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Die Erfindung betrifft eine Elektrode für eine Batterie sowie die Herstellung einer solchen Elektrode und einer Batterie mit einer solchen Elektrode.
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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 ein einmaliges Entladen 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.
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Eine Batterie umfasst eine oder, üblicherweise, mehrere Batterieelemente, die innerhalb einer Umhüllung, üblicherweise in Form einer häufig als „Pouch“ bezeichneten Folienumhüllung oder eines Gehäuses, angeordnet sind. Die Batterieelemente umfassen jeweils zwei Elektroden, einen zwischen den Elektroden angeordneten Separator zur elektrischen Separierung der Elektroden und einen als lonenleiter dienenden Elektrolyten. Die zwei Elektroden eines Batterieelements unterscheiden sich hinsichtlich eines umfassten Aktivmaterials, wodurch eine der Elektroden anodisch und die andere kathodisch wirksam ist (jeweils bezogen auf ein Entladen der Batteriezelle). Weiterhin umfasst eine Batterie üblicherweise zwei Batteriepole, die in die Umhüllung integriert sind und die innenseitig der Umhüllung über sogenannte Stromableiter mit den Elektroden elektrisch leitend verbunden sind. Dabei kann vorgesehen sein, dass alle anodisch wirksamen Elektroden mit einem der Batteriepole und die kathodisch wirksamen Elektroden mit dem anderen der Batteriepole verbunden sind.
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Eine Herstellung von Batterien erfolgt üblicherweise bis zu einem gasdichten Verschließen der Umhüllungen unter konditionierten Prozessatmosphären, wobei einerseits sogenannte Reinraumbedingungen, beispielsweise gemäß der ISO-Klasse 7, eingehalten werden, um eine Kontamination der Batterieelemente mit Fremdpartikel zu vermeiden. Andererseits kann eine konditionierte Prozessatmosphäre eine relativ geringe Taupunkttemperatur von beispielsweise höchstens -30°C oder niedriger erfordern, wodurch eine Abscheidung von Feuchtigkeit aus der Atmosphäre möglichst minimiert werden soll.
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Eine Herstellung von Batterien unter konditionierten Prozessatmosphären ist mit einem erheblichen Aufwand und damit entsprechenden Kosten verbunden. Die Bereitstellung der relativ geringen Taupunkttemperatur kann dabei den größten Kostenfaktor zumindest bezüglich des Energieaufwands darstellen.
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Um die Kosten, die mit einer Herstellung von Batterien unter konditionierten Prozessatmosphären verbunden sind, möglichst zu minimieren, wird üblicherweise angestrebt, die Produktionsräume, in denen die verschiedenen Verfahrensschritte unter konditionierten Prozessatmosphären durchgeführt werden, möglichst klein zu halten. Hierbei wird zwischen sogenannten „Mini- Environments“ und „Micro-Environments“ unterschieden, wobei Produktionsräume eines „Mini-Environments“ noch von Personen betreten werden können und dementsprechend noch relativ groß sind, während dies für Produktionsräume eines „Micro-Environments“ nicht gilt. Je geringer die Volumina der Produktionsräume sind, desto geringer ist auch der Kostenaufwand für die Ausbildung konditionierter Prozessatmosphären darin. Der Kostenaufwand für die Herstellung der Produktionsräume selbst ist jedoch erheblich. Bei Produktionsräumen eines „Micro-Environments“ kommt als Nachteil hinzu, dass im Falle von Problemen mit den in den Produktionsräumen stehenden Maschinen die entsprechenden Produktionsräume üblicherweise mit unkonditionierter Umgebungsluft geflutet werden müssen, um die Maschinen reparieren zu können, wodurch die in den Produktionsräumen stehenden Komponenten der Batterien unbrauchbar werden können.
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Die
CN 111 293 316 B beschreibt ein Verfahren zur Herstellung eines Substrats für eine kathodische Elektrode einer Feststoffbatterie, wobei das Substrat metallisches Lithium umfasst. Um Grenzflächenreaktionen des Substrats bei einer späteren Beschichtung mit einem Aktivmaterial zu vermeiden, wird das Substrat vorab mit einer Schutzschicht versehen.
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Die
JP 2020-021 731 A2 offenbart ein Verfahren zum Aufbringen einer Schutzschicht auf einem Aktivmaterial einer Elektrode für eine Lithium-Batterie, wobei das Material der Schutzschicht ein Lösemittel umfasst, das anschließend entfernt wird, um eine gezielte Porosität der Schutzschicht zu erzielen.
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Die
US 2011/0143195 A1 beschreibt eine Elektrode für eine Lithium-Ionen-Batterie mit einem als Stromleiter dienenden Substrat, das eine Vielzahl von Vorsprüngen ausbildet, wobei auf jedem der Vorsprünge eine Säule aus einem Aktivmaterial, das Silikon und/oder Zinn sowie Lithium umfasst, ausgebildet sind. Die Säulen sind weiterhin von einer Beschichtung umgeben, die Lithium-Carbonat und/oder Lithium-Fluorid umfasst.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Möglichkeit aufzuzeigen, den Aufwand für die Herstellung einer Batterie zu reduzieren.
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Diese Aufgabe ist bei einem Verfahren gemäß dem Patentanspruch 8, bei dem zur Herstellung einer Batterie eine Elektrode gemäß dem Patentanspruch 1 verwendet wird, gelöst. Ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Elektrode ist Gegenstand des Patentanspruchs 6. Bevorzugte Ausgestaltungsformen der erfindungsgemäßen Elektrode und bevorzugte Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Verfahren sind Gegenstände der weiteren Patentansprüche und ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung.
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Eine erfindungsgemäße Elektrode für eine Batterie umfasst ein Substrat und ein kathodisch oder anodisch wirksames (bezogen auf ein Entladen der die Elektrode umfassenden Batterie) Aktivmaterial, das auf zumindest einer Seite des Substrats auf diesem aufgebracht ist. Das Substrat ist vorzugsweise zumindest abschnittsweise elektrisch leitfähig ausgestaltet, um als Stromleiter der Elektrode fungieren zu können. Insbesondere dafür kann das Substrat teilweise oder, vorzugsweise, vollständig aus einem Metall oder mehreren Metallen, beispielsweise aus Aluminium und/oder Kupfer, ausgestaltet sein. Besonders bevorzugt kann das Substrat in Form einer Folie ausgestaltet sein, wobei erfindungsgemäß als Folie ein flexibler und damit leicht deformierbarer Körper gilt, dessen Länge und Breite (die die Großflächen der Folien begrenzen) um ein Vielfaches größer als dessen Höhe (d.h. die Folienstärke) ist. Dabei kann die Höhe vorzugsweise maximal 1/100 oder 1/500 oder 1/1000 oder 1/10000 oder 1/100000 der Länge und/oder Breite der Folie entsprechen. Insbesondere kann eine Folie mit einer so geringen Folienstärke dimensioniert sein, dass diese ohne Abstützung durch die eigene Gewichtskraft erkennbar deformiert werden würde.
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Erfindungsgemäß gekennzeichnet ist eine solche Elektrode durch ein zumindest das Aktivmaterial umgebendes Schutzmaterial, das thermisch, d.h. bei einer definierten Erwärmung des Schutzmaterials, und/oder bei einem Kontakt mit einem als Elektrolyt der Batterie vorgesehenen Medium auflösbar ist, wodurch die durch das Schutzmaterial ausgebildete Schutzschicht entfernt wird. Ein Auflösen kann dabei insbesondere durch einen Phasenübergang des Schutzmaterials von fest zu flüssig oder zu gasförmig erfolgen. Andere Möglichkeiten der Auflösung, beispielsweise ein Zerfallen in kleine Partikel, die dann in dem Elektrolyt enthalten sein können, können ebenfalls realisierbar sein.
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Eine thermische Auflösbarkeit des Schutzmaterials sollte vorzugsweise bei einer Temperatur, die für das Aktivmaterial unschädlich ist, beispielsweise bei höchstens 120°C (Bitte angeben) umsetzbar sein.
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Bei einer (erfindungsgemäßen) Herstellung einer solchen Elektrode ist vorgesehen, dass das Aktivmaterial zunächst auf das Substrat und anschließend das Schutzmaterial auf das Aktivmaterial aufgebracht wird. Dabei kann vorzugsweise ergänzend vorgesehen sein, dass das Aktivmaterial nach dem Aufbringen auf das Substrat und vor dem Aufbringen des Schutzmaterials thermisch behandelt, d.h. definiert erwärmt, wird. Ein solches thermisches Behandeln könnte anderenfalls durch das Schutzmaterial beziehungsweise durch die von diesem ausgebildete Schutzschicht verhindert oder zumindest beeinträchtigt werden. Das thermische Behandeln kann insbesondere dazu dienen, das Aktivmaterial zu trocknen, um eine ausreichend hohe Festigkeit für dieses zu realisieren und/oder um eine ausreichend feste Verbindung mit dem Substrat auszubilden.
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Durch das Schutzmaterial kann vermieden werden, dass zumindest das Aktivmaterial während einer Herstellung einer die Elektrode umfassenden Batterie einer nicht oder nicht ausreichend konditionierten Prozessatmosphäre ausgesetzt wird, was sich negativ auf das Aktivmaterial und damit die Funktionsweise der herzustellenden Batterie auswirken könnte. Dies gilt insbesondere hinsichtlich der Aufnahme von Feuchtigkeit aus der Prozessatmosphäre, so dass das Schutzmaterial vorzugsweise derart ausgestaltet ist, dass dieses in ausreichendem Maße auch eine Diffusion von Feuchtigkeit unterbindet. Gleichzeitig soll das Schutzmaterial die Funktionsfähigkeit der Elektrode nach der Herstellung der Batterie nicht beeinträchtigen. Das Schutzmaterial beziehungsweise die von diesem ausgebildete Schutzschicht ist folglich lediglich temporär für zumindest einen Verfahrensabschnitt im Rahmen der Herstellung der Batterie vorgesehen. Daher ist das Schutzmaterial so ausgestaltet, dass sich dieses im Rahmen der Herstellung der Batterie auflöst. Dieses Auflösen kann vorteilhaft infolge einer thermischen Behandlung der Batterie und/oder durch einen Kontakt mit einem als Elektrolyt der Batterie vorgesehenen, vorzugsweise flüssigen Medium realisiert werden.
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Da nach dem Auflösen des Schutzmaterials ein Kontakt mit einer nicht oder nicht ausreichend konditionierten Atmosphäre, insbesondere der Umgebungsluft, vermieden werden sollte, kann vorzugsweise vorgesehen sein, dass die mindestens eine Maßnahme, die zu dem Auflösen des Schutzmaterials führt, erst dann durchgeführt wird, wenn ein entsprechender Kontakt mit einer nicht oder nicht ausreichend konditionierten Atmosphäre auf andere Weise verhindert werden kann. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn im Rahmen der Herstellung der Batterie die zumindest eine erfindungsgemäße Elektrode, insbesondere als Komponente eines Batterieelements, bereits in eine Umhüllung der Batterie eingebracht wurde, wobei die Umhüllung das mindestens eine Batterieelement vorzugsweise gasdicht umschließt.
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Dementsprechend sieht ein erfindungsgemäßes Verfahren, dessen Durchführung im Rahmen der Herstellung einer Batterie vorgesehen ist, vor, dass mindestens ein Batterieelement sowie ein Elektrolyt in eine Umhüllung eingebracht wird. Das mindestens eine Batterieelement umfasst zumindest eine als Anode dienende erste Elektrode, eine als Kathode dienende zweite Elektrode und einen die Elektroden separierenden Separator, wobei zumindest eine, gegebenenfalls beide der Elektroden erfindungsgemäß ausgestaltet ist/sind. Dabei kann weiterhin vorgesehen sein, dass die Herstellung der mindestens einen erfindungsgemäßen Elektrode unter einer ersten Prozessatmosphäre (d.h. die Elektrode ist bei Ihrer Herstellung der ersten Prozessatmosphäre ausgesetzt) erfolgt, an die zumindest eine höhere Anforderung als an mindestens eine zweite Prozessatmosphäre gestellt ist, wobei unter der zweiten Prozessatmosphäre zumindest ein Verfahrensschritt, der sich an die Herstellung dieser zumindest einen erfindungsgemäßen Elektrode anschließt, durchgeführt wird. Diese zumindest eine höhere Anforderung kann insbesondere eine niedrigere Taupunkttemperatur der ersten Prozessatmosphäre im Vergleich zu der Taupunkttemperatur der zweiten Prozessatmosphäre sein. Demnach kann die Schutzschicht ermöglichen, die weitere Verwendung der mindestens einen erfindungsgemäßen Elektrode bei der Herstellung der Batterie unter einer (zweiten) Prozessatmosphäre durchzuführen, die eine relativ (im Vergleich zu der ersten Prozessatmosphäre sowie dem Stand der Technik) hohe Taupunkttemperatur aufweist. Dadurch kann insbesondere der Energieaufwand, der für die Herstellung der Batterie erforderlich ist, relativ gering gehalten werden. Gegebenenfalls kann die mindestens eine höhere Anforderung aber auch eine höhere Reinraumklasse sein.
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Sofern eine erfindungsgemäß herzustellende Batterie mehrere Batterieelemente umfasst, kann vorzugsweise vorgesehen ein, dass alle Elektroden zumindest einer Art (Anoden oder Kathoden) erfindungsgemäß ausgestaltet sind. Aufgrund einer häufig relativ hohen Empfindlichkeit eines für Kathoden vorgesehenen Aktivmaterials kann es sinnvoll sein, dass ausschließlich die als Kathode(n) vorgesehene(n) zweite(n) Elektrode(n) erfindungsgemäß ausgestaltet ist/sind.
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Der im Rahmen eines erfindungsgemäßen Verfahrens in die Umhüllung der Batterie einzubringende Elektrolyt kann ein separates Medium, insbesondere eine Flüssigkeit, sein, wobei dieses Medium insbesondere erst nach dem mindestens einen Batterieelement in die Umhüllung eingebracht werden kann. Es besteht aber auch die Möglichkeit, dass der Elektrolyt integraler Bestandteil des mindestens einen Batterieelements und insbesondere des Separators davon ist. Dies kann insbesondere bei einer Ausgestaltung des mindestens einen Batterieelements als Feststoffbatterieelement und damit der Batterie als Feststoffbatterie der Fall sein.
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Um eine vorteilhafte Verarbeitbarkeit des Schutzmaterials, das vorzugsweise kein Lösemittel umfasst, zu erreichen, kann dieses vorzugsweise eine Schmelzpunkttemperatur von mindestens 30°C aufweisen.
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Weiterhin kann das Schutzmaterial in einer (maximalen) Schichtdicke von höchstens 10 µm oder, vorzugsweise von höchstens 5 µm vorliegen, wobei für die aus dem Schutzmaterial ausgebildete Schutzschicht grundsätzlich eine möglichst gleichmäßige Schichtdicke angestrebt wird. Durch eine solche, relativ geringe Schichtdicke kann gewährleistet werden, dass das nachträgliche Auflösen des Schutzmaterials im Batterieverbund nicht zu funktionalen Einschränkungen der Batterie führt.
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Das Schutzmaterial einer erfindungsgemäßen Elektrode kann vorzugsweise Ethylencarbonat (EC) sein oder zumindest umfassen. Ethylencarbonat kann zumindest einige der genannten Anforderungen bezüglich des Schutzmaterials erfüllen. Insbesondere ist dieses vorteilhaft für ein Auflösen infolge eines Kontakts mit einem als Elektrolyt vorgesehenen Medium geeignet, weil Ethylencarbonat selbst vorteilhaft als Bestandteil des Elektrolyts wirksam sein kann. Dementsprechend ist es nicht erforderlich, dass das Medium, dessen Kontakt mit dem Schutzmaterial zu dessen Auflösung führt, bereits im Ausgangszustand als Elektrolyt eingesetzt werden kann. Dies kann auch erst nach der Auflösung des Schutzmaterials der Fall sein.
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Die Erfindung betrifft vor diesem Hintergrund auch eine Batterie mit mindestens einer erfindungsgemäßen Elektrode und einem Elektrolyten, wobei das aufgelöste Schutzmaterial Bestandteil, insbesondere auch funktionaler Bestandteil des Elektrolyts ist.
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Bei einer erfindungsgemäß herzustellenden Batterie kann es sich insbesondere um eine Lithium-Ionen-Batterie, vorzugsweise in einer Ausgestaltung als NMC-Batterie, und/oder um eine als Traktionsbatterie eines Kraftfahrzeugs vorgesehene Batterie handeln. Zur Realisierung einer NMC-Batterie kann eine erfindungsgemäße ein Elektrode Lithium-Nickel-Mangan-Cobalt-Oxid als (kathodisch wirksames) Aktivmaterial oder als Bestandteil eines solchen Aktivmaterials aufweisen.
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Die Umhüllung einer Batterie, die unter Verwendung mindestens einer erfindungsgemäßen Elektrode hergestellt wird, kann vorzugsweise als Folienumhüllung (sogenannte „Pouch“-Umhüllung) oder als Gehäuse ausgestaltet sein. Ein solches Gehäuse kann dann vorzugsweise formstabil sein. Als „formstabil“ gilt dabei ein Gehäuse, wenn dessen dreidimensionale Form ohne externe Belastung nicht infolge der eigenen Gewichtskraft kollabiert. Vorzugsweise kann ein solches Gehäuse derart formstabil ausgestaltet sein, dass dieses bei einer Belastung durch externe Kräfte, die bei einer normalen Nutzung der Batterie auftreten, nicht kollabiert und, besonders bevorzugt, auch nicht in einem relevanten Maße deformiert wird (d.h. starre Ausgestaltung des Gehäuses).
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Vorzugsweise kann vorgesehen sein, dass die Umhüllung teilweise oder vollständig aus mindestens und vorzugsweise exakt einem Metall, beispielsweise Aluminium, ausgestaltet ist. Dadurch kann eine relevante Diffusion von Feuchtigkeit durch die Umhüllung vermieden werden. Zudem kann durch eine Verwendung von Metall relativ kostengünstig eine relativ hoch belastbare Umhüllung erhalten werden.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in den Zeichnungen dargestellten Ausgestaltungs- und Ausführungsbeispielen näher erläutert. In den Zeichnungen zeigt, jeweils in vereinfachter Darstellung:
- 1: eine Batterie, die unter Verwendung erfindungsgemäßer Elektroden hergestellt wurde;
- 2: eine erfindungsgemäße Elektrode; und
- 3: die Herstellung eines Elektodenhalbzeugs für erfindungsgemäße Elektroden.
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Die in der 1 gezeigte Batterie umfasst einen Verbund 1 aus Elektroden 2 und Separatoren 3 (nachfolgend als „ESV“ bezeichnet). Die Batterie umfasst weiterhin eine Umhüllung 4, die als Folienumhüllung ausgestaltet ist, einen Elektrolyten, der beispielsweise in flüssiger Form u.a. in Poren der als Membranen ausgebildeten Separatoren 3 aufgenommen sein kann, sowie zwei Batteriepole 5, die an zwei sich gegenüberliegenden Enden des ESV 1 und damit auch der Batterie insgesamt angeordnet sind, wobei die Batteriepole 5, die beispielsweise als flächige Blechbauteile (mit gegebener Eigenstabilität, so dass sich diese, anders als Folien, nicht bereits aufgrund ihrer eigenen Schwerkraft deformieren) ausgestaltet sein können. Die Batteriepole 5 sind teilweise außerhalb und teilweise innerhalb der Umhüllung 4 angeordnet.
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Jede der Elektroden 2 umfasst eine Ableiterfahne 6, über die die jeweilige Elektrode 2 mit einem dazugehörigen der Batteriepole 5 elektrisch leitend verbindet
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Der ESV 1 umfasst zwei Teilmengen der Elektroden 2, die sich hinsichtlich der strukturellen Ausgestaltung und auch der Anordnung in dem ESV 1 unterscheiden. Eine erste Teilmenge der Elektroden 2 dient als Anoden 2a und eine zweite Teilmenge der Elektroden 2 dient als Kathoden 2b (jeweils während einer Entladung der Batterie). Die Anoden 2a und die Kathoden 2b sind wechselweise angeordnet, so dass auf eine Anode 2a, unter Zwischenschaltung eines Separators 3, eine Kathode 2b, dann, wiederum unter Zwischenschaltung eines Separators 3, erneut eine Anode 2a und anschließend, wiederum unter Zwischenschaltung eines Separators 3, erneut eine Kathode 2b, etc. folgt. Die Anordnung der Elektroden 2 ist zudem derart gewählt, dass die Ableiterfahnen 6 der Anoden 2a auf derjenigen Seite des ESV 1 angeordnet sind, auf der auch ein erster (5a) der Batteriepole 5 angeordnet ist. Die Ableiterfahnen 6 der Kathoden 2b sind dagegen auf derjenigen Seite des ESV 1 angeordnet, auf der auch der zweite (5b) der Batteriepole 5 angeordnet ist. Dementsprechend sind alle Ableiterfahnen 6 der Anoden 2a mit dem ersten Batteriepol 5a und die Ableiterfahnen 6 der Kathoden 2b mit dem zweiten Batteriepol 5b verbunden.
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Für eine möglichst gute Übersichtlichkeit der Darstellung in der 1 ist die Batterie mit einer relativ geringen Anzahl an Elektroden 2 dargestellt. Die tatsächliche Anzahl der Elektroden 2 einer erfindungsgemäßen Batterie kann deutlich größer sein.
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Die Elektroden 2 der Batterie weisen jeweils ein Substrat 7 aus einem elektrisch leitfähigen Material (z.B. Kuper bei den Anoden 2a und Aluminium bei den Kathoden 2b) auf, das jeweils beidseitig mit Aktivmaterial 8 beschichtet ist. Dabei unterscheiden sich die Aktivmaterialien 8 der Anoden 2a und der Kathoden 2b voneinander. Jeweils ein Abschnitt der Substrate 7, der frei von dem Aktivmaterial 8 ist, stellt die zu der jeweiligen Elektrode 2 gehörende Ableiterfahne 6 dar.
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Die 2 zeigt eine erfindungsgemäße Elektrode 2, die zur Herstellung einer Batterie gemäß beispielsweise der 1 genutzt werden kann. Die Elektrode 2 umfasst neben dem Substrat 7 und dem Aktivmaterial 8 ein das Aktivmaterial 8 umgebendes Schutzmaterial 9. Das Schutzmaterial 9 ist derart gewählt, dass sich dieses - nach dem Einbringen der Elektrode 2 als Teil des ESV 1 in die Umhüllung 4 - auflöst, wobei dieses Auflösen gezielt durch ein Erwärmen und/oder durch den Kontakt mit einem als Elektrolyt der Batterie vorgesehenen Medium realisiert wird. Das als Elektrolyt vorgesehene Medium wird erst nach dem ESV 1 in die Umhüllung 4 eingebracht und dabei in Kontakt mit nicht nur den damit zu tränkenden Separatoren 3 sondern auch mit den Elektroden 2 und damit mit dem Schutzmaterial 9 der Elektroden 2 gebracht. Ein Erwärmen der Elektroden 2 und auch der Separatoren 3 nach dem Einbringen des ESV 1 in die Umhüllung 4 kann im Rahmen der Herstellung einer Batterie vorgesehen sein, um diese Komponenten abschließend zu trocknen. Die Umhüllung 4 kann dabei noch nicht vollständig verschlossen sein.
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Ein Auflösen des Schutzmaterials 9 durch gezieltes Erwärmen (thermisches Auflösen) und/oder durch einen Kontakt mit dem als Elektrolyt vorgesehenen Medium kann folglich ohne relevanten Zusatzaufwand durchgeführt werden. Gleichzeitig weist das Schutzmaterial 9 den Vorteil auf, dass zumindest eine Anforderung an mindestens eine Prozessatmosphäre, der die Elektroden 2 zumindest vor dem Einbringen in die Umhüllung 4 der Batterie und gegebenenfalls auch noch zeitweise danach ausgesetzt sind, reduziert werden können. Dies gilt insbesondere hinsichtlich der Taupunkttemperatur dieser Prozessatmosphäre, die höher sein kann, als dies bei Elektroden ohne erfindungsgemäßes Schutzmaterial erforderlich wäre, weil das Schutzmaterial 9 eine Aufnahme von Feuchtigkeit, die aus der Prozessatmosphären abgesondert wurde, verhindern oder zumindest verringern kann.
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Die 3 zeigt die Herstellung eines Elektrodenhalbzeugs 10 als Endlosmaterial. Dabei ist vorgesehen, dass ein Substrat 7 des Elektrodenhalbzeugs 10, das als Endlosmaterial aufgewickelt auf einer Rolle bereitgestellt wird (Endlos-Substrat), in einem kontinuierlichen Prozess zumindest einseitig (wie dargestellt), vorzugsweise beidseitig, mit dem Aktivmaterial 8 beschichtet wird, wobei jeweils ein Randabschnitt des Endlos-Substrats 7 unbeschichtet verbleibt. Das Beschichten kann gemäß der 3 dadurch realisiert werden, dass eine Suspension mit dem Aktivmaterial 8 in einer definierten Schichtdicke auf eine oben liegende Seite des Endlos-Substrats 7 aufgebracht und anschließend in einer Erwärmungszone 11 getrocknet wird, wobei einerseits eine ausreichende Festigkeit des Aktivmaterials 8 und andererseits eine ausreichend sichere stoffschlüssige Verbindung des Aktivmaterials 8 mit dem Endlos-Substrat 7 realisiert wird. Daran anschließend wird das Schutzmaterial 9 in einer definierten Schichtdicke auf die freie, d.h. von dem Endlos-Substrat 7 abgewandte Seite des Aktivmaterials 8 aufgebracht und, soweit erforderlich, ausgehärtet. Sofern eine beidseitige Beschichtung des Endlos-Substrats 7 mit dem Aktivmaterial 8 vorgesehen ist, kann sich an den in der 3 dargestellten Prozess der einseitigen Beschichtung ein entsprechender Prozess anschließen, bei dem die andere Seite des Endlos-Substrats 7 mit dem Aktivmaterial 8 beschichtet wird. Alternativ kann auch eine gleichzeitige beidseitige Beschichtung, beispielsweise furch ein Aufsprühen des Schutzmaterials 9, vorgesehen sein.
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Sämtliche der Verfahrensschritte, bei denen das Aktivmaterial 8 noch nicht durch das Schutzmaterial 9 geschützt ist, werden unter einer definierten ersten Prozessatmosphäre 12 durchgeführt, die insbesondere hinsichtlich der Taupunkttemperatur eine höhere Anforderung (und damit eine niedrigere Taupunkttemperatur) als mindestens eine zweite Prozessatmosphäre hat, die bei einer Herstellung einer Batterie unter Verwendung von Elektroden 2, die durch ein Zuschneiden des Elektrodenhalbzeugs 10 bereitgestellt wurden, vorliegen. Demnach sind bei einer solchen Herstellung einer Batterie lediglich bei der Herstellung der Elektroden 2 beziehungsweise der (für die Anoden 2a und die Kathoden 2b der Batterie unterschiedlichen) Elektrodenhalbzeuge 10 besonders hohe Anforderungen an die Prozessatmosphäre gestellt. Dadurch kann insbesondere der Energie- und damit der Kostenaufwand für die Herstellung der Batterie relativ gering gehalten werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- ESV
- 2
- Elektrode
- 2a
- Anode
- 2b
- Kathode
- 3
- Separator
- 4
- Umhüllung
- 5
- Batteriepol
- 5a
- erster Batteriepol
- 5b
- zweiter Batteriepol
- 6
- Ableiterfahne
- 7
- Substrat
- 8
- Aktivmaterial
- 9
- Schutzmaterial
- 10
- Elektrodenhalbzeug
- 11
- Erwärmungszone
- 12
- erste Prozessatmosphäre
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- CN 111293316 B [0007]
- JP 2020021731 A2 [0008]
- US 20110143195 A1 [0009]
