivmaterial. Darüber hinaus werden die Poren bzw. Strukturen weiter verkleinert durch den folgenden Kalandrierschritt. Diese beiden Effekte führen dazu, dass weniger Elektrolyt eingesetzt werden muss, um etwaiges Leervolumen zu füllen. Gleichzeitig bleiben aber die Vorteile von gerichteten Diffusionspfaden erhalten. Darüber hinaus ermöglicht die Elektrodenstrukturierung eine geringe Benetzungszeitdauer der Zellen, wodurch die Zeit der Formation und Auslagerung der Zelle drastisch reduziert werden kann. Durch eine zielgerichtete Parametrisierung wird mit diesem Prozess die Vermeidung von Kontaminationsprodukten und die Reduzierung des Aktivmaterialverlustes durch eine Strukturierung vor bzw. im Trocknungsschritt erreicht.
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Nachfolgend sind Erfindungsaspekte nochmals im Einzelnen hervorgehoben: So kann der Strukturierungsprozess in einer ersten Ausführungsvariante nach dem Trocknungsprozess erfolgen. Im Strukturierprozess werden daher die Poren bzw. Strukturen in die noch unverdichtete, trockene Elektrodenaktivmaterialschicht eingebracht. Deren Größe wird im nachgelagerten Kalandrierprozess durch das Verpressen des Aktivmaterials reduziert.
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Alternativ dazu kann der Strukturierprozess vor oder während des Trocknungsprozesses zu einem Prozesszeitpunkt durchgeführt werden, zu dem das Elektrodenaktivmaterial noch in flüssiger Phase oder teilflüssiger Phase (das heißt in der Gel-Phase) vorliegt. In diesem Fall enthält das Elektrodenaktivmaterial noch einen vordefinierten Gehalt an flüssigem Lösungsmittel. Dadurch kann folgender Effekt genutzt werden: So kann bei der Laserbearbeitung durch schlagartiges Verdampfen von Lösungsmittel Elektrodenaktivmaterial verdrängt werden. Dadurch entstehen durchmessergroße Dampfkapillare im noch nassen Elektrodenaktivmaterial. Im weiteren Prozessverlauf bilden sich aus den durchmessergroßen Dampfkapillaren durch Nachfließen von nassem Elektrodenaktivmaterial durchmesserkleine Poren bzw. Strukturen. Diese durchmesserkleinen Poren bzw. Strukturen werden im anschließenden Kalandrierprozess durch Verdichtung nochmals in ihrer Größe reduziert.
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Bevorzugt ist es, wenn der Energieeintrag bei der Laserbearbeitung derart bemessen ist, dass die Metallfolie perforationsfrei verbleibt. In diesem Fall kann die Entstehung von Kontaminationsprodukten abermals reduziert und Durchgangslöcher in der Metallfolie vermieden werden, die ansonsten als Leervolumen mit Elektrolyt befüllt werden müssten.
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Zur Durchführung des Strukturierungsprozesses kann ein Laserscannersystem bereitgestellt werden, das eine Laserstrahlquelle, einen Scanner (Polygonscanner) und eine Optik, aufweist. Diese fokussiert die gepulste Laserstrahlung auf das Elektrodenaktivmaterial. Dadurch erfolgt ein Materialabtrag unter Bildung der Poren bzw. Strukturen. Der Trocknungsprozess wird in einer Trocknungsstation durchgeführt, in der durch Wärmeeinwirkung das verbleibende Lösungsmittel aus dem Elektrodenaktivmaterial verdampft und mittels einer Absaugeinrichtung aus der Trocknungsstation abgeführt wird. Bevorzugt wird die einseitig oder beidseitig beschichtete Metallfolie in einem kontinuierlichen Prozess in Durchlaufrichtung durch die Trocknungsstation geführt. Auf diese Weise reduziert sich der Trocknungsgrad der Elektrodenaktivmaterialschicht über die Durchlaufstrecke bis Erreichen eines Trockenzustands, bei dem die Elektrodenaktivmaterialschicht im Wesentlichen frei von Lösungsmittel ist. In einer ersten Ausführungsvariante kann die Laserstrahlungsquelle zu Beginn der Durchlaufstrecke an einem Applikationsort ortsfest positioniert sein, an dem die Laserbearbeitung erfolgt. Der Applikationsort ist derart ausgewählt, dass die an der Laserstrahlungsquelle vorbeilaufende beschichtete Metallfolie noch einen ausreichenden Lösungsmittelgehalt aufweist, um die Erzeugung der durchmessergroßen Dampfkapillare zu gewährleisten. Alternativ dazu kann in einer weiteren Ausführungsvariante die Laserstrahlungsquelle nicht ortsfest in der Trocknungsstation positioniert sein, sondern vielmehr mittels einer Stelleinheit, etwa einem Schienensystem, in Durchlaufrichtung verstellbar in der Trocknungsstation geführt sein. In diesem Fall kann die Laserstrahlungsquelle zu einem beliebigen Applikationsort innerhalb der Durchlaufstrecke geführt werden. Bevorzugt kann der Applikationsort in Abhängigkeit vom Trocknungsgraden der Elektrodenaktivmaterialschicht der durch die Trocknungsstation laufenden Metallfolie ermittelt werden.
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In einer besonders bevorzugten Ausführungsvariante kann die Ermittlung des Applikationsortes mit Hilfe einer elektronischen Steuereinheit des Laserscannersystems durchgeführt werden. Die Steuereinheit kann in Signalverbindung mit der Laserstrahlungsquelle und mit einem Sensor sein, der den Verlauf des Trocknungsgraden oder eines korrelierenden Parameters über die Durchlaufstrecke erfasst. Die Steuereinheit kann die Laserstrahlungsquelle bis zu einem Applikationsort ansteuern, an dem der sensorisch erfasste Trocknungsgrad kleiner oder gleich einem, in der Steuereinheit hinterlegten Grenzwert ist. Auf diese Weise ist am Applikationsort ein für die Bildung der Dampfkapillaren ausreichender Lösungsmittelgehalt in der Elektrodenaktivmaterialschicht gewährleistet. Anstelle des Sensors kann jeglicher anderer Ermittlungs-Baustein der elektronischen Steuereinheit zugeordnet sein, etwa ein in der Steuereinheit hinterlegtes Trocknungsgrad-Durchlaufstrecke-Diagramm, in dem der Trocknungsgrad über die Durchlaufstrecke anhand von Vergleichsbeispielen wiedergegeben ist.
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Nachfolgend ist Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 eine Anlagenskizze zur Herstellung einer Elektrodenlage für eine Lithium-lonen-Batteriezelle;
- 2 bis 4 jeweils Detailansichten der beschichteten Metallfolien zu unterschiedlichen Prozesszeitpunkten;
- 5 bis 7 jeweils Ansichten entsprechend der 1 gemäß weiterer Ausführungsbeispiele.
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In der 1 ist anhand einer Anlagenskizze der Prozessablauf zur Herstellung einer Elektrodenlage, das heißt einer Anodenlage oder einer Kathodenlage, für eine Lithium-Ionen-Batteriezelle insoweit veranschaulicht, als es für das Verständnis der Erfindung erforderlich ist. Demzufolge wird eine noch unbeschichtete Metallfolie 1 als Bandware bereitgestellt. Die Metallfolie 1 wird durch eine Beschichtungsstation B transferiert, in der die Metallfolie 1 einseitig oder beidseitig mit einer nassen Elektrodenaktivmaterial-Ausgangskomponente beschichtet wird. In der 1 ist der Einfachheit halber lediglich eine einseitige Beschichtung mit Hilfe eines Auftragswerkzeugs 3 gezeigt. Das Auftragswerkzeug 3 ist über eine Dosierpumpe 5 mit einem Mischbehälter 7 strömungstechnisch in Verbindung. Im Mischbehälter befindet sich eine nasse Elektrodenaktivmaterial-Ausgangskomponente 8, die neben dem Elektrodenaktivmaterial ein flüssiges, Lösungsmittel enthält. Die Elektrodenaktivmaterial-Ausgangskomponente 8 wird bei einem Beschichtungsvorgang mit Hilfe der Dosierpumpe 5 über das Auftragswerkzeug 3 (zum Beispiel eine Schlitzdüse, eine Rakel oder eine Rasterwalze) auf der Metallfolie 1 beschichtet.
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Nach erfolgter Beschichtung wird die Metallfolie 1 einer Trocknungsstation T zugeführt. Die beschichtete Metallfolie 1 wird in einem kontinuierlichen Prozess in Durchlaufrichtung D durch die Trocknungsstation T geführt. Im Trocknungsprozess wird durch Wärmezufuhr der nassen Elektrodenaktivmaterial-Ausgangskomponente 8 das Lösungsmittel entzogen. Die aus dem Elektrodenaktivmaterial austretenden Lösungsmitteldämpfe werden mittels einer Absaugeinrichtung 9 aus der Trocknungsstation T abgeführt. Auf diese Weise reduziert sich der Trocknungsgrad der Elektrodenaktivmaterialschicht 10 über die Durchlaufstrecke s bis Erreichen eines Trockenzustands am Ende der Durchlaufstrecke s, bei dem die Elektrodenaktivmaterialschicht 10 im Wesentlichen frei von Lösungsmittel ist.
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Im weiteren Prozessverlauf folgt ein Kalandrierprozess K, in dem die beschichtete sowie getrocknete Metallfolie durch Walzenpaare geführt wird, deren Walzen 11 einen vordefinierten Liniendruck auf die Metallfolie 1 ausüben, um die getrocknete Elektrodenaktivmaterialschicht 10 zu verdichten. Nach dem Kalandrieren wird die Metallfolie 1 auf ein Coil 27 aufgewickelt, das der weiteren Elektrodenfertigung E zugeführt wird. In der weiteren Elektrodenfertigung E wird in gängiger Praxis die Elektrodenlage durch Schneidprozesse aus der Metallfolie 1 vereinzelt und auf eine vorgegebene Außenkontur zugeschnitten.
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Der Kern der Erfindung besteht in einem lasergestützten Strukturierungsprozess S/P, bei dem durch Laserbearbeitung durchmesserkleine Poren bzw. Strukturen 13 in die Elektrodenaktivmaterialschicht 10 eingebracht werden. Zur Durchführung des Strukturierungsprozesses S ist in der 1 ein Laserscannersystem 15 bereitgestellt, das eine Laserstrahlungsquelle 17 sowie eine elektronische Steuereinheit 19 aufweist. Mittels der elektronischen Steuereinheit 19 wird in der Laserstrahlungsquelle 17 eine gepulste Laserstrahlung erzeugt, die auf das Elektrodenaktivmaterial fokussiert wird. Auf diese Weise erfolgt ein Materialabtrag unter Bildung der durchmesserkleinen Poren bzw. Strukturen 13.
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In der 1 wird der Strukturierungsprozess S während des Trocknungsprozesses T durchgeführt. Hierzu ist die Laserstrahlungsquelle17 innerhalb der Trocknungsstation T an einem Applikationsort A ortsfest positioniert, an dem die Laserbearbeitung des Elektrodenaktivmaterials durchgeführt wird. Der Applikationsort A ist derart gewählt, dass die an der Laserstrahlungsquelle 17 vorbeilaufende nassbeschichtete Metallfolie 1 noch einen ausreichend großen Lösungsmittelgehalt aufweist. Auf diese Weise können die durchmesserkleinen Poren bzw. Strukturen 13 wie folgt erzeugt werden: So wird bei der Laserbearbeitung durch schlagartiges Verdampfen von Lösungsmittel Elektrodenaktivmaterial verdrängt, wie es in der 3 gezeigt ist. Dies erfolgt unter Bildung durchmessergroßer Dampfkapillare 21 im noch nassen Elektrodenaktivmaterial. Im weiteren Prozessablauf bilden sich aus den durchmessergroßen Dampfkapillaren 21 durch Nachfließen von nassem Elektrodenaktivmaterial die durchmesserkleinen Poren bzw. Strukturen 13. Deren Porengröße wird im nachgeschalteten Kalandrierprozess K (4) nochmals signifikant reduziert werden kann.
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Der Energieeintrag bei der Laserbearbeitung ist derart bemessen, dass die Metallfolie 1 perforationsfrei verbleibt. Auf diese Weise muss bei der Elektrolytbefüllung weniger Elektrolyt eingesetzt werden, um ein etwaiges Leervolumen aufgrund zu großer Poren bzw. Perforationen zu füllen. Gleichzeitig bleiben aber die Vorteile von gerichteten Diffusionspfaden erhalten. Darüber hinaus ermöglicht die erfindungsgemäße Porenstruktur eine im Vergleich zum Stand der Technik reduzierte Benetzungszeitdauer, wodurch die Formierungs- und Reifelagerungsdauer der Zelle drastisch reduziert wird.
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In der 5 ist eine Anlagenskizze gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, deren grundsätzlicher Aufbau dem Aufbau der in der 1 gezeigten Anlagenskizze entspricht. Von daher wird auf die Vorbeschreibung verwiesen. Im Unterschied zur 1 erfolgt in der 5 im Strukturierprozess S eine sogenannte „On the fly“-Laserstrukturierung der Elektrodenschicht. Hierbei wird die Laserstrahlung mittels eines oder mehrerer Galvano-Scanner 23 oder Polygonscanner „on the fly“ abgelenkt. Die Zuführung der Laserstrahlung kann über Spiegel oder Lichtwellenleiter 24 erfolgen. Auf diese Weise ist der Applikationsort A der Laserstrahlung nicht mehr ortsfest innerhalb der Trockenstation T. Vielmehr kann der Applikationsort A über die Durchlaufstrecke s sowie quer dazu variieren. Zur Ermittlung des Applikationsorts A weist das Laserscannersystem 15 in der 5 einen Sensor 25 auf, der den Verlauf des Trocknungsgrads oder eines korrelierenden Parameters über die Durchlaufstrecke s erfasst. Die Steuereinheit 19 kann die Laserstrahlungsquelle 17 bis zu einem Applikationsort A verstellen, an dem der sensorisch erfasste Trocknungsgrad kleiner oder gleich einem, in der Steuereinheit 19 hinterlegten Grenzwert ist. Auf diese Weise ist ein für die Bildung der Dampfkapillaren 21 ausreichender Lösungsmittelgehalt in der Elektrodenaktivmaterialschicht 10 gewährleistet.
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In der 6 ist eine Anlagenskizze gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel gezeigt, bei dem die Laserstrahlungsquelle 17 prozesstechnisch zwischen der Beschichtungsstation B und der Trocknungsstation T positioniert ist. In diesem Fall kann der Strukturierungsprozess S bereits vor dem Trocknungsprozess durchgeführt werden.
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Alternativ dazu ist in der 7 eine Anlagenskizze gezeigt, bei der die Laserstrahlungsquelle 17 der Trocknungsstation T prozesstechnisch nachgelagert ist. Dadurch erfolgt der Strukturierungsprozess S nach dem Trocknungsprozess T. Auf diese Weise werden die Poren bzw. Strukturen 13 in die noch unverdichtete, trockene Elektrodenaktivmaterialschicht 10 eingebracht. Deren Porengröße wird im nachgeschalteten Kalandrierprozess K reduziert.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Metallfolie
- 3
- Auftragswerkzeug
- 5
- Dosierpumpe
- 7
- Mischbehälter
- 9
- Absaugeinrichtung
- 10
- Elektrodenaktivmaterialschicht
- 11
- Walzen
- 13
- Poren
- 15
- Laserscannersystem
- 17
- Laserstrahlungsquelle
- 19
- Steuereinheit
- 21
- Dampfkapillare
- 23
- Galvanoscanner
- 24
- Spiegel oder Lichtwellenleiter
- 25
- Sensor
- B
- Beschichtungsstation
- T
- Trocknungsstation
- E
- Weitere Elektrodenfertigung
- A
- Applikationsort
- D
- Durchlaufrichtung
- s
- Durchlaufstrecke
- S
- Strukturierprozess
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- EP 3147039 A1 [0006]
- EP 3477754 A1 [0006]
- EP 3349274 A1 [0006]
