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Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Fertigung einer Elektrode für insbesondere eine Lithium-lonen-Batteriezelle nach dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie eine Prozessanordnung nach Anspruch 10.
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In einem gattungsgemäßen Fertigungsverfahren werden in einem kontinuierlichen Prozess die folgenden Prozessschritte durchgeführt: Beschichten, bei dem eine Trägerfolienbahn beidseitig mit einer Elektrodenbeschichtung beschichtet wird, wobei zumindest ein Längsrandbereich er Trägerfolienbahn unbeschichtet bleibt, aus dem insbesondere in einem späteren Prozessschritt ein Elektroden-Ableiter gebildet wird; Trocknen, bei dem die beschichtete Trägerfolienbahn einen Trockner durchläuft, um die Elektrodenbeschichtung zu trocknen; und Kalandrieren, bei dem die Porosität der Elektrodenbeschichtung der Trägerfolienbahn eingestellt wird.
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Die Elektrode einer Lithium-Ionen-Zelle weist eine Metallfolie auf, die den Strom zu sammelt. Die negative Elektrode besteht aus einer Kupferfolie und Graphit; die positive Elektrode besteht aus einer Aluminiumfolie, das mit Kathodenmaterial beschichtet ist. Das aktive Material wird derzeit auf die Trägerfolienbahn entweder getrennt auf beiden Oberflächen nacheinander oder gleichzeitig auf beiden Oberflächen (obere A- und untere B-Oberfläche) aufgebracht. Bei der gleichzeitigen Beschichtung beider Oberflächen wird die Seite A gegen die Stützwalze beschichtet. Jedoch ist bei der Beschichtung von Seite B keine Stützwalze vorgesehen. Das bedeutet, dass die Beschichtung auf der Seite B der Trägerfolienbahn ohne Stützwalze erfolgt. Nach der Beschichtung durchläuft die Elektrode einen Trocknungsprozess in einem Schwebebahntrockner. Hier ist es nicht möglich, Stützwalzen zu verwenden. Das bedeutet, dass sich die Elektrode in einer Sinuskurve bewegt. Der Hauptnachteil besteht darin, dass die Beschichtung nicht gleichmäßig getrocknet wird und auch eventuelle Falten in der Elektrode nicht gestreckt werden können. Obwohl die gleichzeitige Beschichtung einen großen Vorteil in Bezug auf den Energieverbrauch hat, wird sie bei der Massenproduktion von Elektroden weniger eingesetzt. Das Hauptproblem ist der fehlende Gegendruck der Walze während der Beschichtung der B-Oberfläche und während des Trocknungsprozesses. Normalerweise muss bei der Massenproduktion von Elektroden die Beschichtung mit 75-80 m/min erfolgen. Dies erfordert eine Trocknungslänge von etwa 60m. Derzeit hat die Elektrode keine Unterstützung für die gesamte 60m lange Trocknungszone. Zudem bewegt sich die Elektrode in einer Sinuskurve entlang der Trocknungszone.
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Bei dem aus dem Stand der Technik bekannten Kalandrieren wird der unbeschichtete Teil der Trägerbahnfolie nicht in Längsrichtung gedehnt. Darüber hinaus erfährt der unbeschichtete Teil der Trägerbahnfolie Druckspannungen in Querrichtung. Beides führt zu einer Faltenbildung im unbeschichteten Teil der Trägerbahnfolie.
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Die Dicke der derzeit hauptsächlich verwendeten Kupferfolie beträgt 10 µm. Diese Dicke wird auf der Grundlage der Prozessanforderungen und der Notwendigkeit, die Elektronen mit einem minimalen Potenzialverlust zu transportieren, festgelegt. Im Allgemeinen ist es nicht wünschenswert, dickere Kupferfolien zu verwenden, da Kupfer etwa 10% der Batteriemasse ausmacht. Es gibt jedoch Hochleistungszellen mit Kupferfolien mit einer Dicke von bis zu 18µm und andererseits Hochenergiezellen mit Folien mit einer Dicke von 8µm. Die Tendenz geht zu einem noch dünneren Kupfersubstrat wie 6µm. Dünneres Substrat bedeutet jedoch eine höhere Wahrscheinlichkeit von Faltenbildung.
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Ferner besteht folgende Problematik: Bei der Beschichtung des aktiven Materials sind geradlinige Beschichtungskanten erforderlich. Zurzeit folgt die Beschichtungskante einer Abweichung von etwa 3 mm. Auch die Schichthöhe ist an der Kante nicht konstant. Sie weist eine Spitze auf und fällt dann schräg ab. Dies kann zu Kapazitätsverlusten und einer ungleichmäßigeren Verteilung des aktiven Materials beim Kalandrieren führen. Es ist schwierig, eine scharfkantige Beschichtung an den Rändern zu erzielen, da sich die Viskosität des Slurry bei jeder Charge ändert und die Beschichtungslippe sehr temperaturempfindlich ist. Wichtig ist auch, dass zwischen der oberen und der unteren Kante der Beschichtung eine Toleranz von 0,5 eingehalten wird. Auch dies ist aus den oben genannten Gründen schwer zu erreichen.
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Aus der
US 2018/0090795 A1 ist eine Elektrodenanordnung für eine Lithium-lonen-Batteriezelle bekannt. Aus der
WO 2013/137385 A1 ist ein Verfahren zur Herstellung einer Elektrode bekannt.
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Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren sowie eine Prozessanordnung zur Fertigung einer Elektrode für eine Lithium-lonen-Batteriezelle bereitzustellen, bei der während des Fertigungsprozesses eine Faltenbildung bzw. ein Bauteilverzug in der Trägerfolienbahn im Vergleich zum Stand der Technik reduziert wird.
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Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder 10 gelöst. Bevorzugte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
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Die Erfindung geht von einem Verfahren aus, in dem in einem kontinuierlichen Prozess die folgenden Prozessschritte durchgeführt werden: Zunächst erfolgt ein Beschichten, bei dem eine Trägerfolienbahn beidseitig mit einer Elektrodenbeschichtung beschichtet wird. Dabei bleibt zumindest ein Längsrandbereich der Trägerfolienbahn unbeschichtet, aus dem bevorzugt in einem späteren Prozessschritt ein Elektroden-Ableiter gebildet wird. Anschließend erfolgt ein Trocknen, bei dem die beschichtete Trägerfolienbahn einen Trockner durchläuft, um die Elektrodenbeschichtung zu trocknen. Danach wird ein Kalandrieren durchgeführt, bei dem die Porosität der Elektrodenbeschichtung eingestellt wird. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Anspruches 1 wird zur Vermeidung einer Faltenbildung bzw. eines Bauteilverzugs in der Trägerfolienbahn die folgende Maßnahme getroffen: So wird vor dem beschichten ein Applizierschritt durchgeführt, bei dem ein Klebeband auf den Längsrandbereich der Trägerfolienbahn aufgebracht wird. Das Klebeband wird am Längsrandbereich der Trägerfolienbahn bevorzugt beidseitig aufgebracht. Auf diese Weise wird der unbeschichtete Längsrandbereich der Trägerfolienbahn mittels des Klebebands überdeckt. Das Klebeband grenzt dabei unmittelbar an die Elektrodenbeschichtung der Trägerfolienbahn an.
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Die vorliegende Idee ist in die folgenden Aspekte unterteilt: Die Bereiche, in denen der Stromabnehmer später im Notching-Prozess eingestanzt werden soll, werden mit Klebeband beschichtet. Das Klebeband ist so gewählt, dass es der Trocknungstemperatur des Beschichtungsprozesses standhält. Die Dicke des Klebebandes kann der Dicke der Beschichtung entsprechen. Im Trocknerdurchlauf befinden sich unter und über dem Klebebandbereich Stützrollen, so dass sich die Trägerbahnfolie nicht frei schwebend in Sinusform bewegt, sondern von beiden Seiten festgehalten wird.
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Die Dicke des Klebebands ist bevorzugt größer als die Dicke der Beschichtung. Daher beeinträchtigt der Kontakt mit den Bahnführungswalzen bzw. Stützwalzen während des Trocknens nicht die Elektrodenbeschichtung. Die Bahnführungswalzen können eine schraubenförmige Struktur aufweisen, die im Bereich des Bandes eine Querkraft erzeugt. Auf diese Weise werden Längsfalten gestreckt und entfernt. Anschließend erfolgt der Kalandrierprozess. Da nun der Längsrandbereich mit einem Klebeband (von gleicher oder größerer Dicke wie die Beschichtung) versehen ist, kommt die gesamte Elektrodenoberfläche mit der kalandrierten Rolle in Kontakt und wird die Trägerfolienbahn gleichmäßig gedehnt und gestaucht. Auf diese Weise entsteht keine Faltenbildung. Die Komprimierbarkeit des Klebebandes ist so ausgelegt, dass während des Kalandriervorgangs die komprimierte Dicke des Substrats mit der gewünschten Enddicke der kalandrierten Beschichtung übereinstimmt.
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Nach dem Kalandrieren wird das Klebeband vom Stromabnehmer entfernt. Nach dem Entfernen des Klebebands erhält man eine geradlinige Beschichtungskante, und zwar auch dann, wenn der Beschichtungsprozess nicht so präzise ist. Die auf dem Klebeband befindliche Elektrodenbeschichtung wird zusammen mit dem Klebeband entfernt, so dass die Beschichtungskante eine sehr gute Genauigkeit aufweist. Nach dem Ausklinken und Beschneiden werden die Elektrodenspulen in ein Magazin gelegt und dann im Vakuumofen getrocknet, um Feuchtigkeit zu entfernen. Im ersten Zyklus der Vakuumtrocknung werden Dämpfe von trockener Luft mit Alkohol eingeleitet. Dadurch werden alle Kleber- und Fettspuren auf dem Stromabnehmerbereich (die beim Zusammenfügen des Klebebands auf dem Stromabnehmerbereich entstanden sind) entfernt. Alkohol wirkt als lippophiles Lösungsmittel zur Entfernung von Siliziumklebstoffpartikeln. Nach dem ersten Zyklus werden die Alkoholdämpfe abgesaugt und der restliche Trocknungszyklus wird im Vakuum durchgeführt.
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Vor dem Stapeln können die Stromabnehmer mit leitfähigen Adhäsionsmittel-Resten zusammengefügt werden, die sich noch auf dem Längsrandbereichen befinden. Anschließend können die Elektroden-Stromableiter miteinander in laser- oder ultraschallgeschweißt werden.
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Wenn der leitfähige Klebstoff nach dem Abziehen des Bandes nicht erwünscht ist, kann er während des Vakuumtrocknungsprozesses entfernt werden. Dabei werden zunächst Ethanol-Dämpfe auf den Stromabnehmer gesprüht. Dadurch wird der Klebstoff aufgelöst. Danach kann der normale Trocknungsprozess unter Vakuum beginnen. In diesem Fall ist kein leitfähiger Klebstoff erforderlich. Man kann einen normalen Klebstoff auf Silikonbasis verwenden. Wenn nach dem Abziehen kein Klebstoff mehr auf dem Stromabnehmer vorhanden ist (z. B. wenn das Band vor der Verbindung mit dem Stromabnehmer eine Klebstoffschicht aufweist), muss dieser Klebstoff nicht entfernt werden, und der Stromabnehmer kann direkt zum Stapeln verwendet werden.
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Die Hauptunterschiede der Erfindung zum Stand der Technik sind nachfolgend aufgelistet: So ist der Stromabnehmerbereich (nachfolgend auch als Stromableiter bezeichnet) der Elektrode mit einem Klebeband beschichtet. Dieses Band besteht aus einer Mischung aus komprimierbarem Material wie Polyurathen und hochtemperaturbeständigem Material wie Silikon oder Polyamid. Das Klebeband wird durch Kleben mit leitfähigem Silikonkleber am Stromabnehmer befestigt. Das Kleben erfolgt unmittelbar vor dem Aufbringen der Nassbeschichtung auf die Elektrode. Nach dem Anbringen des Klebebandes wird die Elektrode gleichzeitig beidseitig mit Slurry beschichtet. Die Beschichtung der Oberfläche A erfolgt mit einer Schlitzdüse gegen eine Stützwalze. Die Stützwalze hat einen kleinen Versatz, um die Dicke des Bandes zu berücksichtigen. Die Beschichtung der Oberfläche B erfolgt ebenfalls mit einer Schlitzdüse gegen eine Stützwalze. Hier ist die Stützwalze nur in Kontakt mit dem Band und nicht mit der gesamten Elektrodenoberfläche. Die Banddicke ist etwa 15-20 % größer als die maximale Beschichtungsdicke. Auf diese Weise sind die Bahnführungswalzen im Trocknungsprozess Walze mit dem Klebeband in Kontakt, während die nasse Beschichtung in der Trocknungsphase nicht mit den Bahnführungswalzen in Kontakt ist. Das Klebeband kann bevorzugt einer Trocknungstemperatur von 120°C standhalten, ohne seine Festigkeit, Elastizität und Klebeeigenschaften zu verlieren. Während der Trocknungsphase wird die Elektrode von oben und unten von einer Walze gestützt, die mit dem Band in Kontakt ist. Auf diese Weise bewegt sich die Elektrode während der Trocknungsphase gerade und nicht in einer Sinusform. Während der Kalandrierungsphase drücken die Kalandrierungswalzen das Band und die Beschichtung auf die erforderliche Dicke. Das Band wird während des Kalandrierens elastisch auf die gleiche Enddicke der Beschichtung komprimiert. Nach Beendigung des Kalandrierens erhält das Band seine Dicke wieder zurück. Das auf dem Stromabnehmer befindliche Klebeband dehnt auch die Trägerfolienbahn unter dem Klebeband und verhindert so die Faltenbildung. Das Band wird nach dem Kalandrieren mit Hilfe eines Abziehwerkzeugs bzw. Ablösewerkzeugs entfernt und anschließend wieder aufgewickelt, um erneut verwendet zu werden. Vor dem Aufwickeln wird es von jeglichem aktiven Material, das während der Beschichtung daran haftet, gereinigt. Normalerweise ist das Band mit einer Teflonbeschichtung versehen, so dass aktives Material nicht fest an dem Band haften kann und mit einer Isopropanollösung oder durch mechanisches Bürsten entfernt werden kann. Leitfähiger Klebstoff, der auf dem Stromabnehmer verbleibt, kann verwendet werden, um den Stromabnehmer vor dem Laser- oder Ultraschallschweißen durch Kleben zu verbinden. Wenn leitfähiger Klebstoff nicht erwünscht ist, kann er während des Vakuumtrocknungsprozesses entfernt werden. Hier werden zunächst Ethanol-Dämpfe versprüht, die den Klebstoff auflösen. Danach kann der normale Trocknungsprozess beginnen. In diesem Fall ist kein leitfähiger Klebstoff erforderlich. Das Klebeband ermöglicht geradlinige Kanten der Beschichtung, da sich überschüssiges Material auf dem Klebeband ablagert, das nach dem Kalandrieren entfernt wird.
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Die Vorteile der Erfindung sind nachfolgend stichpunktartig aufgelistet: Eine geradlinige Beschichtungskante ist auch bei simultaner beidseitiger Beschichtung ohne hochpräzise Schlitzdüse möglich. Die simultane beidseitige Beschichtung kann mit einer Stützwalze sowohl für die A- als auch für die B-Seite erfolgen. Dadurch wird die Gleichmäßigkeit der Beschichtung verbessert. Die Trocknung der Elektrode erfolgt über eine Stützwalze bzw. Bahnführungswalze, die eine Sinuskurvenströmung der Elektrode in der Trocknungsphase verhindert. Dies trägt zu einer gleichmäßigeren Trocknung bei und ermöglicht auch eine schnellere Trocknungsgeschwindigkeit. Die Länge der Trockenkammer kann ohne Beeinträchtigung der Beschichtungsqualität erhöht werden. Während des Kalandrierens entstehen keine Falten, da Band und Beschichtung das Substrat gleichzeitig zusammendrücken und dehnen. Der Stromabnehmer ist mit Klebeband beschichtet und somit vor Oxidbildung, Schmutz- und Fettansammlungen sowie mechanischen Beschädigungen geschützt. Es kann ein Substrat mit geringerer Dicke verwendet werden. Der nach dem Abziehen des Klebebandes verbleibende Kleber kann vor dem Schweißen zum Verbinden des Stromabnehmers verwendet werden. Dadurch wird eine bessere Toleranz erreicht. Da der Klebstoff leitfähig ist, wird der Stromabnehmer nach dem Zusammenfügen eine bessere Leitfähigkeit aufweisen. Kein Auftragen einer Lösung zur Vermeidung von Faltenbildung während des Kalandrierens erforderlich. Querdehnung während der Trocknungsphase hilft, Falten während der Beschichtung zu entfernen. Die gleiche Querdehnung kann auch während des Kalandriervorgangs erfolgen, um die Elektrode zu dehnen. Das Klebeband kann wiederverwendet werden, so dass keine Kosten für zusätzliche Verbrauchsmaterialien anfallen. Das Band hat eine hohe Komprimierbarkeit und eine hohe Temperaturbeständigkeit. Das bedeutet, dass Trocknungstemperatur und Kalandrierkraft das Klebeband nicht dauerhaft beschädigen. Hohe Energieeinsparung durch gleichzeitige Beschichtung und nur eine Trocknungsphase für beide Seiten. Gleichzeitig ist die Qualität genauso gut wie bei einseitiger Beschichtung und Trocknung. Der Klebebandprozess bei der Beschichtung und das anschließende Abziehen des Klebebandes beim Kalandrieren können problemlos in Standardmaschinen integriert werden.
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Nachfolgend sind wesentliche Erfindungsaspekte nochmals im Einzelnen hervorgehoben: So kann die Dicke des Klebebands zumindest so groß bemessen sein, wie die Nassschichtdicke der Elektrodenbeschichtung. Bevorzugt ist es jedoch, wenn die Dicke des Klebebands größer bemessen ist als die Nassschichtdicke der Elektrodenbeschichtung, und zwar insbesondere um 15% bis 20% größer.
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Das Trocknen ist bevorzugt als Heißlufttrocknen realisiert, bei dem die Trägerfolienbahn über eine Trockenstelle durch eine Heißluftdüsenanordnung geführt wird. Deren Heißluftdüsen beaufschlagen die Ober- und Unterseite mit Heißluft. Erfindungsgemäß weist der Trockner bahnführungswalzen auf, die mit dem auf der Trägerfolienbahn applizierten Klebeband in Kontakt sind. Bevorzugt wird der beidseitig mit Klebeband applizierte Längsrandbereich der Trägerfolienbahn durch zumindest einen Walzenspalt eines Bahnführungswalzen-Paars geführt. Die Bahnführungswalzen bleiben dabei außer Kontakt mit der zu trocknenden Elektrodenbeschichtung. Bevorzugt kann die Trägerfolienbahn mit Bezug auf eine Bahnlängsrichtung beidseitig jeweils einen mit Klebeband applizierten Längsrandbereich aufweisen, der von den Bahnführungswalzen geführt wird.
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Das Klebeband ist wärmebeständig ausgelegt, so dass es beschädigungsfrei den Trockner durchlaufen kann.
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Beim anschließenden Kalandrieren wird die Trägerfolienbahn durch zumindest einen Walzenspalt eines Kalanderwalzen-Paars geführt. Zudem kann das Klebeband aus einem elastisch nachgiebigen Material bestehen. Beim Walzenspalt-Durchlauf wird somit das Klebeband zusammen mit der Elektrodenbeschichtung verpresst. Im Unterschied zum Stand der Technik wird daher nicht nur der beschichtete Bereich der Trägerfolienbahn, sondern auch der unbeschichtete Bereich der Trägerfolienbahn in der Bandlängsrichtung und/oder in der Bandquerrichtung gestreckt, wodurch wirkungsvoll eine Faltenbildung vermieden werden kann.
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Nach dem Kalandrieren wird das Klebeband mit einem Ablösewerkzeug von der Trägerfolienbahn entfernt.
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Das Klebeband kann über ein Adhäsionsmittel mit der Trägerfolienbahn verklebt werden. In einer bevorzugten Ausführungsvariante kann das Adhäsionsmittel elektrisch leitfähig sein. Nach dem Ablösen des Klebebands verbleiben Adhäsionsmittel-Reste auf dem unbeschichteten Längsrandbereich der Trägerfolienbahn.
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Nach dem Kalandrieren werden Schneid- und/oder Stanzprozesse durchgeführt, in denen die voneinander separaten Elektroden hergestellt werden, und zwar unter Bildung der Elektroden-Ableiter aus dem unbeschichteten Längsrandbereich der Trägerfolienbahn. Anschließend werden die Einzel-Elektroden zusammen mit Separatoren zu einem Elektroden-/Separatorstapel gestapelt. Nach dem Stapelvorgang wird ein Fügeschritt durchgeführt, bei dem sämtliche kathodenseitige Elektroden-Ableiter mit Hilfe der Adhäsionsmittel-Reste miteinander verklebt werden. Zudem werden sämtliche anodenseitige Elektroden-Ableiter mit Hilfe der Adhäsionsmittel-Reste miteinander verklebt.
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Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figuren beschrieben.
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Es zeigen:
- 1 bis 10 jeweils Ansichten, anhand derer das Verfahren zur Fertigung einer Elektrode veranschaulicht wird.
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In der 1 ist ein Elektroden-/Separatorstapel 1 gezeigt, der aus übereinandergestapelten Elektroden A, K sowie zwischengeordneten Separatoren S aufgebaut ist. Von den Elektroden A, K ragen seitlich jeweils Anoden-Stromableiter 3 sowie Kathoden-Stromableiter 5 ab, die jeweils an Fügestellen F miteinander verbunden sind. Jede der Elektroden A, K weist einen mittleren Trägerfolienbahn-Zuschnitt 7 auf, der beidseitig mit einer Elektrodenbeschichtung 9 beschichtet ist. Der Trägerfolienbahn-Zuschnitt 7 ist seitlich nach außen mit dem jeweiligen Kathoden- oder Anoden-Stromableiter 3, 5 verlängert.
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Nachfolgend wird anhand der 2 bis 10 ein Verfahren zur kontinuierlichen Fertigung einer der Elektroden A, K beschrieben. In der 2 wird eine Rolle 11 mit darauf aufgewickelter Trägerfolienbahn 13 bereitgestellt. Diese wird zunächst einem Applizierschritt (2) unterworfen. Im Applizierschritt werden auf die beiden seitlichen Längsrandbereiche 15 der Trägerfolienbahn 13 jeweils streifenförmige Klebebänder 18 aufgebracht, wie es in der 3 gezeigt ist. Die Klebebänder 18 werden an jedem Längsrandbereich 15 sowohl an der Folienoberseite als auch an der Folienunterseite appliziert. Aus den Längsrandbereichen 15 werden in einem späteren Prozessschritt die Kathoden- oder Anoden-Ableiter 3, 5 gebildet.
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Im Applizierschritt (2) wird die Trägerfolienbahn 13 durch einen Walzenspalt eines Auftragswalzenpaars 17 geführt, über das ein Adhäsionsmittel 19 auf die Längsrandbereiche 15 der Trägerfolienbahn 13 aufgetragen wird. Das Adhäsionsmittel 19 wird an der Folienoberseite sowie an der Folienunterseite jeweils von einem Reservoir 21 mittels einer Transfereinheit 23 auf die Auftragswalzen 17 transferiert. Anschließend werden die Klebebänder 18 aufgeklebt. Hierzu werden in der 2 an der Folienoberseite und an der Folienunterseite jeweils Walzenanordnungen 25 bereitgestellt, über die die Klebebänder 18 als Endlosbahnen auf die Längsrandbereiche 15 der Trägerfolienbahn 13 verklebt werden.
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Wie aus der 3 weiter hervorgeht, bleiben die Mittelbereiche der Trägerfolienbahn 13 an der Folienoberseite und an der Folienunterseite unbehandelt, das klebebandfrei. Nach dem Applizierschritt folgt ein Beschichtungsschritt (4), bei dem die Mittelabschnitte der Trägerfolienbahn 13 an der Folienoberseite und der Folienunterseite mit Hilfe von Auftragswerkzeugen 27 mit der noch viskosen Elektrodenbeschichtung 9 beschichtet werden. Die Nassschichtdicke s1 (5) der viskosen Elektrodenbeschichtung 9 ist dabei kleiner bemessen als die Schichtdicke s2 (5) des Klebebands 18.
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Das Klebeband 18 besteht aus einem elastisch nachgiebigen, sowie temperaturbeständigen Material, das während des anschließenden Trocknungsvorgangs thermisch unbeschädigt bleibt. Im Trocknungsvorgang (4 und 6) erfolgt ein Heißlufttrocknen, bei dem die Trägerfolienbahn 13 über eine Trockenstrecke durch eine Heißluftdüsenanordnung eines Trockners 30 geführt wird, deren Heißluftdüsen 31 die Folienoberseite und die Folienunterseite der Trägerfolienbahn 13 mit Heißluft beaufschlagen. Zudem weist der Trockner 30 Bahnführungswalzen 32 auf, die entlang der Trockenstrecke paarweise angeordnet sind. Wie aus der Detailansicht der 6 hervorgeht, werden die beiden mit Klebeband 18 applizierten Längsrandbereiche 15 der Trägerfolienbahn 13 durch die Walzenspalte der Bahnführungswalzen-Paare geführt. Die Bahnführungswalzen 32 bleiben dabei außer Kontakt mit der zu trocknenden Elektrodenbeschichtung 9. Im Anschluss an die Trockenstrecke folgt eine Kühlstrecke 33 (4), bei der die Trägerfolienbahn 13 auf eine Rolle 35 aufgewickelt wird.
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Im weiteren Prozessverlauf wird ein Kalandrieren (7) durchgeführt, bei dem die Trägerfolienbahn 13 durch die Walzenspalte zweier hintereinander angeordneter Kalanderwalzen-Paare 37 geführt werden. Dabei werden die Klebebänder 18 zusammen mit der Elektrodenbeschichtung 9 beim Walzenspalt-Durchlauf verpresst, wie aus der 8 hervorgeht. Im Unterschied zum Stand der Technik werden daher nicht nur der beschichtete Mittelbereich der Trägerfolienbahn 13, sondern auch die unbeschichteten Längsrandbereiche 15 der Trägerfolienbahn 13 in der Bandlängsrichtung und in der Bandquerrichtung gestreckt, wodurch eine Faltenbildung vermieden werden kann.
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Der in der 7 gezeigten Kalandrierstation ist ein Ablöswerkzeug 39 prozesstechnisch nachgeschaltet, mit dem die Klebebänder 18 von den Längsrandbereichen 15 der Trägerfolienbahn 13 abgestreift werden. Die abgestreiften Klebebänder 18 werden jeweils wieder auf Rollen 42 aufgewickelt.
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Nach dem Entfernen der Klebebänder 18 weist die Elektrodenbeschichtung 9 einen geradlinigen Kantenverlauf 41 (9) auf, wobei die Elektrodenbeschichtung 9 über eine hohe Schichtdicken-Genauigkeit verfügt.
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Gemäß der 9 verbleiben auf den Längsrandbereichen 15 Adhäsionsmittel-Rückstände 43, die in einem späteren Fügeschritt noch Verwendung finden.
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Dem Kalandrieren (7) sind Schneid- und/oder Stanzprozesse nachgeschaltet, in denen aus der Trägerfolienbahn 13 voneinander separate Elektroden E hergestellt werden, von denen eine Elektrode E in der 10 gezeigt ist. In der Elektrode E ist in einem sogenannten Notching-Prozess der Elektroden-Ableiter 3 oder 5 aus den unbeschichteten Längsrandbereichen 15 gebildet worden. Die fertiggestellten Elektroden E werden zusammen mit den Separatoren S zu dem in der 1 gezeigten Elektroden-/Separatorstapel 1 gestapelt. Nach dem Stapelvorgang erfolgt der Fügeschritt, bei dem sämtliche kathodenseitige Elektroden-Ableiter 5 mit Hilfe der Adhäsionsmittel-Reste 43 miteinander verklebt werden. In gleicher Weise werden sämtliche anodenseitige Elektroden-Ableiter 3 mit Hilfe der Adhäsionsmittel-Reste 43 miteinander verklebt, und zwar unter Bildung der Fügestellen F ( 1). Zur Steigerung der Verbindungsfestigkeit erfolgt im Anschluss an die Klebeverbindung zum Beispiel ein Schweißprozess, bei dem die bereits miteinander verklebten Elektroden-Ableiter 3, 5 zusätzlich noch miteinander verschweißt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Elektroden-/Separatorstapel
- 3
- Anoden-Ableiter
- 5
- Kathoden-Ableiter
- 7
- Trägerfolienbahn-Zuschnitt
- 9
- Elektrodenbeschichtung
- 11
- Rolle
- 13
- Trägerfolienbahn
- 15
- Längsrandbereiche
- 17
- Auftragswalzen
- 18
- Klebeband
- 19
- Adhäsionsmittel
- 21
- Reservoir
- 23
- Transfereinheit
- 25
- Walzenanordnung
- 27
- Auftragswerkzeuge
- 30
- Trockner
- 31
- Heißluftdüsen
- 32
- Bahnführungswalzen
- 33
- Kühlstrecke
- 35
- Rolle
- 37
- Kalanderwalzen-Paare
- 39
- Ablösewerkzeug
- 41
- Kantenverlauf
- 42
- Rolle
- 43
- Adhäsionsmittel-Reste
- A
- Anode
- K
- Kathode
- E
- Elektrode
- F
- Fügestelle
- s1
- Nassschichtdicke der Elektrodenbeschichtung
- s2
- Klebeband-Schichtdicke
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- US 2018/0090795 A1 [0007]
- WO 2013/137385 A1 [0007]
