DE102022119964A1 - Method for producing an electrode stack for a battery cell and an electrode stack for a battery cell - Google Patents
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Abstract
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels (40) für eine Batteriezelle angegeben, umfassend- Bereitstellen eines Elektrodenbands (10), umfassend eine erste Kontaktfolie (11), eine erste Elektrodenschicht (13), eine Separatorschicht (15), eine zweite Kontaktfolie (19) und eine zweite Elektrodenschicht (17), wobei das Elektrodenband (10) eine Länge und eine Breite aufweist, wobei die Länge größer ist als die Breite,- Bilden von faltbaren Laschen (20) an einem jeweiligen längsseitigem Rand der ersten Kontaktfolie (11) und zweiten Kontaktfolie (19),- Strukturieren des Elektrodenbands (10) in eine Vielzahl von Bereichen (B), wobei die Bereiche (B) direkt benachbart sind,- Erzeugen eines Elektrodenstapels (40) durch Falten des Elektrodenbands (10) derart, dass jeweils zwei direkt benachbarte Bereiche (B) zu übereinander liegenden Schichten gefaltet sind,- Falten der faltbaren Laschen (20) derart, dass die einzelnen faltbaren Laschen (20) miteinander eine elektrisch leitende Kontaktfläche bilden.Des Weiteren wird ein Elektrodenstapel (40) für eine Batteriezelle angegeben.The invention relates to a method for producing an electrode stack (40) for a battery cell, comprising providing an electrode strip (10), comprising a first contact film (11), a first electrode layer (13), a separator layer (15), a second contact film ( 19) and a second electrode layer (17), the electrode strip (10) having a length and a width, the length being greater than the width, - forming foldable tabs (20) on a respective longitudinal edge of the first contact film (11 ) and second contact film (19), - structuring the electrode strip (10) into a plurality of areas (B), the areas (B) being directly adjacent, - generating an electrode stack (40) by folding the electrode strip (10) in such a way, that two directly adjacent areas (B) are folded into layers lying one above the other, - folding the foldable tabs (20) in such a way that the individual foldable tabs (20) form an electrically conductive contact surface with one another. Furthermore, an electrode stack (40) is used for a battery cell specified.
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle. Die Erfindung betrifft des Weiteren einen Elektrodenstapel für eine Batteriezelle.The invention relates to a method for producing an electrode stack for a battery cell. The invention further relates to an electrode stack for a battery cell.
Die Aufgabe, die der Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle anzugeben, bei dem der Elektrodenstapel einen Bauraum besonders effizient nutzt und zu einer besonders effizienten elektrischen Kontaktierung beiträgt.The object on which the invention is based is to provide a method for producing an electrode stack for a battery cell, in which the electrode stack uses installation space particularly efficiently and contributes to particularly efficient electrical contacting.
Die Aufgabe wird gelöst durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen gekennzeichnet.The task is solved by the features of the independent patent claims. Advantageous refinements are characterized in the subclaims.
Die Erfindung zeichnet sich aus durch ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle und einen korrespondierenden Elektrodenstapel, hergestellt nach dem Verfahren.The invention is characterized by a method for producing an electrode stack for a battery cell and a corresponding electrode stack, produced according to the method.
Bei der Batteriezelle handelt es sich hier und im Folgenden beispielsweise um einen Akkumulator. Die Batteriezelle ist damit beispielsweise ein einzelnes wieder aufladbares Speicherelement für elektrische Energie.The battery cell here and below is, for example, an accumulator. The battery cell is therefore, for example, a single rechargeable storage element for electrical energy.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird ein Elektrodenband bereitgestellt, umfassend eine erste Kontaktfolie, eine erste Elektrodenschicht, eine Separatorschicht, eine zweite Kontaktfolie und eine zweite Elektrodenschicht.According to at least one embodiment of the method, an electrode tape is provided, comprising a first contact film, a first electrode layer, a separator layer, a second contact film and a second electrode layer.
Das Elektrodenband erstreckt sich beispielsweise entlang einer Haupterstreckungsebene. Laterale Richtungen sind parallel zur Haupterstreckungsebene orientiert und eine vertikale Richtung senkrecht zu der Haupterstreckungsebene. Das Elektrodenband umfasst weiterhin beispielsweise eine Haupterstreckungsrichtung in einer der lateralen Richtungen.The electrode band extends, for example, along a main extension plane. Lateral directions are oriented parallel to the main extension plane and a vertical direction is oriented perpendicular to the main extension plane. The electrode band further comprises, for example, a main extension direction in one of the lateral directions.
Das Elektrodenband weist eine Länge und eine Breite in lateralen Richtungen auf. Die Länge des Elektrodenbands verläuft parallel zur Haupterstreckungsrichtung und die Breite des Elektrodenbands verläuft senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung. Die Länge ist beispielsweise mindestens 10 Mal größer als die Breite, insbesondere mindestens 20 Mal größer. Beispielsweise weist das Elektrodenband eine Breite auf, die mindestens 40 mm und höchstens 300 mm, insbesondere 50 mm, ist.The electrode band has a length and a width in lateral directions. The length of the electrode strip runs parallel to the main direction of extension and the width of the electrode strip runs perpendicular to the main direction of extension. For example, the length is at least 10 times greater than the width, in particular at least 20 times greater. For example, the electrode band has a width that is at least 40 mm and at most 300 mm, in particular 50 mm.
Als Elektrodenband wird im Allgemeinen eine gestapelte Schichtenfolge mit wenigstens einer Elektrodenschicht bezeichnet.An electrode strip generally refers to a stacked layer sequence with at least one electrode layer.
Die erste Elektrodenschicht, die Separatorschicht und die zweite Elektrodenschicht sind beispielsweise in vertikaler Richtung übereinandergestapelt, insbesondere in der angegebenen Reihenfolge. Direkt benachbarte Schichten stehen beispielsweise in direktem Kontakt zueinander.The first electrode layer, the separator layer and the second electrode layer are, for example, stacked one above the other in the vertical direction, in particular in the order specified. For example, directly adjacent layers are in direct contact with one another.
Die erste Elektrodenschicht und die zweite Elektrodenschicht sind beispielsweise mit einem aktiven Elektrodenmaterial gebildet oder sind daraus geformt. Hier und im Folgenden soll der Begriff „Anode“ auf eine negative Elektrode und der Begriff „Kathode“ auf eine positive Elektrode der Batteriezelle verweisen.The first electrode layer and the second electrode layer are formed with or are formed from, for example, an active electrode material. Here and below, the term “anode” refers to a negative electrode and the term “cathode” refers to a positive electrode of the battery cell.
Insbesondere ist die erste Elektrodenschicht mit einem aktiven Anodenmaterial geformt oder ist daraus gebildet. In diesem Fall handelt es sich bei der ersten Elektrodenschicht um eine Anodenschicht der Batteriezelle.In particular, the first electrode layer is formed with or is formed from an active anode material. In this case, the first electrode layer is an anode layer of the battery cell.
Die Anodenschicht weist beispielsweise ein Anodenaktivmaterial auf, das beispielsweise ein Material aus der Gruppe bestehend aus kohlenstoffhaltigen Materialien, Silizium, Silizium-Suboxid, Siliziumlegierungen, Titan, Titan-Oxide und Mischungen davon umfasst. Insbesondere ist das Anodenaktivmaterial ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus synthetischem Graphit, Naturgraphit, Graphen, Mesokohlenstoff, dotiertem Kohlenstoff, Hardcarbon, Softcarbon, Fulleren, Silizium-Kohlenstoff-Komposit, Silizium, oberflächenbeschichteten Silizium, Silizium-Suboxid, Siliziumlegierungen, Titan, Titan-Oxide, Lithium und Mischungen davon.The anode layer has, for example, an anode active material, which includes, for example, a material from the group consisting of carbon-containing materials, silicon, silicon suboxide, silicon alloys, titanium, titanium oxides and mixtures thereof. In particular, the anode active material is selected from the group consisting of synthetic graphite, natural graphite, graphene, mesocarbon, doped carbon, hard carbon, soft carbon, fullerene, silicon-carbon composite, silicon, surface-coated silicon, silicon suboxide, silicon alloys, titanium, titanium oxides , lithium and mixtures thereof.
Die Anodenschicht wird auf der ersten Kontaktfolie aufgetragen. Die erste Kontaktfolie dient als ein Anodenstromkollektor. Der Anodenstromkollektor weist beispielsweise eine Dicke von mindestens 3 µm bis höchstens 500 µm auf. Für den Anodenstromkollektor kann ohne Einschränkung ein Material verwendet werden, das in der Batteriezelle keine chemischen Veränderungen induziert und eine elektrische Leitfähigkeit besitzt. Zum Beispiel können Kupfer, Edelstahl, Aluminium, Nickel, Titan, kalzinierter Kohlenstoff, ein oberflächenbehandeltes Material aus Kupfer oder Edelstahl mit Kohlenstoff, Nickel, Titan, Silber, eine Aluminium-Cadmium-Legierung und/oder ähnliche Materialien verwendet werden. Eine Haftfähigkeit des Anodenaktivmaterials kann durch die Ausbildung einer Prägung auf einer oder beiden der Hauptflächen des Anodenstromkollektors erhöht werden. Der Anodenstromkollektor liegt beispielsweise in Form eines Films, eins Blatts, einer Folie, eins Netzes, eines porösen Materials, eines geschäumten Materials, eins nicht gewebten Materials oder ähnlichen Materialien vor.The anode layer is applied to the first contact foil. The first contact foil serves as an anode current collector. The anode current collector, for example, has a thickness of at least 3 μm to at most 500 μm. For the anode current collector, a material can be used without restriction that does not induce chemical changes in the battery cell and has electrical conductivity. For example, copper, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, calcined carbon, a surface-treated material of copper or stainless steel with carbon, nickel, titanium, silver, an aluminum-cadmium alloy, and/or similar materials may be used. Adhesiveness of the anode active material can be increased by forming an embossing on one or both of the main surfaces of the anode current collector. The anode current collector is in the form of, for example, a film, a sheet, a foil, a mesh, a porous material, a foamed material, a non-woven material, or similar materials.
Die zweite Elektrodenschicht ist mit einem aktiven Kathodenmaterial geformt oder ist daraus gebildet. In diesem Fall handelt es sich bei der zweiten Elektrodenschicht um eine Kathodenschicht der Batteriezelle.The second electrode layer is formed with or is made of a cathode active material educated. In this case, the second electrode layer is a cathode layer of the battery cell.
Die Kathodenschicht weist beispielsweise ein Kathodenaktivmaterial auf. Das Kathodenaktivmaterial kann eine Vielzahl von Partikeln aufweisen, die in einen Elektrodenbinder eingebunden sind. Das Kathodenaktivmaterial kann ein Schichtoxid wie beispielsweise ein Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid (NMC), ein Lithium-Nickel-Cobalt-Aluminium-Oxid (NCA), ein Lithium-Cobalt-Oxid (LCO) oder ein Lithium-Nickel-Cobalt-Oxid (LNCO) aufweisen. Das Schichtoxid kann insbesondere ein überlithiiertes Schichtoxid (OLO, overlithiated layered oxide) sein. Andere geeignete Kathodenaktivmaterialien sind Verbindungen mit Spinellstruktur wie z.B. Lithium-Mangan-Oxid (LMO) oder Lithium-Mangan-Nickel-Oxid (LMNO), oder Verbindungen mit Olivinstruktur wie z.B. Lithium-Eisen-Phosphat (LFP, LiFePO4) oder Lithium-Mangan-Eisen-Phosphat (LMFP).The cathode layer has, for example, a cathode active material. The cathode active material can have a large number of particles that are integrated into an electrode binder. The cathode active material may be a layered oxide such as a lithium nickel manganese cobalt oxide (NMC), a lithium nickel cobalt aluminum oxide (NCA), a lithium cobalt oxide (LCO) or a lithium nickel oxide. Have cobalt oxide (LNCO). The layered oxide can in particular be an overlithiated layered oxide (OLO). Other suitable cathode active materials are compounds with a spinel structure such as lithium manganese oxide (LMO) or lithium manganese nickel oxide (LMNO), or compounds with an olivine structure such as lithium iron phosphate (LFP, LiFePO4) or lithium manganese Iron phosphate (LMFP).
Die Kathodenschicht wird auf der zweiten Kontaktfolie aufgetragen. Die zweite Kontaktfolie dient als ein Kathodenstromkollektor. Der Kathodenstromkollektor weist beispielsweise eine Dicke von mindestens 3 µm bis höchstens 500 µm auf. Für den Kathodenstromkollektor kann ohne Einschränkung ein Material verwendet werden, das in der Batteriezelle keine chemischen Veränderungen induziert und eine hohe Leitfähigkeit aufweist. Zum Beispiel können rostfreier Stahl, Aluminium, Nickel, Titan, verkapselter Kohlenstoff, ein oberflächenbehandeltes Material aus Aluminium oder rostfreiem Stahl mit Kohlenstoff, Nickel, Titan, Silber oder ähnliche Materialien verwendet werden. Wie beim Anodenstromkollektor kann auch beim Kathodenstromkollektor eine Haftfähigkeit des Kathodenaktivmaterials durch die Ausbildung einer Prägung auf einer oder beiden der Hauptflächen des Kathodenstromkollektors erhöht werden. Der Kathodenstromkollektor liegt beispielsweise in Form eines Films, eines Blatts, einer Folie, eines Netzes, eines porösen Materials, eines geschäumten Materials, eines nicht gewebten Materials oder ähnlichen Materialien vor.The cathode layer is applied to the second contact foil. The second contact foil serves as a cathode current collector. The cathode current collector, for example, has a thickness of at least 3 μm to at most 500 μm. A material that does not induce chemical changes in the battery cell and has high conductivity can be used for the cathode current collector without restriction. For example, stainless steel, aluminum, nickel, titanium, encapsulated carbon, aluminum or stainless steel surface-treated material with carbon, nickel, titanium, silver, or similar materials may be used. As with the anode current collector, an adhesiveness of the cathode active material can also be increased in the cathode current collector by forming an embossing on one or both of the main surfaces of the cathode current collector. The cathode current collector is in the form of, for example, a film, a sheet, a foil, a net, a porous material, a foamed material, a non-woven material, or similar materials.
Die Separatorschicht ist beispielsweise mit einem elektrisch isolierenden bzw. elektrisch nicht leitenden Material gebildet oder ist daraus geformt. Die erste Separatorschicht und/oder die zweite Separatorschicht weist ein Material auf, das für Lithiumionen durchlässig, aber für Elektronen undurchlässig ist. Als erste Separatorschicht und/oder zweite Separatorschicht können Polymere eingesetzt werden, insbesondere ein Polymer ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Polyestern, insbesondere Polyethylenterephthalat, Polyolefinen, insbesondere Polyethylen und/oder Polypropylen, Polyacrylnitrilen, Polyvinylidenfluorid, Polyvinyliden-Hexafluoropropylen, Polyetherimid, Polyimid, Aramid, Polyether, Polyetherketon, synthetische Spinnenseide oder Mischungen davon. Die erste Separatorschicht und/oder die zweite Separatorschicht kann optional zusätzlich mit keramischem Material und einem Binder beschichtet sein, beispielsweise basierend auf AI2O3.The separator layer is formed, for example, with an electrically insulating or electrically non-conductive material or is formed from it. The first separator layer and/or the second separator layer has a material that is permeable to lithium ions but impermeable to electrons. Polymers can be used as the first separator layer and/or second separator layer, in particular a polymer selected from the group consisting of polyesters, in particular polyethylene terephthalate, polyolefins, in particular polyethylene and/or polypropylene, polyacrylonitriles, polyvinylidene fluoride, polyvinylidene-hexafluoropropylene, polyetherimide, polyimide, aramid, Polyether, polyetherketone, synthetic spider silk or mixtures thereof. The first separator layer and/or the second separator layer can optionally be additionally coated with ceramic material and a binder, for example based on Al2O3.
Für die Separatorschicht kann beispielsweise eine isolierende Dünnschicht mit hoher lonen-Durchlässigkeit und mechanischer Festigkeit verwendet werden. Ein Porendurchmesser der Separatorschicht beträgt beispielsweise mindestens 0,01 und höchstens 10 µm. Die Separatorschicht weist eine Dicke von mindestens 5 und höchstens 300 µm auf. Für die Separatorschicht kann beispielsweise ein Polymer auf Olefinbasis, wie chemikalienbeständiges und hydrophobes Polypropylen oder ähnliches, ein Blatt oder ein Vlies, das unter Verwendung von Glasfasern, Polyethylen oder Ähnlichem hergestellt wird, verwendet werden. Wenn ein Festelektrolyt, wie z. B. ein Polymer, als Elektrolyt verwendet wird, kann der Festelektrolyt auch als Separatorschicht fungieren. Beispielsweise kann eine Polyethylenfolie, eine Polypropylenfolie oder eine mehrschichtige Folie, die durch Kombination der Folien erhalten wird, oder eine Polymerfolie für einen Polymerelektrolyten oder einen Polymerelektrolyten vom Geltyp, wie Polyvinylidenfluorid, Polyethylenoxid, Polyacrylnitril oder Polyvinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Copolymer, verwendet werden.For example, an insulating thin layer with high ion permeability and mechanical strength can be used for the separator layer. A pore diameter of the separator layer is, for example, at least 0.01 and at most 10 μm. The separator layer has a thickness of at least 5 and at most 300 µm. For the separator layer, for example, an olefin-based polymer such as chemical-resistant and hydrophobic polypropylene or the like, a sheet or a nonwoven fabric made using glass fibers, polyethylene or the like can be used. If a solid electrolyte, such as B. a polymer is used as the electrolyte, the solid electrolyte can also function as a separator layer. For example, a polyethylene film, a polypropylene film or a multilayer film obtained by combining the films, or a polymer film can be used for a polymer electrolyte or a gel-type polymer electrolyte such as polyvinylidene fluoride, polyethylene oxide, polyacrylonitrile or polyvinylidene fluoride-hexafluoropropylene copolymer.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden an einem jeweiligen längsseitigen Rand der ersten und zweiten Kontaktfolie faltbare Laschen gebildet. Beispielsweise werden die faltbaren Laschen durch eine Einarbeitung von Einschnitten an einem jeweiligen längsseitigen Rand der ersten und zweiten Kontaktfolie gebildet. Beispielsweise werden die Einschnitte durch Schneiden oder Laserätzen an der Kontaktfolie gebildet.According to at least one embodiment of the method, foldable tabs are formed on a respective longitudinal edge of the first and second contact foil. For example, the foldable tabs are formed by incorporating incisions on a respective longitudinal edge of the first and second contact foil. For example, the incisions are formed on the contact film by cutting or laser etching.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Elektrodenband in eine Vielzahl von Bereichen strukturiert, wobei die Bereiche direkt benachbart sind. Beispielsweise sind die Bereiche entlang der Haupterstreckungsrichtung sukzessive angeordnet. Beispielsweise sind die Bereiche rechteckig strukturiert.According to at least one embodiment of the method, the electrode strip is structured into a plurality of areas, the areas being directly adjacent. For example, the areas are arranged successively along the main extension direction. For example, the areas are structured rectangular.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird das Elektrodenband derart gefaltet, dass jeweils zwei direkt benachbarte Bereiche zu übereinander liegenden Schichten gefaltet sind. Nach dem Falten sind die Bereiche beispielsweise übereinander gestapelt in einer Stapelrichtung angeordnet, wodurch ein Elektrodenstapel erzeugt wird. Beispielsweise weist ein solcher Elektrodenstapel eine quaderförmige Form auf.According to at least one embodiment of the method, the electrode strip is folded in such a way that two directly adjacent areas are folded into layers lying one above the other. After folding, the areas are arranged, for example, stacked one on top of the other in a stacking direction, whereby an electrode stack is produced. For example, such an electrode stack has a cuboid shape.
Das Elektrodenband wird beispielsweise derart gefaltet, dass zunächst ein erster Bereich und ein direkt benachbarter zweiter Bereich übereinander gefaltet werden, sodass die erste Kontaktfolie mit der ersten Elektrodenschicht des ersten und zweiten Bereichs in direktem Kontakt steht. Nachfolgend wird das Elektrodenband beispielsweise derart gefaltet, dass ein dritter Bereich über den direkt benachbarten zweiten Bereich gefaltet wird, sodass die zweite Kontaktfolie mit der zweiten Elektrodenschicht des zweiten und dritten Bereichs in direktem Kontakt steht. Beispielsweise ist eine Höhe des Elektrodenstapels in Richtung der Stapelrichtung des Elektrodenstapels abhängig von einer Anzahl der Faltungen.The electrode strip is, for example, folded in such a way that first a first region and a directly adjacent second region are folded one on top of the other, so that the first contact film is in direct contact with the first electrode layer of the first and second regions. Subsequently, the electrode strip is folded, for example, in such a way that a third region is folded over the directly adjacent second region, so that the second contact film is in direct contact with the second electrode layer of the second and third regions. For example, a height of the electrode stack in the direction of the stacking direction of the electrode stack depends on a number of folds.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die faltbaren Laschen derart gefaltet, dass die einzelnen faltbaren Laschen miteinander eine elektrisch leitende Kontaktfolie bilden. Beispielsweise werden die faltbaren Laschen in Richtung der Stapelrichtung des Elektrodenstapels gefaltet. Beispielsweise werden die faltbaren Laschen durch eine Presse gefaltet.According to at least one embodiment of the method, the foldable tabs are folded in such a way that the individual foldable tabs form an electrically conductive contact film with one another. For example, the foldable tabs are folded in the direction of the stacking direction of the electrode stack. For example, the foldable flaps are folded by a press.
Der quaderförmige Elektrodenstapel kann beispielsweise in ein Gehäuse eingesetzt werden, das ebenso eine quaderförmige Form, mit im Wesentlichen gleichen Abmessungen der Länge, Breite und Höhe des Elektrodenstapels, aufweist. Beispielsweise bilden der Elektrodenstapel und das Gehäuse eine Batteriezelle.The cuboid electrode stack can, for example, be inserted into a housing which also has a cuboid shape with essentially the same dimensions of the length, width and height of the electrode stack. For example, the electrode stack and the housing form a battery cell.
Bei einem gewöhnlichen Herstellungsprozess, bei dem das Elektrodenband zu einem Elektrodenwickel aufgewickelt wird, weist eine aufgewickelte gewöhnliche Batteriezelle eine zylindrische Form auf. Wird beispielsweise ein quadratischer Bauraum zur Verfügung gestellt, bleiben beispielsweise etwa 21,5 % des Bauraums ungenutzt. Durch den quaderförmigen Elektrodenstapel kann der zur Verfügung stehende Bauraum effizienter genutzt werden.In an ordinary manufacturing process in which the electrode tape is wound into an electrode coil, a wound ordinary battery cell has a cylindrical shape. For example, if a square installation space is made available, approximately 21.5% of the installation space remains unused. The cuboid electrode stack allows the available installation space to be used more efficiently.
Durch das beschriebene Verfahren kann somit die Energiedichte des Elektrodenstapels, und somit der korrespondierenden Batteriezelle erhöht werden, da die volumetrische Energiedichte eines Quaders größer ist als die volumetrische Energiedichte eines Zylinders.The method described can therefore increase the energy density of the electrode stack, and thus of the corresponding battery cell, since the volumetric energy density of a cuboid is greater than the volumetric energy density of a cylinder.
Zusätzlich wird durch das Falten der faltbaren Laschen zu einer elektrisch leitenden Kontaktfläche, die Fläche des elektrisch leitenden Kontakts zu gewöhnlichen Batteriezellen vergrößert. Vorteilhafterweise können so besonders stabile und gut zugängliche Kontakte des Elektrodenstapels bereitgestellt werden.In addition, by folding the foldable tabs into an electrically conductive contact surface, the area of electrically conductive contact to ordinary battery cells is increased. Advantageously, particularly stable and easily accessible contacts of the electrode stack can be provided.
Weiterhin verringert sich durch die vergrößerte elektrische Kontaktfläche der zurückzulegende Weg des Ladungstransports innerhalb des Elektrodenstapels. Außerdem dient die vergrößerte elektrische Kontaktfläche zur gleichmäßigen Wärmeverteilung und Wärmeabgabe.Furthermore, the increased electrical contact area reduces the distance to be covered by the charge transport within the electrode stack. In addition, the enlarged electrical contact area ensures even heat distribution and heat release.
Mit Vorteil sind Batteriezellen mit Elektrodenstapeln hergestellt nach derartigen Verfahren besonders effizient zu kühlen, da die elektrisch leitenden Kontaktflächen beispielsweise mit einer Seitenkühlung gut erreichbar sind.Battery cells with electrode stacks manufactured using such methods can advantageously be cooled particularly efficiently, since the electrically conductive contact surfaces can be easily reached, for example with side cooling.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die faltbaren Laschen der ersten Kontaktfolie an einem ersten längsseitigen Rand des Elektrodenbands gebildet. Die faltbaren Laschen der zweiten Kontaktfolie werden an einem zweiten längsseitigen Rand des Elektrodenbands gebildet.According to at least one embodiment of the method, the foldable tabs of the first contact film are formed on a first longitudinal edge of the electrode strip. The foldable tabs of the second contact film are formed on a second longitudinal edge of the electrode strip.
In vorteilhafter Weise werden somit die faltbaren Laschen der ersten Kontaktfolie und die faltbaren Laschen der zweiten Kontaktfolie räumlich voneinander getrennt an dem ersten und dem zweiten längsseitigen Rand des Elektrodenbands gebildet.Advantageously, the foldable tabs of the first contact film and the foldable tabs of the second contact film are formed spatially separated from one another on the first and second longitudinal edges of the electrode strip.
Beispielsweise wird somit nach dem Falten der faltbaren Laschen zu einer elektrisch leitenden Kontaktfläche eine räumliche Isolation zwischen den beiden elektrisch leitenden Kontaktflächen der ersten und zweiten Kontaktfolie sichergestellt.For example, after folding the foldable tabs to form an electrically conductive contact surface, spatial isolation between the two electrically conductive contact surfaces of the first and second contact foil is ensured.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden die faltbaren Laschen durchgehend an jeweils einem längsseitigen Rand der ersten und zweiten Kontaktfolie gebildet oder nur in jedem zweiten Bereich des Elektrodenbands an jeweils einem längsseitigen Rand der ersten und zweiten Kontaktfolie gebildet.According to at least one embodiment of the method, the foldable tabs are formed continuously on a respective longitudinal edge of the first and second contact foil or are formed only in every second region of the electrode strip on a respective longitudinal edge of the first and second contact foil.
Gemäß der Ausführungsform mit durchgehend gebildeten faltbaren Laschen an jeweils einem längsseitigen Rand der ersten und zweiten Kontaktfolie stehen nach dem Falten des Elektrodenbands derart, dass die erste Kontaktfolie mit der ersten Elektrodenschicht des ersten und zweiten Bereichs in direktem Kontakt steht, ebenso die faltbaren Laschen des ersten und zweiten Bereichs in direktem Kontakt. Beispielsweise wird somit die Anzahl an elektrisch leitenden Kontakten zu der ersten und zweiten Elektrodenschicht des ersten und zweiten Bereichs erhöht, wodurch der Ladungsaustausch verbessert wird.According to the embodiment with continuously formed foldable tabs on a longitudinal edge of the first and second contact foils, after folding the electrode strip, the first contact foil is in direct contact with the first electrode layer of the first and second region, as are the foldable tabs of the first and second area in direct contact. For example, the number of electrically conductive contacts to the first and second electrode layers of the first and second regions is increased, thereby improving the charge exchange.
Nach dem Falten der faltbaren Laschen zu einer elektrisch leitenden Kontaktfläche und nachdem der Elektrodenstapel in das Gehäuse der Batteriezelle eingesetzt wird, kann weiterhin durch die erhöhte Anzahl an faltbaren Laschen und eine damit einhergehende erhöhte Federkraft der faltbaren Laschen eine verbesserte Kontaktierung der elektrisch leitenden Kontaktfläche zu dem Gehäuse der Batteriezelle sichergestellt werden.After folding the foldable tabs to form an electrically conductive contact surface and after the electrode stack is inserted into the housing of the battery cell, the increased number of foldable tabs and the associated increased spring force of the foldable tabs can further improve contact electrically conductive contact surface to the housing of the battery cell can be ensured.
Gemäß der Ausführungsform mit gebildeten faltbaren Laschen in jedem zweiten Bereich des Elektrodenbands kann in vorteilhafter Weise Gewicht durch die an der Kontaktfolie eingesparten Materialien der faltbaren Laschen reduziert werden.According to the embodiment with foldable tabs formed in every second region of the electrode band, weight can be advantageously reduced by saving on the materials of the foldable tabs on the contact film.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens werden innerhalb der Bereiche an dem ersten längsseitigen Rand und/oder an dem zweiten längsseitigen Rand des Elektrodenbands eine Vielzahl von faltbaren Laschen an der ersten Kontaktfolie und/oder an der zweiten Kontaktfolie gebildet.According to at least one embodiment of the method, a plurality of foldable tabs are formed on the first contact film and/or on the second contact film within the regions on the first longitudinal edge and/or on the second longitudinal edge of the electrode strip.
Beispielsweise werden innerhalb der Bereiche an dem ersten längsseitigen Rand und/oder an dem zweiten längsseitigen Rand des Elektrodenbands mindestens 5 faltbare Laschen je Bereich gebildet, insbesondere 10 faltbare Laschen je Bereich des Elektrodenbands und je Kontaktfolie.For example, at least 5 foldable tabs per area are formed within the areas on the first longitudinal edge and/or on the second longitudinal edge of the electrode band, in particular 10 foldable tabs per area of the electrode band and per contact film.
Durch die Vielzahl von faltbaren Laschen an der ersten Kontaktfolie und/oder an der zweiten Kontaktfolie wird die Beweglichkeit der faltbaren Laschen erhöht. Dadurch wird nach dem Falten der faltbaren Laschen und nach dem Einsetzen des Elektrodenstapels in das Gehäuse der Batteriezelle ein verbesserter Kontakt zwischen den faltbaren Laschen und dem Gehäuse der Batteriezelle erzielt.Due to the large number of foldable tabs on the first contact film and/or on the second contact film, the mobility of the foldable tabs is increased. As a result, after folding the foldable tabs and after inserting the electrode stack into the housing of the battery cell, improved contact is achieved between the foldable tabs and the housing of the battery cell.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die erste Elektrodenschicht auf die erste Kontaktfolie und die zweite Elektrodenschicht auf die zweite Kontaktfolie kontinuierlich über die Vielzahl der Bereiche des Elektrodenbands aufgebracht.According to at least one embodiment of the method, the first electrode layer is applied to the first contact foil and the second electrode layer to the second contact foil continuously over the plurality of areas of the electrode strip.
Durch die kontinuierlich aufgebrachte erste und zweite Elektrodenschicht wird der Anteil der Aktivmaterialien an dem Elektrodenstapel erhöht, wodurch eine erhöhte Energiedichte innerhalb des Elektrodenstapels erzielt wird.The proportion of active materials in the electrode stack is increased by the continuously applied first and second electrode layers, whereby an increased energy density within the electrode stack is achieved.
Beispielsweise wird die erste Elektrodenschicht kontinuierlich auf die erste Kontaktfolie und die zweite Elektrodenschicht kontinuierlich auf die zweite Kontaktfolie aufgebracht, wodurch die Elektrodenschicht ebenso nach dem Falten des Elektrodenbands an den Faltkanten des Elektrodenbands aufgebracht ist.For example, the first electrode layer is applied continuously to the first contact film and the second electrode layer is continuously applied to the second contact film, whereby the electrode layer is also applied to the folding edges of the electrode strip after the electrode strip has been folded.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens wird die erste Elektrodenschicht derart auf die erste Kontaktfolie und die zweite Elektrodenschicht derart auf die zweite Kontaktfolie beschichtet, dass nach dem Falten des Elektrodenbands an einer Faltkante zwischen jeweils zwei direkt benachbarten Bereichen keine Elektrodenschicht auf der ersten und zweiten Kontaktfolie angeordnet ist.According to at least one embodiment of the method, the first electrode layer is coated on the first contact film and the second electrode layer on the second contact film in such a way that after folding the electrode strip at a fold edge between two directly adjacent areas, no electrode layer is arranged on the first and second contact film is.
Dadurch kann verhindert werden, dass bei dem Falten des Elektrodenbands die erste und zweite Elektrodenschicht beschädigt wird. Somit wird weiterhin sichergestellt, dass die erste und zweite Elektrodenschicht uneingeschränkt für einen Batteriebetrieb zur Verfügung steht. Weiterhin wird eine benötigte Kraft zum Falten des Elektrodenbands reduziert.This can prevent the first and second electrode layers from being damaged when the electrode strip is folded. This further ensures that the first and second electrode layers are fully available for battery operation. Furthermore, the force required to fold the electrode band is reduced.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens ist die Separatorschicht zwischen der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht angeordnet.According to at least one embodiment of the method, the separator layer is arranged between the first electrode layer and the second electrode layer.
Durch die Separatorschicht zwischen der ersten Elektrodenschicht und der zweiten Elektrodenschicht werden die erste Elektrodenschicht und die zweite Elektrodenschicht elektrisch voneinander isoliert, während ein Ionen-Transport durch den Separator gewährleistet ist.The separator layer between the first electrode layer and the second electrode layer electrically insulates the first electrode layer and the second electrode layer from each other, while ion transport through the separator is ensured.
Gemäß zumindest einer Ausführungsform des Verfahrens weißt der Elektrodenstapel einen quaderförmigen Aufbau auf, wobei jeweils drei Seitenflächen einen elektrischen Pol bilden.According to at least one embodiment of the method, the electrode stack has a cuboid structure, with three side surfaces each forming an electrical pole.
Durch das Falten des Elektrodenbands derart, dass jeweils zwei direkt benachbarte Bereiche (B) zu übereinander liegenden Schichten gefaltet sind, wobei beispielsweise zunächst ein erster Bereich (B1) und ein direkt benachbarter zweiter Bereich (B2) übereinander gefaltet werden, sodass die erste Kontaktfolie mit der ersten Elektrodenschicht des ersten Bereichs (B1) und zweiten Bereichs (B2) in direktem Kontakt steht und nachfolgend ein dritter Bereich (B3) über den direkt benachbarten zweiten Bereich (B2) gefaltet wird, sodass die zweite Kontaktfolie mit der zweiten Elektrodenschicht des zweiten Bereichs (B2) und dritten Bereichs (B3) in direktem Kontakt steht, bilden die erste Kontaktfolie und die zweite Kontaktfolie jeweils einen Pol des Elektrodenstapels.By folding the electrode strip in such a way that two directly adjacent areas (B) are folded into layers lying one above the other, for example, first a first area (B1) and a directly adjacent second area (B2) are folded one on top of the other, so that the first contact film is also folded the first electrode layer of the first region (B1) and second region (B2) is in direct contact and subsequently a third region (B3) is folded over the directly adjacent second region (B2), so that the second contact film is with the second electrode layer of the second region (B2) and third area (B3) is in direct contact, the first contact film and the second contact film each form a pole of the electrode stack.
Der Elektrodenstapel mit einem quaderförmigen Aufbau kann in ein ebenso quaderförmiges Gehäuse eingesetzt werden. Beispielsweise weisen das quaderförmige Gehäuse und der quaderförmige Elektrodenstapel im Wesentlichen die gleichen Maße auf.The electrode stack with a cuboid structure can be inserted into an equally cuboid housing. For example, the cuboid housing and the cuboid electrode stack have essentially the same dimensions.
Da die volumetrische Energiedichte eines Quaders größer ist als die volumetrische Energiedichte eines Zylinders, kann die Energiedichte in einem zur Verfügung stehenden quadratischen oder quaderförmigen Bauraum durch den quaderförmigen Elektrodenstapel erhöht werden.Since the volumetric energy density of a cuboid is greater than the volumetric energy density of a cylinder, the energy density can be increased in an available square or cuboid installation space by the cuboid electrode stack.
Nach dem Einsetzen des Elektrodenstapels in das Gehäuse bilden beispielsweise jeweils drei Seitenflächen des Gehäuses einen elektrischen Pol.After inserting the electrode stack into the housing, for example, three side surfaces of the housing each form an electrical pole.
Des Weiteren wird ein Elektrodenstapel für eine Batteriezelle angegeben der beispielsweise durch das hier beschriebene Verfahren herstellbar ist. Demzufolge sind die Merkmale in Verbindung mit dem Verfahren und auch in Verbindung mit dem Elektrodenstapel beschrieben und umgekehrt.Furthermore, an electrode stack for a battery cell is specified, which can be produced, for example, by the method described here. Accordingly, the features are described in connection with the method and also in connection with the electrode stack and vice versa.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
-
1 bis 5 Verfahrensschritte bei einem Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel, -
6 bis 8 Verfahrensschritte bei dem Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und -
9 Elektrodenstapel für eine Batteriezelle gemäß einem Ausführungsbeispiel.
-
1 to 5 Method steps in a method for producing an electrode stack for a battery cell according to a first exemplary embodiment, -
6 to 8 Method steps in the method for producing an electrode stack for a battery cell according to a second exemplary embodiment and -
9 Electrode stack for a battery cell according to an exemplary embodiment.
Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.Elements of the same construction or function are marked with the same reference numerals across the figures.
Im Folgenden wird ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle erläutert.A method for producing an electrode stack for a battery cell is explained below.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel wird bei einem ersten Verfahrensschritt gemäß der
An einem jeweiligen längsseitigem Rand der ersten Kontaktfolie 11 und der zweiten Kontaktfolie 19 befinden sich faltbare Laschen 20. Die faltbaren Laschen 20 werden beispielsweise in einem zweiten Verfahrensschritt durch Schneiden und/oder Stanzen von Einschnitten an der ersten Kontaktfolie 11 und an der zweiten Kontaktfolie 19 gebildet.
Bei einem dritten Verfahrensschritt gemäß
Das Elektrodenband weist hierbei eine Haupterstreckungsrichtung auf, wobei die Bereiche (B) entlang der Haupterstreckungsrichtung sukzessive angeordnet sind. Die Bereiche B sind rechteckig strukturiert.The electrode strip has a main extension direction, with the regions (B) being arranged successively along the main extension direction. Areas B have a rectangular structure.
Bei einem vierten Verfahrensschritt gemäß
Durch die derartige Faltung des Elektrodenbands 10 sind beispielsweise ein erster Bereich B1 und ein zweiter Bereich B2 übereinander gefaltet, sodass ein direkter Kontakt der zweiten Kontaktfolie 19 aus dem ersten Bereich B1 und der zweiten Kontaktfolie 19 aus dem zweiten Bereich B2 gegeben ist. Das Elektrodenband 10 wird erneut derart gefaltet, dass ein dritter Bereich B3 über den direkt benachbarten zweiten Bereich B2 gefaltet wird, sodass ein direkter Kontakt der erste Kontaktfolie 11 aus dem zweiten Bereich B2 und der ersten Kontaktfolie 11 aus dem dritten Bereich B3 gegeben ist.By folding the
Die
Bei einem fünften Verfahrensschritt gemäß
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel werden bei dem zweiten Verfahrensschritt die faltbaren Laschen 20 nicht durchgehend, sondern nur in jedem zweiten Bereich der Bereiche B des Elektrodenbands 10 an jeweils einen längsseitigen Rand der ersten Kontaktfolie 11 und der zweiten Kontaktfolie 19 gebildet.According to a second exemplary embodiment, in the second method step, the
Die
Die
BezugszeichenlisteReference symbol list
- 1010
- ElektrodenbandElectrode tape
- 1111
- Erste KontaktfolieFirst contact foil
- 1313
- Erste ElektrodenschichtFirst electrode layer
- 1515
- SeparatorschichtSeparator layer
- 1717
- Zweite ElektrodenschichtSecond electrode layer
- 1919
- Zweite Kontaktfolie Second contact foil
- 2020
- Faltbare Lasche Foldable flap
- 3030
- Faltkante Folding edge
- 4040
- Elektrodenstapel Electrode stack
- Bb
- BereichArea
- B1B1
- erster Bereichfirst area
- B2B2
- zweiter Bereichsecond area
- B3B3
- dritter Bereichthird area
Claims (9)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE102022119964.9A DE102022119964A1 (en) | 2022-08-09 | 2022-08-09 | Method for producing an electrode stack for a battery cell and an electrode stack for a battery cell |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| DE102022119964.9A DE102022119964A1 (en) | 2022-08-09 | 2022-08-09 | Method for producing an electrode stack for a battery cell and an electrode stack for a battery cell |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE102022119964A1 true DE102022119964A1 (en) | 2024-02-15 |
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ID=89809385
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
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Country Status (1)
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| DE (1) | DE102022119964A1 (en) |
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-
2022
- 2022-08-09 DE DE102022119964.9A patent/DE102022119964A1/en active Pending
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