DE102022205629B3 - Verfahren zur Fertigung einer Anode für eine Lithium-Ionen-Batteriezelle - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung einer Anode für eine Lithium-Ionen-Batteriezelle, die aus einer Kupfer-Trägerfolienbahn (3) aufgebaut ist, die mit einer Anodenbeschichtung beschichtet ist, in welchem Verfahren die noch unbeschichtete Kupfer-Trägerfolienbahn (3) einer Elektrodenfertigung unterzogen wird, um die Anode zu bilden. Erfindungsgemäß wird unmittelbar zum Start der Elektrodenfertigung eine Oberflächenbehandlung durchgeführt, bei der die Kupfer-Trägerfolienbahn (3) in Kontakt mit einem Reduktionsmittel (8), etwa einem Alkohol oder Aldehyd, gebracht wird, um eine Kupferoxidschicht der Kupfer-Trägerfolienbahn (3) zu reduzieren.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung einer Anode für eine Lithium-Ionen-Batteriezelle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie nach dem Oberbegriff des Anspruches 4.
  • Ein Verfahren zur Fertigung einer Anode für eine Lithium-lonen-Batteriezelle weist die folgenden Prozessschritte auf: Beschichten, bei dem eine Kupfer-Trägerfolienbahn mit einer Anodenbeschichtung beschichtet wird; Trocknen, bei dem die beschichtete Kupfer-Trägerfolienbahn einen Trockner durchläuft, um die Anodenbeschichtung zu trocknen; Kalandrieren, bei dem die Porosität der Anodenbeschichtung eingestellt wird; Schneiden, bei dem an der beschichteten Kupfer-Trägerfolienbahn Schneidoperationen durchgeführt werden; Vakuumtrocknen, bei dem die beschichtete Kupfer-Trägerfolienbahn in einem Vakuumofen gelagert wird, wobei der Anodenbeschichtung Feuchtigkeit und Lösemittel entzogen werden. Anschließend folgt gegebenenfalls ein finaler Zuschnitt, bei dem aus der Kupfer-Trägerfolienbahn die Anode vereinzelt wird. Die fertiggestellten Anoden werden zusammen mit Separatoren und Kathoden zu einer Elektroden-/Stapelanordnung zusammengefügt, die in einem Zellgehäuse der Lithium-lonen-Batteriezelle eingebaut wird.
  • Die Kathoden und Anoden in einer Lithium-Ionen-Zelle sind normalerweise aus zwei verschiedenen Metallfolien ausgebildet. Deren Aufgabe besteht darin, den Strom zu sammeln. Die negative Elektrode besteht aus einer Kupferfolie und Graphit; die positive Elektrode besteht aus einer Aluminiumfolie, die mit Kathodenmaterial beschichtet ist. Die elektrochemischen Eigenschaften von Kupfer sind ein wichtiger Grund für seine Verwendung. Eine wichtige Anforderung an die Anode besteht darin, im Betrieb elektrochemisch stabil zu bleiben. Diese Anforderungen werden von reinem Kupfer sehr gut erfüllt. Kupfer hat mit 58 MS/m die zweithöchste elektrische Leitfähigkeit aller metallischen Werkstoffe (nach Silber). Sein positives elektrochemisches Potenzial führt zu einer guten Korrosionsbeständigkeit.
  • Kupfer bildet jedoch zum Beispiel während der Lagerung eine Oxidschicht. Bei der Anodenfertigung ist eine Kupferfolie mit geringerer Oxidschicht im Hinblick auf eine einwandfreie Anodenbeschichtung vorzuziehen. Verunreinigungen im Kupfer verringern die Lebensdauer von Lithium-Ionen-Batterien. Rückstände aus der Produktion wie Öle und Fette (RA-Kupfer) sind nicht akzeptabel. Zudem weist Kupferoxid - im Vergleich zu reinem Kupfer - eine stark reduzierte Leitfähigkeit auf. Dies bedeutet, dass bei einer mit Kupferoxid überzogenen Kupfer-Trägerfolienbahn nicht die volle Leitfähigkeit von Kupfer nutzbar ist. Je größer die Oxidschicht, desto mehr Rückstände sammeln sich an, was zu einer Verschlechterung der Leitfähigkeit der Kupferfolie führt. Durch die Oxidschicht wird auch die Haftung der Anodenbeschichtung geschwächt, was eine Delaminierung der Anodenbeschichtung begünstigt. Derzeit wird Wasser als Lösungsmittel für den Anoden-Slurry verwendet, das im Vergleich zu NMP-Lösungsmittel ohnehin weniger Haftung und Schälfestigkeit verleiht. Kupferoxid führt zu zusätzlichen Haftungsproblemen. Durch das Vorhandensein von Wasser und die hohe Trocknungstemperatur entsteht eine stärkere Oxidschicht auf dem Kupfersubstrat.
  • Ferner besteht folgende Problematik: Um den Elektronentransfer zwischen der Kupferfolie und dem aktiven Anodenmaterial zu erhöhen, wird eine dünne Beschichtung aus leitfähigem Kohlenstoff auf die Kupferfolie aufgebracht. Diese leitfähige Kohlenstoffbeschichtung muss fest auf der Kupferfolie haften. Die Kohlenstoffbeschichtung wird auch Primer genannt. Eine Kupferoxidschicht schwächt die Haftung zwischen der Kupferfolie und dem Primer und führt zu einer Delamination, die den Widerstand für die Elektronenübertragung erhöht. Von daher muss der Primer mit größerer Schichtstärke aufgetragen werden, um den Leitfähigkeitsverlust auszugleichen.
  • Zudem besteht die folgend Problematik: Bei einer Anodenbeschichtung ohne Primer ist es wichtig, dass das aktive Material (Graphit + Bindemittel + leitfähiger Kohlenstoff) fest auf der Kupferfolie haftet. Andernfalls kommt es beim Zusammenbau der Zelle oder bei der Ausdehnung/Kontraktion der Graphitbeschichtung während des Ladens und Entladens zu einer Delaminierung. Diese Delamination kann dazu führen, dass sich Graphitpartikel innerhalb der Zelle frei bewegen und einen Kurzschluss verursachen können. Die Oxidschicht auf dem Kupfersubstrat kann das Problem der Delaminierung verstärken. Um Delaminierung zu vermeiden, wird der Zusammensetzung des aktiven Anodenmaterials ein Binderanteil hinzugefügt. Der Binder ist ein nicht aktives Material, das nicht zur Energie in der Zelle beiträgt.
  • Ferner kann das auf der Kupferfolie vorhandene Kupferoxid eine gute Schweißnahtbildung bei der Zellassemblierung verhindern. Beim Ultraschallschweißen ist eine oxid- und fettfreie Oberfläche erforderlich. Das bedeutet, dass mehr Reibungskontakt erforderlich ist, um diese Oxidschicht aufzubrechen. Dies kann dazu führen, dass die Kupfer-Trägerfolienbahn Risse bekommt. Laserschweißen ist eine weitere Alternative. Der Laser benötigt mehr Energie, um die Kupferoxidschicht zu schmelzen.
  • Aus der DE 10 2011 011 154 A1 ist ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung von Elektroden bekannt. Aus der CN 1 01 685 853 A und aus der WO 2021/ 091 250 A1 sind weitere Verfahren zur Herstellung von Elektroden bekannt. Aus der CN 1 08 110 258 B ist ein Verfahren zur Fertigung einer Anode für eine Lithium-lonen-Batteriezelle bekannt. Die Anode weist eine Kupferfolie auf, die mit einer speziellen dreidimensionalen Oberflächenstruktur ausgebildet ist.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Fertigung einer Anode für eine Lithium-lonen-Batteriezelle bereitzustellen, bei dem die Funktionsfähigkeit der Anode im Vergleich zum Stand der Technik in einfacher Weise gesteigert ist.
  • Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder des Anspruches 4 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
  • Die Erfindung geht von einem Verfahren zur Fertigung einer Anode aus, die aus einer Kupfer-Trägerfolienbahn aufgebaut ist. Die Kupfer-Trägerfolienbahn der Anode ist einseitig oder beidseitig mit einer Anodenbeschichtung beschichtet. In dem Verfahren wird die noch unbeschichtete Kupfer-Trägerfolienbahn einer Elektrodenfertigung unterzogen, wodurch die Anode gebildet wird. Erfindungsgemäß wird unmittelbar zum Start der Elektrodenfertigung eine Oberflächenbehandlung durchgeführt. Bei der Oberflächenbehandlung wird die Kupfer-Trägerfolienbahn in Kontakt mit einem Reduktionsmittel, etwa einem Alkohol oder einem Aldehyd, gebracht. Auf diese Weise kann eine Kupferoxidschicht der Kupfer-Trägerfolienbahn reduziert werden.
  • Die Erfindung wird in folgende Schritte unterteilt: Die noch unbeschichtete Kupfer-Trägerfolienbahn wird durch eine Lösung aus Alkohol und Wasser geleitet, die Kupferoxid zu Kupfer reduziert. Alkohol wird zu Aldehyd oxidiert. Dieser wird dann reduziert, um wieder Alkohol zu erzeugen, der abermals einsetzbar ist.
  • Nach Durchführung von Schneidoperationen (zum Beispiel dem Notching-Prozess) werden Coils der beschichteten Kupfer-Trägerfolienbahn in ein Magazin gelegt und dann im Vakuumofen getrocknet, um die Feuchtigkeit zu entfernen. Im ersten Zyklus der Vakuumtrocknung werden Dämpfe von trockener Luft mit Alkohol eingeleitet. Dadurch werden alle Spuren von Kupferoxid und Fett auf dem unbeschichteten Bereich der Kupfer-Trägerfolienbahn (d.h. dem Stromabnehmerbereich) entfernt. Das hierbei entfernte Kupferoxid kann sich insbesondere während einer prozesstechnisch vorgeschalteten Lagerung der Coils bilden.
  • Alkohol wirkt als Reduktionsmittel. Nach dem ersten Zyklus werden diese Dämpfe abgesaugt und der restliche Trocknungszyklus unter Vakuum durchgeführt. Nach dem Trocknungszyklus werden die Elektroden in der Zelle in einer feuchtigkeitsfreien Atmosphäre montiert. Auf diese Weise ist die Wahrscheinlichkeit der Oxidbildung geringer. Die Oxidbildung beeinträchtigt daher nicht das Ultraschall- oder Laserschweißen des Anoden-Stromabnehmers und verleiht der Anode höchste Leitfähigkeit.
  • Die Siedetemperatur von reinem Ethanol liegt bei 78,2°C. Wasser und Ethanol und alle Mischungen davon verdampfen vollständig, ohne zu sieden, wenn genügend Zeit vergeht. Wasser und Ethanol bilden ein positives Azeotrop, das zu 95,6% aus Ethanol und zu 4,4% aus Wasser besteht und bei 78,2°C siedet. Flüssiges Ethanol kann durch fraktionierte Destillation aus einem Gemisch aus Ethanol und Wasser abgetrennt werden. Diese Methode funktioniert, weil die Flüssigkeiten im Gemisch unterschiedliche Siedepunkte haben. Wenn das Gemisch erhitzt wird, verdampft die eine Flüssigkeit vor der anderen. Es ist wichtig, die Dämpfe während des Trocknungsvorgangs aufzufangen, da sie explosiv sind, wenn deren Konzentration in der Luft steigt. Die Dämpfe tragen zur Beschleunigung des Oxidationsprozesses bei. Für Ethanol ist eine Temperatur von 70-75°C ausreichend. Es ist auch möglich, reines Ethanol zu erhalten und die Reduktion bei Raumtemperatur durchzuführen. Das eigentliche Nebenprodukt der Oxidation ist Wasser. Daher wird Ethanol nach einiger Zeit ohnehin mit Wasser verdünnt sein. Wenn die Konzentration des Ethanols um mehr als 95% sinkt, wird der Behälter geleert und mit neuer Lösung gefüllt. Es gibt einen ständigen Zu- und Abfluss von Lösung innerhalb und außerhalb des Tanks oder Tauchbads.
  • CuO kann primäre Alkohole zu Aldehyden oxidieren, wie aus der nachfolgenden Reaktionsgleichung hervorgeht. Im Falle von Ethanol entsteht als Aldehyd Ethanal. Bei weiterer Oxidation entsteht eine Carbonsäure (hier Ethansäure). Das bedeutet, dass nicht nur Ethanol, sondern auch Ethanal dazu beiträgt, Kupferoxid zu reduzieren.
    Figure DE102022205629B3_0001
  • Anstelle von Ethanol kann auch Propanol oder n-Butanol verwenden werden. Diese weisen einen höheren Siede- und Verdampfungspunkt auf. Alkohol hat auch die Eigenschaft, lipophil zu sein, d. h. er löst auch Fett und reinigt die Fettoberfläche. Propanol wird außerdem in ein Aldehyd umgewandelt, das wiederum als Reduktionsmittel wirkt. In ähnlicher Weise können sekundäre Alkohole zu Ketonen oxidiert werden. In diesem Fall ist keine weitere Oxidation möglich. Daher werden andere höherkettige Alkohole weniger bevorzugt.
  • Bei normaler Lagerung unter Raumbedingungen kann sich auf der Oberfläche der Kupfer-Trägerfolienbahn Kupferoxid bilden. Bevorzugt wird die erfindungsgemäße Oberflächenbehandlung unmittelbar in der Beschichtungsstation durchgeführt, in der die Kupfer-Trägerfolienbahn mit dem Anoden-Slurry beschichtet wird. In diesem Fall wird die Kupfer-Trägerfolienbahn in der Beschichtungsstation abgewickelt und durchläuft diese zunächst ein Tauchbad mit Reduktionsmittel, das hauptsächlich aus Alkohol und Aldehyd besteht, so dass die Kupfer-Trägerfolienbahn frei von Kupferoxid wird. Nebenprodukte der Reaktion sind Wasser und Aldehyd, die in die Alkohollösung gelangen und diese verdünnen. Aldehyd ist auch ein Reduktionsmittel und hilft bei der Reduktion von Kupferoxid durch Umwandlung in Carbonsäure. Zur Aufrechterhaltung der Konzentration wird in das Bad kontinuierlich Alkohol zugegeben. Verdünnter Alkohol wird durch Reduktion unter Wasserstoff wieder in den Kreislauf zurückgeführt, so dass wieder Alkohol entsteht. Um den Anteil des Alkoholdampfes in der Luft unter der Explosionsgrenze zu halten, werden die Alkoholdämpfe kontinuierlich durch die Absaugung des Ventilators abgesaugt und anschließend wieder zurückgeführt. Optional kann die Oberfläche auch mechanisch gereinigt oder gebürstet werden, um Oxid und Schmutz zu entfernen.
  • Nach dem Reduktionsprozess wird die Kupfer-Trägerfolienbahn mit dem Anoden-Slurry beschichtet und anschließend kalandriert und auf die endgültige Elektrodengröße zugeschnitten. Normalerweise werden die Anoden-Coils bzw. die fertiggestellten Anoden in einem Lagerraum aufbewahrt, bevor sie in die Zelle eingebaut werden. Hier besteht die Gefahr, dass sich auf dem unbeschichteten Anoden-Stromabnehmerbereich ein Kupferoxid bildet. Um diese Oxidschicht zu entfernen, wird ein zweiter Reduktionsprozess im Vakuumtrockner durchgeführt. Hier werden zunächst Alkoholdämpfe über die Anoden-Coils oder die zugeschnittenen Anoden geleitet. Diese Alkoholdämpfe entfernen Oxid und Fett. Danach wird die Anode im nächsten Zyklus im Vakuumtrockner getrocknet. Wenn die Anode kurz nach ihrer Herstellung getrocknet wird und keine Verunreinigungsgefahr besteht, ist ein zweiter Reduktionsprozess nicht erforderlich.
  • Als Reduktionsmittel für den ersten und zweiten Zyklus kommen bevorzugt Ethanol und Propanol sowie deren Aldehyde zum Einsatz. Dieser Reduktionsprozess wird nur für die Anode verwendet, da Kupferoxid durch Reduktionsmittel sehr leicht reduziert werden kann.
  • Die Vorteile der Erfindung sind nachfolgend stichpunktartig aufgelistet: Reinigung der Kupferoxidschicht, die eine wesentlich geringere Leitfähigkeit aufweist; gesteigerte Adhäsion der Anoden-Beschichtung, daher keine Gefahr der Delamination; gesteigerte Stromabnehmerschweißung, da Kupferoxid und Fett beseitigt ist. Auf diese Weise entsteht mehr metallischer Kontakt beim Festkörperschweißen, wie beim Ultraschallschweißen. Beim Laserschweißen ist der Energiebedarf geringer. Es ist keine teure Verpackung der Coils und der Lagerbedingungen erforderlich.
  • Das Kupferoxid kann bevorzugt nicht nur vor der Beschichtung, sondern auch ein zweites Mal vor der Zellassemblierung entfernt werden. Auf diese Weise ist es möglich, die Anode über einen längeren Zeitraum im Lagerbereich unter normalen atmosphärischen Bedingungen zu halten. Zudem ist weder eine Primer-Beschichtung erforderlich noch ein leitfähigerer Kohlenstoff zur Erhöhung der Anodenleitfähigkeit. Das Reduktionsmittel kann recycelt werden, indem es eine Reduktionskammer durchläuft. Auf diese Weise kann der Alkohol wieder verwendet werden. Die erste Oberflächenbehandlung wird bevorzugt als Teil der erweiterten Beschichtung in der Beschichtungsstation durchgeführt. Die zweite Oberflächenbehandlung wird bevorzugt in der Vakuumtrocknung durchgeführt. Daher ist keine separate Maschine erforderlich.
  • Zudem kann Hochtemperatur-Wasserdampf zum Trocknen der Anode während der Beschichtung verwenden werden, ohne dass die Gefahr einer übermäßigen Oxidbildung besteht. Eine trockene Beschichtung ist möglich, da die Haftung der Anodenbeschichtung auf der unbehandelten Kupferoberfläche auch ohne Lösungsmittel besser ist.
  • Lithium kann während des Ladevorgangs Kupferoxid reduzieren, was zur Bildung von Lithiumoxid führt. Dies kann zu einer verringerten Kapazität durch irreversiblen Lithiumverlust führen. Da die Oxidschicht vorher gereinigt wird, gibt es keinen irreversiblen Verlust von Lithium.
  • Nachfolgend werden wesentliche Erfindungsaspekte nochmals im Einzelnen hervorgehoben: So erfolgt in einer technischen Umsetzung die Oberflächenbehandlung in einem Tauchbad, das mit dem Reduktionsmittel gefüllt ist. Die Kupfer-Trägerfolienbahn wird über eine Behandlungsstrecke kontinuierlich durch das Tauchbad geführt. Unmittelbar nach der Oberflächenbehandlung startet die Elektrodenfertigung. Diese weist die folgenden Prozessschritte auf: Beschichten, bei dem die Kupfer-Trägerfolienbahn mit einer Anodenbeschichtung beschichtet wird; Trocknen, bei dem die beschichtete Kupfer-Trägerfolienbahn einen Trockner durchläuft, um die Anodenbeschichtung zu trocknen; Kalandrieren, bei dem die Porosität der Anodenbeschichtung der beschichteten Kupfer-Trägerfolienbahn eingestellt wird; Schneiden, bei dem an der beschichteten Kupfer-Trägerfolienbahn Schneidoperationen durchgeführt werden; und Vakuumtrocknen, bei dem die beschichtete Kupfer-Trägerfolienbahn in einem Vakuumofen gelagert wird, wobei Feuchtigkeit und/oder Lösemittel aus der Anodenbeschichtung der Kupfer-Trägerfolienbahn gezogen werden.
  • Alternativ und/oder zusätzlich zum ersten Reduktionsprozess, der während der vorgenannten Oberflächenbehandlung erfolgt, trifft die Erfindung auch den nachfolgend beschriebenen zweiten Reduktionsprozess, der vor dem Vakuumtrocknen durchgeführt wird. Im zweiten Reduktionsprozess wird die beschichtete Kupfer-Trägerfolienbahn in Kontakt mit einem Reduktionsmittel, etwa Alkohol oder Aldehyd, gebracht, um eine Kupferoxidschicht zu reduzieren, die sich im Laufe der vorangegangenen Prozessschritte auf unbeschichteten Bereichen der Kupfer-Trägerfolienbahn gebildet hat. Der zweite Reduktionsprozess erfolgt fertigungstechnisch bevorzugt unmittelbar im Vakuumofen. Zur Durchführung des zweiten Reduktionsprozesses wird das Reduktionsmittel bevorzugt in dampfförmiger Phase in den Vakuumofen eingeleitet. Auf diese Weise werden Fettablagerungen sowie die Kupferoxidschicht von der Kupfer-Trägerfolienbahn entfernt. Nach Durchführung des zweiten Reduktionsprozesses startet im Vakuumofen das eigentliche Vakuumtrocknen.
  • Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
  • Es zeigen:
    • 1 in einem Blockschaltdiagramm eine Prozessabfolge zur Fertigung einer Anode für eine Lithium-lonen-Batteriezelle;
    • 2 eine Ansicht, anhand der ein erster Reduktionsprozess veranschaulicht ist; und
    • 3 eine Ansicht, anhand der ein zweite Reduktionsprozess veranschaulicht ist.
  • In der 1 sind in einem Blockschaltdiagramm die Prozessschritte zur kontinuierlichen Serienfertigung einer Anode für eine Lithium-lonen-Batteriezelle angedeutet. Demnach wird zunächst eine noch unbeschichtete Kupfer-Trägerfolienbahn 3 bereitgestellt, die auf einer Rolle 1 (nachfolgend auch als Coil bezeichnet) aufgewickelt ist. Die noch unbeschichtete Kupfer-Trägerfolienbahn 3 (2) wird von der Rolle 1 abgewickelt und einem ersten Reduktionsprozess zugeführt, der später anhand der 2 beschrieben ist. Anschließend erfolgt ein Beschichten, bei dem ein Anoden-Slurry einseitig oder beidseitig auf die Kupfer-Trägerfolienbahn 3 beschichtet wird, und zwar unter Bildung einer Anodenbeschichtung. Die noch nasse Anodenbeschichtung wird in einem Trocknungsprozess getrocknet, bei dem die beschichtete Kupfer-Trägerfolienbahn 3 einen Schwebebahntrockner durchläuft. In dem Schwebebahntrockner wird die beschichtete Kupfer-Trägerfolienbahn 3 mit Heißluft beaufschlagt.
  • Nach dem Trocknen wird ein Kalandrieren durchgeführt, bei dem die Porosität der Anodenbeschichtung eingestellt wird. Im Anschluss daran wird ein Schneidprozess durchgeführt, bei dem an der beschichteten Kupfer-Trägerfolienbahn 3 Schneidoperationen durchgeführt werden. Im weiteren Prozessverlauf folgt ein später, anhand der 3 beschriebener zweiter Reduktionsprozess, dem ein Vakuumtrocknen nachgelagert ist. Beim Vakuumtrocknen wird die beschichtete Kupfer-Trägerfolienbahn 3 in Form von aufgewickelten Coils 9 in einem Vakuumofen 5 (3) gelagert, wobei der Anodenbeschichtung der Kupfer-Trägerfolienbahn 3 Feuchtigkeit und Lösemittel entzogen wird.
  • Danach folgt gegebenenfalls ein finaler Anoden-Zuschnitt, bei dem zum Beispiel Anoden als Einzelblätter aus der Kupfer-Trägerfolienbahn 3 zugeschnitten werden. Die Anoden werden anschließend in einer Zellassemblierung zusammen mit Kathoden und Separatoren zu einer Elektroden-/Separatoranordnung zusammengefügt, die in einem Zellgehäuse der Lithium-Ionen-Batteriezelle eingebaut wird.
  • Ein Kern der Erfindung beruht auf dem ersten Reduktionsprozess, der gemäß der 2 eine Oberflächenbehandlung ist. Die Oberflächenbehandlung erfolgt unmittelbar vor dem Beschichten. Hierzu wird die noch unbeschichtete Kupfer-Trägerfolienbahn 3 mittels Transferwalzen 6 durch ein Tauchbad 7 geführt, das mit einem Reduktionsmittel 8, etwa Alkohol oder Aldehyd, gefüllt ist. In dem Tauchbad 7 erfolgt eine Reduktion, bei der eine Kupferoxidschicht von der Kupfer-Trägerfolienbahn 3 zu Kupfer reduziert wird. Unmittelbar nach der in der 2 gezeigten Oberflächenbehandlung wird die Kupfer-Trägerfolienbahn 3 dem Beschichten zugeführt.
  • Ein weiterer Kern der Erfindung besteht in dem zweiten Reduktionsprozess, der vor dem Vakuumtrocknen durchgeführt wird. Der zweite Reduktionsprozess findet unmittelbar im Vakuumtrockner 5 statt. Gemäß der 3 sind die Coils 9 von aufgewickelten Kupfer-Trägerfolienbahnen 3 im Trockenraum des Vakuumofens 5 gelagert. Vor dem eigentlichen Vakuumtrocknen wird ein Reduktionsmittel 10, etwa Alkohol oder Aldehyd, in dampfförmiger Phase in den Trockenraum des Vakuumofens 5 eingeleitet. Auf diese Weise werden Fettablagerungen sowie eine Kupferoxidschicht entfernt, die sich im Laufe der vorangegangenen Prozessschritte auf die unbeschichteten Bereiche der Kupfer-Trägerfolienbahn 3 (d.h. auf die Anoden-Stromabnehmer) gebildet haben.
  • Bezugszeichenliste
    • 1
    Rolle bzw. Coil
    3
    Kupfer-Trägerfolienbahn
    5
    Vakuumofen
    6
    Transferwalzen
    7
    Tauchbad
    8
    flüssiges Reduktionsmittel
    9
    Coils
    10
    gasförmiges Reduktionsmittel

Claims (5)

  1. Verfahren zur Fertigung einer Anode für eine Lithium-lonen-Batteriezelle, die aus einer Kupfer-Trägerfolienbahn (3) aufgebaut ist, die mit einer Anodenbeschichtung beschichtet ist, in welchem Verfahren die noch unbeschichtete Kupfer-Trägerfolienbahn (3) einer Elektrodenfertigung unterzogen wird, um die Anode zu bilden, wobei unmittelbar zum Start der Elektrodenfertigung eine Oberflächenbehandlung durchgeführt wird, bei der die Kupfer-Trägerfolienbahn (3) in Kontakt mit einem Reduktionsmittel (8), etwa einem Alkohol oder Aldehyd, gebracht wird, um eine Kupferoxidschicht der Kupfer-Trägerfolienbahn (3) zu reduzieren, wobei die Elektrodenfertigung mit einem Beschichten startet, bei dem die Kupfer-Trägerfolienbahn (3) mit einer Anodenbeschichtung beschichtet wird, und wobei nach dem Beschichten im weiteren Prozessverlauf die folgenden Prozessschritte durchgeführt werden: - Trocknen, bei dem die beschichtete Kupfer-Trägerfolienbahn (3) einen Trockner durchläuft, um die Anodenbeschichtung zu trocknen; - Kalandrieren, bei dem die Porosität der Anodenbeschichtung der beschichteten Kupfer-Trägerfolienbahn (3) eingestellt wird; - Schneiden, bei dem an der beschichteten Kupfer-Trägerfolienbahn (3) Schneidoperationen durchgeführt werden; und - Vakuumtrocknen, bei dem die beschichtete Kupfer-Trägerfolienbahn (3) in einem Vakuumofen (5) gelagert wird, wobei der Anodenbeschichtung der Kupfer-Trägerfolienbahn (3) Feuchtigkeit und/oder Lösemittel entzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Vakuumtrocknen ein weiterer Reduktionsprozess durchgeführt wird, in dem die beschichtete Kupfer-Trägerfolienbahn (3) in Kontakt mit einem Reduktionsmittel (10), etwa einem Alkohol oder Aldehyd, gebracht wird, um eine Kupferoxidschicht zu reduzieren, die sich auf unbeschichteten Bereichen der Kupfer-Trägerfolienbahn (3) gebildet hat.
  2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenbehandlung in einem Tauchbad (7) erfolgt, das mit dem Reduktionsmittel (8) gefüllt ist, und dass die Kupfer-Trägerfolienbahn (3) über eine Behandlungsstrecke kontinuierlich durch das Tauchbad (7) geführt wird.
  3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Reduktionsprozess im Vakuumofen (5) erfolgt, und dass zur Durchführung des Reduktionsprozesses das Reduktionsmittel (10) in dampfförmiger Phase in den Vakuumofen (5) eingeleitet wird, wodurch Fettablagerungen sowie die Kupferoxidschicht von der Kupfer-Trägerfolienbahn (3) entfernt werden, und dass insbesondere nach erfolgtem Reduktionsprozess das Vakuumtrocknen im Vakuumofen (5) startet.
  4. Verfahren zur Fertigung einer Anode für eine Lithium-lonen-Batteriezelle, die aus einer Kupfer-Trägerfolienbahn (3) aufgebaut ist, die mit einer Anodenbeschichtung beschichtet ist, in welchem Verfahren die noch unbeschichtete Kupfer-Trägerfolienbahn (3) einer Elektrodenfertigung unterzogen wird, die die folgenden Prozessschritte aufweist: - Beschichten, bei dem die Kupfer-Trägerfolienbahn (3) mit einer Anodenbeschichtung beschichtet wird; - Trocknen, bei dem die beschichtete Kupfer-Trägerfolienbahn (3) einen Trockner durchläuft, um die Anodenbeschichtung zu trocknen; - Kalandrieren, bei dem die Porosität der Anodenbeschichtung der beschichteten Kupfer-Trägerfolienbahn (3) eingestellt wird; - Schneiden, bei dem an der beschichteten Kupfer-Trägerfolienbahn (3) Schneidoperationen durchgeführt werden; und - Vakuumtrocknen, bei dem die beschichtete Kupfer-Trägerfolienbahn (3) in einem Vakuumofen (5) gelagert wird, wobei der Anodenbeschichtung der Kupfer-Trägerfolienbahn (3) Feuchtigkeit und/oder Lösemittel entzogen wird, dadurch gekennzeichnet, dass vor dem Vakuumtrocknen ein weiterer Reduktionsprozess durchgeführt wird, in dem die beschichtete Kupfer-Trägerfolienbahn (3) in Kontakt mit einem Reduktionsmittel (10), etwa einem Alkohol oder Aldehyd, gebracht wird, um eine Kupferoxidschicht zu reduzieren, die sich auf unbeschichteten Bereichen der Kupfer-Trägerfolienbahn (3) gebildet hat.
  5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Reduktionsprozess im Vakuumofen (5) erfolgt, und dass zur Durchführung des Reduktionsprozesses das Reduktionsmittel (10) in dampfförmiger Phase in den Vakuumofen (5) eingeleitet wird, wodurch Fettablagerungen sowie die Kupferoxidschicht von der Kupfer-Trägerfolienbahn (3) entfernt werden, und dass insbesondere nach erfolgtem Reduktionsprozess das Vakuumtrocknen im Vakuumofen (5) startet.
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