DE102022107183A1

DE102022107183A1 - Method for producing an electrode-separator composite for a battery

Info

Publication number: DE102022107183A1
Application number: DE102022107183.9A
Authority: DE
Inventors: Stephan Koch; Miriam Kunze; Tobias Jansen
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2022-03-25
Filing date: 2022-03-25
Publication date: 2023-09-28

Abstract

Ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrode-Separatoren-Verbunds (ESV) (1) für eine Batterie ist durch folgende Verfahrensschritte gekennzeichnet:• Bereitstellen einer Elektrode (2) sowie von zwei Separatoren (3) und• stoffschlüssiges Fixieren jeweils eines der Separatoren (3) auf einer von zwei sich gegenüberliegenden Kontaktflächen der Elektrode (2), wobei ein als Stromableiter (6) vorgesehener Abschnitt der Elektrode (2) von den Separatoren (3) unbedeckt verbleibt.A method for producing an electrode-separator composite (ESV) (1) for a battery is characterized by the following process steps: • Providing an electrode (2) and two separators (3) and • Cohesively fixing one of the separators (3) on one of two opposing contact surfaces of the electrode (2), a section of the electrode (2) intended as a current collector (6) remaining uncovered by the separators (3).

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrode-Separatoren-Verbunds (ESV) für eine Batterie.The invention relates to a method for producing an electrode-separator composite (ESV) for a battery.

Eine Batterie ist ein Speicher für elektrische Energie auf elektrochemischer Basis, bei deren Entladung gespeicherte chemische Energie durch eine elektrochemische Redoxreaktion in elektrische Energie gewandelt wird. Im Kontext der Erfindung werden als Batterien sowohl sogenannte Primärbatterien, die nur für eine einmalige Entladung und nicht für ein erneutes Laden vorgesehen sind, als auch sogenannte Sekundärbatterien beziehungsweise Akkumulatoren, die für ein mehrfaches Laden vorgesehen und entsprechend ausgelegt sind, verstanden. Ein Laden einer Sekundärbatterie stellt dabei die elektrolytische Umkehrung der bei der Entladung ablaufenden elektrochemischen Redoxreaktion dar, die durch das Anlegen einer elektrischen Spannung realisiert wird.A battery is an electrochemical-based storage device for electrical energy. When discharged, stored chemical energy is converted into electrical energy by an electrochemical redox reaction. In the context of the invention, batteries are understood to mean both so-called primary batteries, which are only intended for a single discharge and not for recharging, and so-called secondary batteries or accumulators, which are intended for multiple charging and are designed accordingly. Charging a secondary battery represents the electrolytic reversal of the electrochemical redox reaction that occurs during discharge, which is realized by applying an electrical voltage.

Eine Batterie umfasst eine oder, üblicherweise, mehrere Batteriezellen. Die Batteriezellen weisen jeweils zwei Elektroden, einen zwischen den Elektroden angeordneten Separator zur elektrischen Separierung der Elektroden und einen als lonenleiter zwischen den Elektroden dienenden Elektrolyten auf.A battery includes one or, usually, more battery cells. The battery cells each have two electrodes, a separator arranged between the electrodes for electrically separating the electrodes and an electrolyte serving as an ion conductor between the electrodes.

Als Festkörperbatterien werden solche Batterien verstanden, bei denen der Elektrolyt in fester Form vorliegt.Solid-state batteries are batteries in which the electrolyte is in solid form.

Insbesondere bei einer Festkörperbatterie kann als Aktivmaterial der während der Entladung als Anoden dienenden Elektroden metallisches Lithium genutzt werden. Eine Herstellung entsprechender Elektroden mit metallischem Lithium ist jedoch aufwändig. Vorteilhaft kann es daher sein, das metallische Lithium nicht bereits bei der Herstellung der entsprechenden Elektroden aufzubringen, sondern dieses erst im Rahmen eines ersten Ladezyklus der bereits hergestellten Batteriezelle in situ in einer Grenzschicht zwischen einem metallischen Substrat der Elektrode und dem Festelektrolyten abzuscheiden (vgl. US 2002/012846 A1 ).Particularly in the case of a solid-state battery, metallic lithium can be used as the active material for the electrodes that serve as anodes during discharge. However, producing corresponding electrodes with metallic lithium is complex. It can therefore be advantageous not to apply the metallic lithium during the production of the corresponding electrodes, but rather to deposit it in situ in a boundary layer between a metallic substrate of the electrode and the solid electrolyte as part of a first charging cycle of the battery cell that has already been produced (cf. US 2002/012846 A1 ).

Die EP 2 436 061 B1 offenbart ein Verfahren zur Herstellung einer Batterie, bei der die einzelnen Zellkomponenten der Batterie, d.h. die Separatoren, die anodisch und kathodisch wirksamen Schichten der Elektroden sowie die als Stromleiter dienenden Schichten der Elektroden, jeweils als Beschichtung ausgehend von einem Substrat erzeugt werden. Dadurch sollen möglichst dünne Schichten, insbesondere für die Separatoren und Stromleiter, realisiert werden können. Ein dazu vergleichbares Verfahren ist in der US 9,660,297 B2 offenbart.The EP 2 436 061 B1 discloses a method for producing a battery in which the individual cell components of the battery, ie the separators, the anodically and cathodically active layers of the electrodes and the layers of the electrodes serving as current conductors, are each produced as a coating starting from a substrate. This should enable the thinnest possible layers to be realized, especially for the separators and power conductors. A comparable procedure is in US 9,660,297 B2 disclosed.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein vorteilhaftes Verfahren zur Herstellung eines Elektroden-Separatoren-Verbunds für eine Batterie anzugeben.The invention is based on the object of specifying an advantageous method for producing an electrode-separator composite for a battery.

Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren gemäß dem Patentanspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen dieses Verfahrens sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und/oder ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.This task is solved in a method according to claim 1. Advantageous embodiments of this method are the subject of the further patent claims and/or result from the following description of the invention.

Ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrode-Separatoren-Verbunds (ESV) für eine Batterie, vorzugsweise für eine Sekundärbatterie, umfasst als einen Verfahrensschritt ein Bereitstellen einer Elektrode sowie von zwei Separatoren und als einen sich vorzugsweise direkt daran anschließenden Verfahrensschritt ein stoffschlüssiges und insbesondere mittels Klebens oder Lötens realisiertes Fixieren jeweils eines der Separatoren auf einer von zwei zueinander gegenüberliegenden Kontaktflächen der Elektrode, wobei ein als Stromableiter vorgesehener Abschnitt der Elektrode von den Separatoren unbedeckt verbleibt. Dabei kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die Separatoren gleichzeitig auf den jeweils zugeordneten Kontaktflächen der Elektrode angeordnet und fixiert werden. Weiterhin bevorzugt kann vorgesehen sein, dass die vorzugsweise flächig ausgebildete(n) Elektrode und Separatoren (beziehungsweise deren Großflächen) zumindest während des stoffschlüssigen Fixierens der Separatoren eine Vertikalausrichtung aufweisen.A method for producing an electrode-separator composite (ESV) for a battery, preferably for a secondary battery, comprises as one method step providing an electrode and two separators and, as a method step that preferably directly follows this, a cohesive and in particular by means of gluing or Soldering is carried out by fixing one of the separators on one of two mutually opposite contact surfaces of the electrode, with a section of the electrode intended as a current conductor remaining uncovered by the separators. It can preferably be provided that the separators are simultaneously arranged and fixed on the respectively assigned contact surfaces of the electrode. Furthermore, it can preferably be provided that the preferably flat electrode and separators (or their large areas) have a vertical orientation at least during the cohesive fixing of the separators.

Das erfindungsgemäße Verfahren ermöglicht eine relativ einfache und insbesondere auch einfach automatisierbare Herstellung eines ESV für eine Batterie.The method according to the invention enables a relatively simple and, in particular, easily automated production of an ESV for a battery.

Eine Herstellung einer Batterie unter Verwendung eines oder mehrerer erfindungsgemäß hergestellter ESV, die ebenfalls Gegenstand der Erfindung ist, kann dadurch gekennzeichnet sein, dass mindestens ein erfindungsgemäß hergestellter ESV mit mindestens einer weiteren Elektrode, die vorzugsweise, separiert bereitgestellt wird, mit dem ESV gestapelt wird, indem die weitere Elektrode an einen der Separatoren anliegend positioniert wird. Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass eine solche Batterie mehrere erfindungsgemäß hergestellte ESV und mehrere weitere Elektroden in wechselweiser Anordnung der Elektroden umfasst, d.h. zwischen zwei Elektroden erfindungsgemäß hergestellter ESV ist eine weitere Elektrode und zwischen zwei weiteren Elektroden ist eine Elektrode eines erfindungsgemäß hergestellten ESV angeordnet. Der oder die Stromableiter der Elektroden der erfindungsgemäß hergestellten ESV werden dann noch im Rahmen der Herstellung einer solchen Batterie mit einem ersten Batteriepol und der oder die Stromableiter der weiteren Elektroden werden mit einem zweiten Batteriepol elektrisch leitend verbunden.A production of a battery using one or more ESVs produced according to the invention, which is also the subject of the invention, can be characterized in that at least one ESV produced according to the invention is stacked with the ESV with at least one further electrode, which is preferably provided separately, by positioning the further electrode adjacent to one of the separators. Preferably, it can be provided that such a battery comprises several ESVs produced according to the invention and several further electrodes in an alternating arrangement of the electrodes, ie between two electrodes of ESVs produced according to the invention there is a further electrode and between two further electrodes an electrode of an ESV produced according to the invention is arranged. The current conductor or conductors of the electrodes of the ESV manufactured according to the invention are then used as part of the production of such a battery with a first battery pole and the current conductor or conductors of the width The electrodes are electrically connected to a second battery pole.

Dabei kann weiterhin bevorzugt vorgesehen sein, dass die Elektrode(n) des/der erfindungsgemäß hergestellten ESV die Anode(n) und die weitere(n) Elektrode(n) die Kathode(n) der Batterie (bei der Entladung) darstellen. Weiterhin bevorzugt kann dann noch vorgesehen sein, dass die weitere(n) Elektrode(n) bei der Stapelung bereits ein kathodisch wirksames Aktivmaterial aufweist/aufweisen. Hierzu kann eine solche weitere Elektrode beispielsweise ein metallisches Substrat, beispielsweise aus Aluminium, aufweisen, das zumindest bereichsweise mit dem Aktivmaterial einseitig oder zweiseitig beschichtet ist. Ein vorzugsweise unbeschichteter Abschnitt des Substrats kann dann weiterhin bevorzugt einen Stromableiter der weiteren Elektrode darstellen.It can further preferably be provided that the electrode(s) of the ESV produced according to the invention represent the anode(s) and the further electrode(s) represent the cathode(s) of the battery (during discharge). It can then also preferably be provided that the further electrode(s) already have a cathodically active active material when stacked. For this purpose, such a further electrode can have, for example, a metallic substrate, for example made of aluminum, which is coated on one or two sides with the active material at least in some areas. A preferably uncoated section of the substrate can then preferably represent a current collector of the further electrode.

Bei einer erfindungsgemäß herzustellenden Batterie kann es sich insbesondere um eine Traktionsbatterie oder einen Teil einer solchen Traktionsbatterie für ein Kraftfahrzeug handeln. Mittels einer solchen Traktionsbatterie kann einem elektrischen Traktionsmotor des Kraftfahrzeugs, der eine Antriebsleistung des Kraftfahrzeugs bereitstellt, elektrische Energie zur Verfügung gestellt werden.A battery to be produced according to the invention can in particular be a traction battery or part of such a traction battery for a motor vehicle. By means of such a traction battery, electrical energy can be made available to an electric traction motor of the motor vehicle, which provides driving power for the motor vehicle.

Eine besonders vorteilhafte Ausführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann sich dadurch ergeben, dass die Elektrode und/oder die Separatoren, vorzugsweise ausschließlich die Elektrode, den Klebstoff bereits beim Bereitstellen aufweist/aufweisen. Hierfür kann insbesondere vorgesehen sein, dass die Elektrode und/oder die Separatoren (jeweils) ein Substrat und auf einer oder zwei Seiten des Substrats angeordnete Klebeschichten aufweist/aufweisen. Besonders vorteilhaft kann dann noch vorgesehen sein, dass die Klebeschichten während des Bereitstellens oder bis zum Bereitstellen der Elektrode und der Separatoren jeweils noch mittels eines Abdeckelements, beispielsweise einer Abdeckfolie abgedeckt sind, um zu vermeiden, dass der Klebstoff bei einer Handhabung der Elektrode und/oder der Separatoren für die Bereitstellung und die Anordnung relativ zueinander (für das stoffschlüssige Fixieren) mit einer hierfür eingesetzten Vorrichtung in Kontakt kommt, wodurch diese und/oder die Klebeschichten anderenfalls beeinträchtigt werden könnten. Zwischen dem Bereitstellen der Elektrode und der Separatoren und dem stoffschlüssigen Fixieren kann ein erfindungsgemäßes Verfahren demnach noch ein Entfernen eines Abdeckelements von einer solchen Klebeschicht als Verfahrensschritt umfassen.A particularly advantageous embodiment of a method according to the invention can result from the fact that the electrode and/or the separators, preferably exclusively the electrode, already have/have the adhesive when they are provided. For this purpose, it can be provided in particular that the electrode and/or the separators (each) have/have a substrate and adhesive layers arranged on one or two sides of the substrate. Particularly advantageously, it can then be provided that the adhesive layers are each covered by a cover element, for example a cover film, during the preparation or until the electrode and the separators are provided, in order to avoid that the adhesive comes into contact with the electrode and/or when the electrode is being handled the separators for the provision and the arrangement relative to one another (for the cohesive fixing) come into contact with a device used for this purpose, which could otherwise affect them and/or the adhesive layers. Between the provision of the electrode and the separators and the cohesive fixing, a method according to the invention can therefore also include removing a covering element from such an adhesive layer as a method step.

Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass der Stromableiter bei einem stoffschlüssigen Fixieren der Separatoren mittels Klebens frei von Klebstoff gehalten wird, wodurch eine möglichst einfache Handhabung und/oder eine möglichst optimale Funktion bei der weiteren Verwendung des ESV, insbesondere im Rahmen der Herstellung beziehungsweise als Teil einer Batterie, gewährleisten werden kann.Preferably, it can be provided that the current conductor is kept free of adhesive when the separators are firmly fixed by means of gluing, which means that handling is as simple as possible and/or the function is as optimal as possible during further use of the ESV, in particular in the context of production or as part of a Battery, can be ensured.

Ein erfindungsgemäßes Verfahren eignet sich besonders vorteilhaft zur Herstellung eines ESV, der für eine Batterie vorgesehen ist, bei der im Rahmen einer Nutzung, d.h. von Entladungen und Ladungen der Batterie, eine in situ Abscheidung eines Aktivmaterials, insbesondere metallischen Lithiums, in jeweils einer Grenzschicht zwischen der Elektrode und den Separatoren erfolgt. Die Elektrode eines solchen ESV kann daher im Rahmen der Durchführung eines erfindungsgemäßen Verfahrens und somit vor einer Nutzung des ESV als Teil einer Batterie frei von Aktivmaterial sein. Als „Aktivmaterial“ wird dabei ein Material verstanden, dass im Rahmen einer Nutzung einer den ESV umfassenden Batterie anodisch oder kathodisch wirksam ist und demnach eine Aufnahme und Abgabe von Ionen ermöglicht. Eine in situ Abscheidung kann dabei insbesondere für ein anodisch wirksames Aktivmaterial möglich sein.A method according to the invention is particularly advantageous for producing an ESV which is intended for a battery, in which, during use, i.e. of discharges and charges of the battery, an in situ deposition of an active material, in particular metallic lithium, in a respective boundary layer between the electrode and the separators. The electrode of such an ESV can therefore be free of active material when carrying out a method according to the invention and thus before using the ESV as part of a battery. An “active material” is understood to be a material that is anodically or cathodically effective when using a battery comprising the ESV and therefore enables the absorption and release of ions. In situ deposition may be possible, in particular for an anodically active active material.

Die im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens genutzten Separatoren können grundsätzlich, insbesondere jedoch für die Herstellung eines solchen ESV einen Festelektrolyten aufweisen oder als solcher ausgestaltet sein. Die erfindungsgemäße stoffschlüssige Verbindung zwischen der Elektrode und den Separatoren kann dann für eine gute Verbindung zwischen der Elektrode und den Separatoren beziehungsweise den Festelektrolyten sorgen, was sich vorteilhaft hinsichtlich einer in situ Abscheidung eines Aktivmaterials auswirken kann.The separators used in the context of a method according to the invention can in principle, but in particular for the production of such an ESV, have a solid electrolyte or can be designed as such. The cohesive connection according to the invention between the electrode and the separators can then ensure a good connection between the electrode and the separators or the solid electrolytes, which can have an advantageous effect with regard to in situ deposition of an active material.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorgesehen sein, dass die Elektrode und/oder die Separatoren oder zumindest ein Separator eines erfindungsgemäß herzustellenden ESV als Laufiniare, insbesondere als Rollenware, dem Verfahrensprozess zugeführt und nach dem stoffschlüssigen Verbinden zugeschnitten wird/werden. Demnach kann ein zur Ausbildung der Elektrode oder eines der Separatoren vorgesehenes Halbzeug im Rahmen eines Prozesses, der vorzugsweise eine sequenzielle erfindungsgemäße Herstellung mehrerer ESV vorsieht, mit Abmessungen zugeführt werden, die über den abschließend vorgesehenen (End-)Abmessungen der Elektrode oder des Separators liegen. Diese Endabmessungen werden dann erst durch das Zuschneiden realisiert. Das Zuführen des Halbzeugs kann dabei in einem (quasi-)kontinuierlichen Prozess vorgesehen sein.According to a preferred embodiment of a method according to the invention, it can be provided that the electrode and / or the separators or at least one separator of an ESV to be produced according to the invention are fed to the process as running pieces, in particular as rolled goods, and are cut to size after the material connection. Accordingly, a semi-finished product intended to form the electrode or one of the separators can be supplied with dimensions that are above the final intended (final) dimensions of the electrode or the separator as part of a process that preferably provides for the sequential production of several ESVs according to the invention. These final dimensions are then only achieved through cutting. The supply of the semi-finished product can be provided in a (quasi-)continuous process.

Grundsätzlich kann in Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehen sein, dass entweder die Elektrode und/oder die Separatoren vor der stoffschlüssigen Fixierung oder der ESV (d.h. die Elektrode und/oder die Separatoren nach der stoffschlüssigen Fixierung) zugeschnitten wird/werden, beispielsweise mittels Laserschneidens oder Stanzens. Ein solches Zuschneiden kann vollständig erfolgen, so dass nach dem Zuschneiden die definierte Endform bereits vorliegt. Ein solches Zuschneiden kann jedoch auch teilweise erfolgen, so dass nach dem Zuschneiden noch ein weiterer Bearbeitungsschritt erfolgen muss, um die definierte Endform zu erhalten. Ein solches teilweises Zuschneiden kann beispielsweise vorsehen, die Elektrode und/oder die Separatoren randseitig zu perforiert, so dass die definierte Endform durch das Entfernen eines durch die Perforation abgegrenzten Teils erhalten wird.In principle, it can be provided within the framework of a method according to the invention that either the electrode and/or the separators before the cohesive fixation or the ESV (ie the electrode and/or the separators after the cohesive fixation) is/are cut, for example by means of laser cutting or punching. Such cutting can be done completely, so that the defined final shape is already present after cutting. However, such cutting can also be done partially, so that after cutting, a further processing step must be carried out in order to obtain the defined final shape. Such partial cutting can, for example, involve perforating the edge of the electrode and/or the separators so that the defined final shape is obtained by removing a part delimited by the perforation.

Im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens kann vorteilhaft eine Prüfung oder Messung zumindest eines Isolationsparameters zumindest eines Separators des ESV, beispielsweise der Isolationsfestigkeit mittels einer Hochspannungsprüfung (auch als „High Potential Test“ oder „HiPot Test“ bekannt) oder des Isolationswiderstands mittels einer Isolationswiderstandsmessung, durchgeführt werden. Bei einer Hochspannungsprüfung kann während oder nach dem stoffschlüssigen Verbinden der Elektrode und der Separatoren eine definierte elektrische Spannung, die über der im Rahmen der Nutzung der Elektrode und der Separatoren als Teil einer Batterie anliegenden Spannung liegt, über dem mindestens einen Separator angelegt und ein möglicher Stromfluss durch diesen Separator aufgrund dieser Spannung ermittelt und hinsichtlich der (elektrischen) Isolationswirkung des Separators ausgewertet werden. Eine solche Messung zumindest eines Isolationsparameters kann insbesondere im Rahmen der Herstellung eines ESV, der für eine in situ Abscheidung eines Aktivmaterials vorgesehen und ausgelegt ist, vorgesehen sein, weil dann vermieden werden kann, dass es durch die hohe elektrische Spannung zu einer Beschädigung eines bereits vorhandenen Aktivmaterials der Elektrode kommen kann.As part of a method according to the invention, a test or measurement of at least one insulation parameter of at least one separator of the ESV, for example the insulation strength using a high-voltage test (also known as a “high potential test” or “HiPot test”) or the insulation resistance using an insulation resistance measurement, can advantageously be carried out . During a high-voltage test, during or after the electrode and the separators are cohesively connected, a defined electrical voltage, which is above the voltage present when the electrode and the separators are used as part of a battery, can be applied across the at least one separator and a possible current flow determined by this separator based on this voltage and evaluated with regard to the (electrical) insulation effect of the separator. Such a measurement of at least one insulation parameter can be provided in particular in the context of the production of an ESV, which is intended and designed for an in situ deposition of an active material, because it can then be avoided that the high electrical voltage causes damage to an already existing material Active material of the electrode can come.

Die Messung zumindest eines Isolationsparameters kann vorzugsweise durchgeführt werden, während zumindest einer, vorzugsweise beide der Separatoren für die stoffschlüssige Fixierung gegen die Elektrode gedrückt werden. Eine dabei angelegte elektrische Spannung kann dann vorteilhaft über mindestens eines der Anpresselemente einer Fügevorrichtung, mittels der die Separatoren gegen die Elektrode gedrückt werden, und zusätzlich gegebenenfalls auch über die Elektrode aufgebracht werden.The measurement of at least one insulation parameter can preferably be carried out while at least one, preferably both, of the separators for the cohesive fixation are pressed against the electrode. An electrical voltage applied can then advantageously be applied via at least one of the pressing elements of a joining device, by means of which the separators are pressed against the electrode, and additionally, if necessary, also via the electrode.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt, jeweils in vereinfachter Darstellung:

1: einen Verfahrensschritt im Rahmen einer erfindungsgemäßen Herstellung eines ESV und
2: einen sich an den Verfahrensschritt gemäß der 1 anschließenden Verfahrensschritt.

The invention is explained in more detail below using an exemplary embodiment shown in the drawings. The drawings show, each in a simplified representation:

1 : a process step as part of the production of an ESV according to the invention and
2 : follow the procedural step according to the 1 subsequent procedural step.

Die 1 und 2 zeigen eine Herstellung eines ESV 1 durch ein erfindungsgemäßes Verfahren. Dieses Verfahren umfasst als einen ersten Verfahrensschritt ein Bereitstellen einer Elektrode 2 sowie von zwei Separatoren 3. Die Elektrode 2 beziehungsweise ein zur Ausbildung der Elektrode 2 genutztes, folienartiges Halbzeug 2a wird als Laufiniare in einem kontinuierlichen Prozess zugeführt. Dabei kann vorzugsweise eine Vertikalausrichtung der Großflächen des Elektroden-Halbzeugs 2a vorgesehen sein. Die Separatoren 3 werden dagegen als Einzelelemente bereitgestellt, die jedoch noch nicht die abschließende Form des herzustellenden ESV 1 aufweisen.The 1 and 2 show a production of an ESV 1 by a method according to the invention. As a first process step, this method includes providing an electrode 2 and two separators 3. The electrode 2 or a film-like semi-finished product 2a used to form the electrode 2 is supplied as a continuous process. A vertical alignment of the large areas of the electrode semi-finished product 2a can preferably be provided. The separators 3, on the other hand, are provided as individual elements, which, however, do not yet have the final shape of the ESV 1 to be produced.

Das Elektroden-Halbzeug 2a umfasst ein metallisches, folienartiges Substrat 4 sowie eine Beschichtung 5 mit einem elektrisch leitfähigen Klebstoff, der auf den beiden Großflächen des Substrats 4 angeordnet ist. Dabei ist ein Randbereich 4a des Substrats 4 frei von dem Klebstoff gehalten, weil ein Abschnitt dieses Bereichs des Substrats 4 als Stromableiter 6 der Elektrode 2 dienen soll. Die Beschichtungen 5 mit dem Klebstoff können bei dem Elektroden-Halbzeug 2a zunächst noch mit jeweils einer Abdeckfolie (nicht dargestellt) abgedeckt sein, um dessen manuelle und/oder maschinelle Handhabung zu vereinfachen und/oder um eine vorteilhafte Bereitstellung als Rollenware zu ermöglichen.The electrode semi-finished product 2a comprises a metallic, film-like substrate 4 and a coating 5 with an electrically conductive adhesive, which is arranged on the two large surfaces of the substrate 4. An edge region 4a of the substrate 4 is kept free of the adhesive because a section of this region of the substrate 4 is intended to serve as a current conductor 6 of the electrode 2. The coatings 5 with the adhesive can initially be covered with a cover film (not shown) in the electrode semi-finished product 2a in order to simplify its manual and/or mechanical handling and/or to enable advantageous provision as roll goods.

Die Separatoren 3 werden, gegebenenfalls nach einem Entfernen der Abdeckfolien, was ebenfalls in einem kontinuierlichen Prozess erfolgen kann, mittels jeweils eines Greifelements 7 einer Fügevorrichtung gleichzeitig und einander gegenüberliegend (mit dazwischen liegendem Elektroden-Halbzeug 2a) an definierten Positionen und mit definierten (gleichartigen) Ausrichtungen an den zwei Großflächen des Elektroden-Halbzeugs 2a positioniert und mit einem definierten Druck gegen das Elektroden-Halbzeug 2a gedrückt, bis ein ausreichendes Aushärten des Klebstoffs die vorgesehene stoffschlüssige Fixierung der Separatoren 3 an dem Elektroden-Halbzeug 2a gewährleistet. Dabei wird zudem eine Prüfung der Isolationsfestigkeit der Separatoren 3 mittels einer Hochspannungsprüfung durchgeführt, was in der 1 lediglich für einen der Separatoren 3 schematisch dargestellt ist, jedoch gleichzeitig oder sequentiell für beide Separatoren 3 durchgeführt werden kann. Bei dieser Hochspannungsprüfung wird eine relativ hohe elektrische Spannung über einerseits das Elektroden-Halbzeug 2a und andererseits das zu dem zu prüfenden Separator 3 gehörende Greifelement 7, das entsprechend elektrisch leitfähig ausgestaltet ist, angelegt und ermittelt, ob und, wenn ja, in welcher Höhe es zu einem messbaren Stromfluss durch den Separator 3 kommt. Liegt kein oder ein ausreichend geringer Stromfluss vor, kann die Hochspannungsprüfung für den entsprechenden Separator 3 als bestanden angesehen werden.The separators 3 are, if necessary after removing the cover films, which can also be done in a continuous process, by means of a gripping element 7 of a joining device simultaneously and opposite one another (with an electrode semi-finished product 2a in between) at defined positions and with defined (similar) Alignments positioned on the two large surfaces of the electrode semi-finished product 2a and pressed with a defined pressure against the electrode semi-finished product 2a until sufficient hardening of the adhesive ensures the intended cohesive fixation of the separators 3 on the electrode semi-finished product 2a. In addition, a test of the insulation strength of the separators 3 is carried out using a high-voltage test, which is in the 1 is only shown schematically for one of the separators 3, but can be carried out simultaneously or sequentially for both separators 3. This high-voltage test involves a relatively high electrical voltage Voltage is applied across, on the one hand, the electrode semi-finished product 2a and, on the other hand, the gripping element 7 belonging to the separator 3 to be tested, which is designed to be electrically conductive, and determines whether and, if so, to what extent there is a measurable current flow through the separator 3 comes. If there is no current flow or a sufficiently low current flow, the high-voltage test for the corresponding separator 3 can be viewed as passed.

Nach einem ausreichenden Aushärten des Klebstoffs erfolgt noch ein Zuschneiden des ESV 1. Hierfür kann gemäß der 2 beispielsweise mittels eines Lasers (nicht dargestellt) eine Perforation 8 in sämtliche Schichten des ESV 1 eingebracht werden, deren Verlauf der abschließend für den ESV 1 vorgesehenen Umfangsform entspricht. Ein Herauslösen des ESV 1 aus dem Verbund aus Elektroden-Halbzeug 2a und Separatoren 3 kann dann durch ein Aufbringen eines definierten Drucks, der beispielsweise mittels eines der Greifelemente 7 (bei entferntem anderen Greifelement 7) bereitgestellt werden kann, erfolgen.After the adhesive has hardened sufficiently, the ESV 1 is cut to size. For this purpose, according to the 2 For example, using a laser (not shown), a perforation 8 can be introduced into all layers of the ESV 1, the course of which corresponds to the final circumferential shape intended for the ESV 1. The ESV 1 can then be removed from the composite of electrode semi-finished product 2a and separators 3 by applying a defined pressure, which can be provided, for example, by means of one of the gripping elements 7 (with the other gripping element 7 removed).

Alternativ zu einem Zuschneiden des ESV 1 insgesamt kann auch vorgesehen sein, die Separatoren 3 mit bereits abschließender Umfangsform des ESV 1 bereitzustellen und nur noch das Elektroden-Halbzeug 2a zuzuschneiden. Weiterhin alternativ könnte dann das Zuschneiden des Elektroden-Halbzeugs 2a schon vor dem stoffschlüssigen Fixieren der Separatoren 3 erfolgen.As an alternative to cutting the ESV 1 to size as a whole, it can also be provided to provide the separators 3 with the final peripheral shape of the ESV 1 and only to cut the semi-finished electrode product 2a. Furthermore, as an alternative, the electrode semi-finished product 2a could then be cut to size before the separators 3 are firmly fixed.

BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SYMBOL LIST

11: ESVESV
22: Elektrodeelectrode
2a2a: Elektroden-HalbzeugElectrode semi-finished product
33: Separatorseparator
44: Substrat des Elektroden-HalbzeugsSubstrate of the electrode semi-finished product
4a4a: Randbereich des SubstratsEdge area of the substrate
55: Beschichtung des Elektroden-HalbzeugsCoating of the electrode semi-finished product
66: Stromableiter der ElektrodeElectrode current collector
77: GreifelementGripping element
88th: Perforationperforation

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

US 2002012846 A1 [0005]
EP 2436061 B1 [0006]
US 9660297 B2 [0006]

Claims

Method for producing an electrode-separator composite (ESV) (1) for a battery, characterized by the following process steps: • providing an electrode (2) and two separators (3) and • materially fixing one of the separators (3) in each case one of two opposing contact surfaces of the electrode (2), a section of the electrode (2) intended as a current collector (6) remaining uncovered by the separators (3).

Procedure according to Claim 1 , characterized in that the cohesive fixing is achieved by means of gluing.

Procedure according to Claim 2 , characterized in that the electrode (2) and / or the separators (3) already have the adhesive when they are provided.

Procedure according to Claim 2 or 3 , characterized in that the current collector (6) is kept free of adhesive.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electrode (2) is free of active material.

Method according to one of the preceding claims, characterized by the separators (3) having a solid electrolyte.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electrode (2) and/or the separators (3) are supplied and cut to size as barrels.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the electrode (2) and/or the separators (3) is/are cut to size before fixing or the ESV (1).

Method according to one of the preceding claims, characterized in that a test or measurement of an insulation parameter of the ESV (1) is carried out.

Procedure according to Claim 9 , characterized in that the test or measurement is carried out while at least one of the separators (3) for the cohesive fixation is pressed against the electrode (2).