DE3921288C1

DE3921288C1 -

Info

Publication number: DE3921288C1
Application number: DE3921288A
Authority: DE
Inventors: Josef Dipl.-Ing. 5778 Meschede De Nelles
Original assignee: Accumulatorenwerke Hoppecke Carl Zoellner & Sohn & Co Kg 5790 Brilon De GmbH
Current assignee: Ultralife Batteries UK Ltd
Priority date: 1989-06-29
Filing date: 1989-06-29
Publication date: 1990-08-23
Anticipated expiration: 2009-06-30
Also published as: JPH0337959A; US5007467A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Kathoden für Trockenbatterien, insbesondere Lithium-Batterien, wobei eine pastöse Kathodenmasse auf ein me tallisches Trägermaterial aufpastiert und anschließend mit die sem verpreßt wird und wobei an das Trägermaterial endseitig eine Stromableitung angeschweißt wird.

Trockenbatterien, also nichtwäßrige Zellen, sind bekannt. In der Wickelbauweise werden die Komponenten, also die Elektroden sowie Separatoren als lange Streifen übereinandergelegt und zu einem festen Spiralwickel gedreht. Um eine hochleistungsfähige Batterie herstellen zu können, wird dabei als Anode Lithium in Form einer Lithiumfolie verwendet. Als Kathode kann Mangandioxid (MnO₂) verwendet werden, so daß man ein hochleistungsfähiges Li/MnO₂-System erhält, wobei als Elektrolyt ein organischer Elektrolyt verwendet wird, in dem eine Lithium-Verbindung als Leitsalz gelöst ist.

Während für die Anode lediglich eine entsprechende Metallfolie benötigt wird, stellt sich die Herstellung der Kathode für die Batterie schwieriger dar, da beispielsweise MnO₂ nicht als Folie vorliegt, sondern als eine Substanz, die auf ein metallisches Trägermaterial aufgebracht werden muß, um auf diese Weise eine Feststoffkathode zu erhalten. Ziel dabei ist es, die pastöse Ka thodenmasse auf das Trägermaterial in konstanter Dicke und Dichte aufzutragen, während eines festgelegten Zeitraumes zu pressen und anschließend mit einer Stromableitung zu versehen, wobei darauf geachtet werden muß, daß das Trägermaterial während der Herstellung nicht überdehnt werden darf. Als Trägermaterial dient dabei vorzugsweise ein Streckmetallgitter.

Die Herstellung der Kathoden erfolgt bislang von Hand. Dabei wird zunächst das Trägermaterial in Form eines Streckmetalls auf die entsprechende Kathodenlänge geschnitten und in eine Pastier schiene eingelegt, nachdem zuvor ein Papierstreifen für die Feuchtigkeitsaufnahme eingelegt worden ist. Auf das Trägermate rial wird sodann eine eingewogene Menge der pastösen Kathoden masse von Hand einpastiert, um die so vorbereitete Kathode an schließend unter einer hydraulischen Presse zu verdichten. Schließlich werden nach dem Pressen die Kontaktstellen an einem oder an beiden Enden der gepreßten Kathode gesäubert, um sodann die Stromableitungen mittels Punktschweißverfahren von Hand an zuschweißen, wobei es sich bei den Stromableitungen um Anschluß fahnen aus Metall handelt.

Diese Handfertigung der Kathoden ist qualitativ nicht gleich mäßig, so daß große Fertigungstoleranzen mit großen Ausschüssen zu verzeichnen sind. Darüber hinaus lassen sich die Kathoden bei den geforderten Stückzahlen nur mit einem großen Personalaufwand sowie mit einem großen Maschinenpark insbesondere für das Pres sen herstellen.

Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zu grunde, ein verbessertes Verfahren sowie eine verbesserte Vor richtung zur Herstellung von Kathoden für Trockenbatterien, ins besondere Lithium-Batterien, zu schaffen.

Im Hinblick auf das Verfahren wird mit der Erfindung als technische Lösung vorgeschlagen, daß einem kontinu ierlich von einer Vorratsrolle abrollenden, bandförmigen Träger material die pastöse Kathodenmasse automatisch dosiert aufgege ben und diese anschließend auf das Trägermaterial aufpastiert wird, daß anschließend das pastierte Trägermaterial unter konti nuierlichem Weitertransport automatisch gepreßt wird, daß schließlich das gepreßte pastierte Trägermaterial ebenfalls unter kontinuierlichem Weitertransport auf die vorgegebene Kathodenlänge geschnitten wird und daß abschließend am Trägerma terial die Stromableitung automatisch angebracht wird.

Auf diese Weise ist ein kontinuierlich arbeitendes, automati siertes Herstellungsverfahren für die Kathoden einer Trockenbat terie geschaffen, welches wirtschaftlich arbeitet und darüber hinaus mit großer Gleichmäßigkeit Kathoden herstellt, die exakt im geforderten Toleranzbereich liegen, ohne daß ein großer Aus schuß zu erwarten ist. Die Automatisierung der Arbeitsschritte führt dabei zu einer erheblichen Personaleinsparung und zu der bereits erwähnten gleichbleibenden Qualität. Der Kerngedanke des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt dabei darin, das Trägermate rial kontinuierlich durch die Kathodenherstellungsanlage zu transportieren und dabei sukzessive in einzelnen Behandlungssta tionen nacheinander die für die Herstellung notwendigen Arbeits schritte durchzuführen. So wird zunächst dem Trägermaterial automatisch dosiert die pastöse Kathodenmasse aufgegeben, d.h. in Abhängigkeit von der Menge des vor der Pastierstation vorhan denen Vorrates an Kathodenmasse. Am Ende all der Verfahrens schritte kommt dann eine fertige Kathode heraus, die für die Herstellung der Trockenbatterie verwendet und zusammen mit der Anodenfolie und dem dazwischen befindlichen Separator aufge wickelt werden kann.

In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird die pastöse Kathodenmasse taktweise in Portionsstreifen dem bandför migen Trägermaterial aufgegeben, wobei die Zuführung quer zur Laufrichtung des Trägermaterials erfolgt. Auf diese Weise kann das Trägermaterial unter optimaler Dosierung mit der Kathoden masse beschickt werden, wobei immer dann ein neuer Portions streifen dem bandförmigen Trägermaterial aufgegeben wird, wenn einer benötigt wird, was beispielsweise durch eine Überwachungs einrichtung vor dem anschließenden Pastieren gesteuert werden kann.

Zur Herstellung der Portionsstreifen werden diese vorzugsweise geschnitten.

In einer Weiterbildung des Verfahrens wird weiterhin vorgeschla gen, daß zwischen dem Pastieren und dem Pressen von dem pastier ten Trägermaterial entsprechend der Kathodenlänge im Bereich der Schnittstelle die Kathodenmasse entfernt und das Trägermaterial an der späteren Kontaktierstelle für die Stromableitung freige legt wird. Auf diese Weise kann das Trägermaterial durchgehend mit der Kathodenmasse pastiert werden, wobei die Freilegung der Kontaktierstellen für die späteren Stromableitungen in einem se paraten Arbeitsvorgang erfolgt. Auf diesen kann dann verzichtet werden, wenn die Dosierung der Kathodenmasse sowie die Pastie rung exakt auf die Einzelkathode abgestimmt wird und somit zwi schen den Einzelkathoden ein pastenfreier Bereich am Trägermate rial verbleibt.

Vorzugsweise wird zum Entfernen der Kathodenmasse diese mit Wasser abgewaschen und/oder insbesondere mit Druckluft weggebla sen.

In einer bevorzugten Weiterbildung des Verfahrens wird beim Pressen der Preßdruck durch die Pastierstärke gesteuert, so daß eine direkte Abhängigkeit zwischen Preßdruck, Pastierstärke und eingestelltem Spalt in der Preßvorrichtung existiert.

Vorzugsweise wird beim Pressen des pastierten Trägermaterials das in der Kathodenmasse enthaltene Wasser aufgesaugt, um so den Trocknungsvorgang der Kathodenmasse zu beschleunigen.

Weiterhin wird in einer Weiterbildung nach dem Pressen seitlich über das Trägermaterial überstehende Kathodenmasse entfernt, wo bei die überstehende Kathodenmasse beispielsweise abgestreift oder abgeschnitten werden kann, so daß insgesamt das Trägermate rial exakt beschichtet ist.

Um nach dem Schneiden des gepreßten pastierten Trägermaterials in die entsprechende Kathodenlänge das Anbringen der Stromablei tungen zu vereinfachen, werden nach dem Schneiden des gepreßten pastierten Trägermaterials die streifenförmigen Kathoden durch eine Beschleunigungsstrecke vereinzelt.

In einer weiteren verfahrensmäßigen Weiterbildung wird vorge schlagen, daß zum Kontaktieren der Stromableitungen der kathodenmassenfreie Überstand des Trägermaterials umgefaltet und die Stromableitung zwischen die Faltung gequetscht und an schließend mittels Punkt- oder Ultraschall-Verfahren verschweißt wird. Dabei werden die Stromableitungen vorzugsweise von einer Vorratsrolle zugeführt und entsprechend abgelängt. Die so fer tiggestellten Kathoden können dann beispielsweise mittels eines Vakuumsaugers entnommen und in einen Trockenofen eingebracht werden.

Im Hinblick auf die Vorrichtung ist die technische Lösung gekennzeichnet durch ein endlos kontinuierlich um laufendes Transportband für den kontinuierlichen Transport des auf ihm aufliegenden, von einer Vorratsrolle abrollenden sowie bandförmigen Trägermaterials, eine Zuführeinrichtung zum automa tisch dosierten Zuführen der Kathodenmasse auf das Trägermate rial, eine der Zuführeinrichtung nachgeordnete, automatisch ar beitende Pastiereinrichtung, eine der Pastiereinrichtung nachge ordnete, automatisch arbeitende Preßeinrichtung, eine der Preß einrichtung nachgeordnete, synchron während des Schneidvorganges mit dem Transportband mitlaufende Schneideinrichtung zum automa tischen Schneiden des gepreßten pastierten Trägermaterials auf die vorgegebene Kathodenlänge an der für die Kontaktierung der Stromableitung freigelassenen Stelle sowie schließlich eine der Schneideinrichtung nachgeordnete Kontaktiereinrichtung zum auto matischen Anschweißen der Stromableitung.

Mittels einer derartigen Vorrichtung lassen sich auf vollautoma tische Weise Kathoden für Trockenbatterien herstellen, wobei das Kernstück das Pastierband in Form des Transportbandes ist, wel ches mit konstanter Geschwindigkeit umläuft und dabei das von einer Vorratsrolle abrollende bandförmige Trägermaterial durch die Gesamtanlage gleichmäßig hindurchtransportiert, so daß wäh rend dieses Transports die einzelnen Herstellungsschritte durch geführt werden können. Dadurch lassen sich mit geringem Perso naleinsatz Kathoden mit großer Gleichmäßigkeit herstellen.

Vorzugsweise ist das Transportband als Zahnriemen ausgebildet, wobei dieser an der Oberseite glatt ist und an der Unterseite zwei Zahnreihen für den Antrieb des Transportbandes aufweist.

Vorzugsweise weist dabei das Transportband unterseitig eine Ab stützung auf, um so ein Durchbiegen des Transportbandes zu ver meiden. Als Abstützung können dabei Rollen vorgesehen sein.

Um das Transportband von anhaftender Kathodenmasse reinigen zu können, wenn dieses nach einem Umlauf wieder an die Ausgangspo sition zurückkehrt, ist vorzugsweise dem Transportband an der rückführenden Unterseite eine Bandreinigungseinrichtung zugeord net, die beispielsweise aus einer Bürste mit Wasserzuführung be stehen kann.

Um dem Trägermaterial die Kathodenmasse dosiert zuführen zu können, weist die Zuführeinrichtung für Kathodenmasse ein quer zum Transportband verlaufendes Zuführband zum taktweisen Zufüh ren von Portionsstreifen auf. Dabei wird eine vorbereitete Kathodenmasse dem Zuführband gleichmäßig aufgegeben, wobei die ses unmittelbar über dem Transportband endet, so daß die Por tionsstreifen auf dieses hinunterfallen. Die Menge der zugeführ ten Portionsstreifen hängt dabei von der Menge des Massevorrates vor der Pastierstation ab, so daß durch eine entsprechende Über wachung eine Steuerung der Portionsstreifenzuführung vorgenommen werden kann.

Zur Erzeugung der Portionsstreifen ist dem Zuführband vorzugs weise eine Kathodenmassenschneideinrichtung für die Portions streifen zugeordnet, wobei diese Einrichtung vorzugsweise ein pneumatisch angetriebenes Messer aufweist.

In einer bevorzugten konstruktiven Ausbildung der Pastierein richtung besteht diese aus einer in Transportrichtung des Trans portbandes synchron umlaufenden, angetriebenen Walze. Diese Walze pastiert die Kathodenmasse auf technisch einfache und gleichmäßige Weise in und auf das Trägermaterial.

Um eine gleichmäßige Pastierstärke mit konstanter Dicke zu er halten, ist das Transportband unterhalb der Walze vorzugsweise abgestützt, so daß auf diese Weise Durchbiegungen vermieden wer den.

Die Walze der Pastiereinrichtung besteht vorzugsweise aus Kunst stoff und weist einen Durchmesser zwischen 150 mm und 250 mm, vorzugsweise von ungefähr 200 mm auf. Dadurch werden die besten Pastierergebnisse erzielt.

Um die Pastierstärke stufenlos einstellen zu können, ist die Walze vorzugsweise höhenverstellbar innerhalb der Pastierein richtung angeordnet.

Um später an das Trägermaterial die Stromableitungen kontaktie ren zu können, muß die Kontaktierstelle frei von Kathodenmasse sein. Aus diesem Grunde ist in einer Weiterbildung zwischen der Pastiereinrichtung und der Preßeinrichtung eine während des Rei nigungsvorgangs synchron mit dem Transportband mitlaufende Rei nigungseinrichtung angeordnet, die entsprechend der Kathodenlän ge im Bereich der Schnittstelle die (noch nasse) Kathodenmasse automatisch entfernt und das Trägermaterial an der späteren Kon taktierstelle für die Stromableitungen in einer bestimmten Länge freilegt. Bei der Reingungseinrichtung kann es sich dabei um einen absenkbaren Waschkopf handeln, wobei bei kurzen Kathoden zwei oder mehr Waschköpfe hintereinander angeordnet werden können. Auf eine derartige Reinigungseinrichtung kann dann ver zichtet werden, wenn die Kathodenmassendosierung sowie die Pastierung exakt auf die Einzelkathode abstimmbar ist, so daß von vornherein zwischen diesen Einzelkathoden ein pastenfreier Bereich am Trägermaterial verbleibt.

Vorzugsweise ist die Reinigungseinrichtung mit Wasser und/oder Druckluft beaufschlagbar, so daß auf technisch einfache Weise die Kathodenmasse entfernt werden kann.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Preßeinrichtung besteht diese aus zwei dem Transportband nachgeordneten, endlos umlau denden Bändern, die zwischen sich in einem spaltförmigen Kanal das pastierte Trägermaterial aufnehmen und pressen, wobei der so ausgebildeten Preßeinrichtung wieder ein entsprechendes Trans portband nachgeordnet ist, welches das zuvor gepreßte pastierte Trägermaterial übernimmt. Bei der Preßeinrichtung sind dabei die beiden Bänder um Antriebs- und Umlenkrollen geführt, wobei die Bänder im Bereich des spaltförmigen Kanals in Transportrichtung mit einem bestimmten Abstand parallel zueinander verlaufen, so daß dazwischen das pastierte Trägermaterial festgelegt und über seine Länge gepreßt wird.

Die Bänder sind dabei vorzugsweise als Stahlbänder ausgebildet.

Um eine Durchbiegen der Bänder der Preßeinrichtung zu verhin dern, sind diese unterseitig abgestützt. Für diese Abstützung kann beispielsweise eine unterhalb des unteren Bandes angeord nete Platte vorgesehen sein, die mit einer Vielzahl von frei drehbaren Einzelrollen versehen ist. Dadurch ist eine gleich mäßige Druckübertragung und damit die Herstellung einer gleich mäßig gepreßten Kathode möglich.

Um das beim Pressen aus der Kathodenmasse freiwerdende Wasser aufnehmen zu können, ist in einer bevorzugten Weiterbildung zwi schen dem pastierten Trägermaterial und den beiden Bändern der Preßeinrichtung jeweils ein synchron mitlaufender Papierstreifen angeordnet. Diese Papierstreifen können dabei von einer Vorrats rolle abgerollt und nach Durchlaufen der Preßstrecke wieder auf gerollt werden.

Um den Spalt zwischen den Bändern der Preßeinrichtung verändern zu können, ist die Preßeinrichtung vorzugsweise zur Druckein stellung höhenverstellbar.

In einer Weiterbildung ist zwischen der Preßeinrichtung und der Schneideinrichtung eine Einrichtung zum Entfernen der seitlich über das Trägermaterial überstehenden Kathodenmasse angeordnet. Die Einrichtung kann die überstehende Kathodenmasse beispiels weise abstreifen. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Einrichtung jedoch eine Abschneideinrichtung mit einem Messer scheibenpaar. Auf diese Weise ist eine technisch einfache Ent fernung der überstehenden Kathodenmasse möglich.

In einer Weiterbildung der Schneideinrichtung zur Herstellung der Kathodenstreifen ist diese sensorgesteuert und weist ein pneumatisch angetriebenes Messer auf.

Schließlich wird in einer Weiterbildung vorgeschlagen, daß das Transportband im Bereich nach der Schneideinrichtung als Be schleunigungsband zum Vereinzeln der geschnittenen, streifenför migen Kathoden ausgebildet ist. Dieses Beschleunigungsband schafft einen Abstand zwischen den Kathodenstreifen, so daß an schließend eine einfache Anbringung der Stromableitungen möglich ist. Die so vereinzelten Kathodenstreifen können dann beispiels weise einem Quertransportsystem aufgegeben werden, um so die Stromableitungen an den einzelnen Kathoden anschweißen zu können. Anschließend kann dann eine Trocknung in einem ent sprechenden Ofen erfolgen.

Eine Anlage zur Herstellung von Kathoden für Trockenbatterien gemäß der Erfindung wird nachfolgend anhand der Zeichnungen be schrieben. In diesen zeigt:

Fig. 1 eine Perspektivansicht der Anlage;

Fig. 2 eine Seitenansicht der Anlage;

Fig. 3 eine Draufsicht der Anlage;

Fig. 4 eine Seitenansicht der Pastiereinrichtung der Anlage in vergrößertem Maßstab;

Fig. 5 einen Schnitt entlang der Linie V-V in Fig. 4 durch die Pastiereinrichtung;

Fig. 6 eine Seitenansicht der Preßeinrichtung der An lage;

Fig. 7 die Einrichtung der Anlage zum Anschweißen der Stromableitungen an die geschnittenen Ka thoden.

Die Anlage zur Herstellung von Kathoden für Trockenbatterien, insbesondere Lithium-Batterien, besteht aus mehreren Einzelkom ponenten, die antriebs- und steuerungsmäßig miteinander ver knüpft sind.

So besteht die Anlage zunächst aus einem Pastierband in Form eines Transportbandes 1, welches als Zahnriemen ausgebildet ist und mittels eines Antriebs 2 um endseitige Umlenkrollen 3 endlos umläuft. Diesem Transportband 1 sind nacheinander eine Zuführ einrichtung 4 für eine pastöse Kathodenmasse 5, eine Pastierein richtung 6, eine Reinigungseinrichtung 7 sowie unterseitig zwei Bandreinigungseinrichtungen 8 zugeordnet. Dem Transportband 1 mit seinen zugeordneten Einrichtungen folgt eine Preßeinrichtung 9, der hinwiederum eine nachgeordnete Abschneideinrichtung 10 folgt. Daran schließt sich ein weiteres Transportband 1′ an, dessen Umlaufgeschwindigkeit etwas größer ist als die des Trans portbandes 1 und somit als Beschleunigungsband ausgebildet ist. Diesem Transportband 1′ ist eine Schneideinrichtung 11 zugeord net. Es folgt schließlich noch eine in Fig. 1 nicht, jedoch in Fig. 3 dargestellte Kontaktiereinrichtung 12.

Mittels der Transportbänder 1, 1′ sowie der dazwischen befind lichen Preßeinrichtung 9 wird ein bandförmiges Trägermaterial 13 in Form eines Streckmetallgitters durch die Anlage in Transport richtung T hindurchtransportiert und liegt dabei auf den Trans portbändern 1, 1′ auf. Das Trägermaterial stammt von einer Vor ratsrolle 14, wobei mehrere dieser Vorratsrollen 14 in einem Container 15 enthalten sind.

Die Zuführeinrichtung 4 für die Kathodenmasse 5 besteht aus einem quer zum Transportband 1 verlaufenden Zuführband 16, wel ches über dem Transportband 1 endet. Diesem Zuführband 16 wird die an einer anderen Stelle vorbereitete pastöse Kathodenmasse 5 manuell aufgegeben. Dem Zuführband 16 ist dabei eine Kathoden massenschneideinrichtung 17 zugeordnet, die beispielsweise pneu matisch angetriebene Messer aufweist. Dieser Kathodenmassen schneideinrichtung 17 wird die zuvor aufgegebene Kathodenmasse 5 zugeführt und diese taktweise in Portionsstreifen 18 geschnit ten. Diese werden sodann taktweise dem auf dem Transportband aufliegenden und durch dieses kontinuierlich transportierten Trägermaterial 13 aufgegeben, indem sie auf das Trägermaterial 13 hinunterfallen. Die taktweise Zuführung hängt dabei von der Bevorratung vor der nachfolgenden Pastiereinrichtung 6 ab und wird entsprechend gesteuert, so daß damit eine automatische Do sierung dergestalt erzielt wird, daß die Anlage mit immer derje nigen Menge an Kathodenmasse 5 beschickt wird, die sie benötigt. Vor der Pastiereinrichtung 6 kann dabei eine entsprechende Sen soreinrichtung angeordnet sein, welche einen Impuls auslöst, welcher das Zuführband 16 einen neuen Portionsstreifen 18 auf das Trägermaterial 13 fallen läßt.

Die mit konstanter Geschwindigkeit mittels des Transportbandes transportierten und auf dem Trägermaterial 13 aufliegenden Por tionsstreifen 18 werden sodann der Pastiereinrichtung 6 zuge führt, die in den Fig. 4 und 5 detaillierter dargestellt ist. Die Pastiereinrichtung 6 besitzt dabei eine Walze 19, welche mittels eines Zahnrades 20 derart angetrieben wird, daß sie synchron mit dem Transportband 1 umläuft. Die Walze 19 pastiert dabei die pastöse Kathodenmasse 5 in und auf das Trägermaterial 13. Die Walze 19 besteht dabei vorzugsweise aus Kunststoff und besitzt einen Durchmesser von ungefähr 200 mm. Um die Pastier stärke stufenlos einstellen zu können, ist die Walze 19 der Pastiereinrichtung 6 höhenverstellbar. Weiterhin ist unterhalb der Walze 19 das Transportband 1 unterstützt, damit dieses nicht durchhängt.

Die der Pastiereinrichtung 6 nachgeordnete Reinigungseinrichtung 7 läuft während des Reinigungsvorganges synchron mit dem Trans portband 1 und damit synchron mit dem Trägermaterial 13 mit und hat den Zweck, an den Stellen der späteren Kontaktierung für die Stromableitung das Trägermaterial 13 von der Kathodenmasse 5 frei zu machen, nachdem zuvor in der Pastiereinrichtung 6 aus dem Portionsstreifen 18 ein gleichmäßiges Kathodenmassenband aus dem Trägermaterial 13 erzeugt worden ist. Die Reinigungseinrich tung 7 kann dabei aus absenkbaren Waschköpfen bestehen, welche mit Wasser und/oder Druckluft beaufschlagt werden. Grundsätzlich reicht ein einziger derartiger Waschkopf aus, doch können bei kurzen Kathodenlängen zwei oder mehrere Waschköpfe vorgesehen sein.

Die unterhalb des Transportbandes 1 angeordneten Bandreinigungs einrichtungen 8 haben den Zweck, beispielsweise mittels Bürste und Wasser das Transportband 1 von Schmutz und anhaftender Ka thodenmasse 5 zu reinigen, wenn diese wieder das Trägermaterial 13 in der Ausgangsposition aufnimmt.

Dem Transportband 1 folgt die Preßeinrichtung 9, die insbeson dere auch in Fig. 6 zu erkennen ist. Sie besteht aus zwei um An triebs- und Umlenkrollen 21, 22 endlos geführte Bänder 23 aus Stahl. Diese laufen in Fortsetzung des Transportbandes 1 in gleicher Transportrichtung T parallel zueinander und bilden zwischen sich einen spaltförmigen Kanal 24 zur Aufnahme des pastierten Trägermaterials 13, wobei zum Pressen durch die bei den Bänder 23 ein entsprechender Druck ausgeübt wird. Der spalt förmige Kanal 24 zwischen den beiden Bändern 23 kann dabei ver stellt werden, wobei der notwendige Druck bei fest eingestelltem Spalt durch die Pastierstärke gesteuert wird, d.h. es besteht eine direkte Ahhängigkeit zwischen Preßdruck, Pastierstärke und eingestelltem Spalt. Damit die beiden Bänder 23 einen gleich mäßigen Druck ausüben, sind sie jeweils unterstützt, wobei zu diesem Zweck jeweils Druckplatten vorgesehen sein können, die mit einer Vielzahl von frei drehbaren Einzelrollen versehen sind.

Der Preßeinrichtung 9 sind weiterhin Papierstreifen 25 zugeord net, wobei das Papier aufgrund seiner Saugfähigkeit die Aufgabe hat, das beim Pressen aus der Kathodenmasse 5 freiwerdende Was ser aufzunehmen. Zu diesem Zweck sind in Transportrichtung T vor der Preßeinrichtung 9 zwei Papiervorratsrollen 26 angeordnet, wobei die Papierstreifen 25 jeweils zwischen dem Band 23 und dem pastierten Trägermaterial 13 hindurchgeführt sind und synchron mit dem Band 23 weitertransportiert werden, um hinten wieder aufgerollt zu werden.

Der Preßeinrichtung 9 folgt die Abschneideinrichtung 10 in Form eines Messerscheibenpaares 27. Diese Abschneideinrichtung 10 soll seitlich über das Trägermaterial 13 überstehende Kathoden masse 5 abschneiden.

Es schließt sich wieder das Transportband 1 an, dem die Schneid einrichtung 11 zugeordnet ist, welche synchron mit dem Trans portband 1 mitläuft und den Zweck hat, das Trägermaterial 13 im Bereich der von der Kathodenmasse 5 befreiten Stellen zu durch trennen, um so die einzelnen Kathoden 28 in ihrer ganz bestimm ten Länge herzustellen. Die Schneideinrichtung 11 kann dabei ein pneumatisch betriebenes Messer aufweisen. Die Synchronbewegung mit dem Transportband 1 kann mittels einer Klemmeinrichtung her gestellt werden. Entsprechend kann die Reinigungseinrichtung 7 synchron mit dem Transportband 1 verfahren werden. Beiden Ein richtungen ist weiterhin noch eine Rückführeinrichtung zuzuord nen. Gesteuert wird die Schneideinrichtung 11 durch Sensoren.

Dem Transportband 1 folgt das Transportband 1′, dessen Trans portgeschwindigkeit etwas größer ist als die des Transportbandes 1, so daß dieses Transportband 1′ die Funktion eines Beschleu nigungsbandes übernimmt. Dadurch werden die gebildeten Kathoden 28 in Abstand zueinander gebracht, um einem Quertransportband in Form eines Gefachbandes mittels Vakuumsauger übergeben zu wer den, wobei diesem Quertransportband 29 die Kontaktiereinrichtung 12 zum Kontaktieren der Kathoden 28 mit der Stromableitung zuge ordnet ist. Dabei werden die Kathoden 28 zunächst in einer Aus richtstation 30 ausgerichtet und in einer Faltstation 31 das Trägermaterial 13 gefaltet. Es folgt die Zuführstation 32 zum Zuführen der Stromableitungen, um sodann in einer Schweißstation 33 die Verbindung zwischen der Stromableitung beispielsweise in Form einer Metallfahne und dem metallischen Trägermaterial 13 mittels Punkt- oder Ultraschall-Schweißen herzustellen. Eine bestimmte Anzahl der so fertig hergestellten Kathoden 28 wird dann gleichzeitig auf einem Blech 34 abgelegt, von wo aus die Weiterverarbeitung erfolgen kann.

Mittels der beschriebenen Anlage lassen sich auf vollautoma tische Weise Kathoden, beispielsweise MnO₂-Kathoden für Lithium- Batterien mit großer Gleichmäßigkeit und ohne großen Personal aufwand herstellen.

Bezugszeichenliste:

1 Transportband
1′ Transportband
2 Antrieb
3 Umlenkrolle
4 Zuführeinrichtung
5 Kathodenmasse
6 Pastiereinrichtung
7 Reinigungseinrichtung
8 Bandreinigungseinrichtung
9 Preßeinrichtung
10 Abschneideinrichtung
11 Schneideinrichtung
12 Kontaktiereinrichtung
13 Trägermaterial
14 Vorratsrolle
15 Container
16 Zuführband
17 Kathodenmassenschneideinrichtung
18 Portionsstreifen
19 Walze
20 Zahnrad
21 Antriebsrolle
22 Umlenkrolle
23 Band
24 Kanal
25 Papierstreifen
26 Papiervorratsrolle
27 Messerscheibe
28 Kathode
29 Quertransportband
30 Ausrichtstation
31 Faltstation
32 Zuführstation
33 Schweißstation
34 Blech
T Transportrichtung

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Kathoden für Trockenbatterien, insbesondere Lithium-Batterien, bei dem eine pastöse Kathodenmasse auf ein metallisches Trä germaterial aufpastiert und anschließend mit diesem verpreßt wird, wobei schließlich an das Trägermaterial endseitig eine Stromableitung angeschweißt wird, dadurch gekennzeichnet,
daß einem kontinuierlich von einer Vorratsrolle abrollenden, bandförmigen Trägermaterial die pastöse Kathodenmasse automa tisch dosiert aufgegeben und diese anschließend auf das Trä germaterial aufpastiert wird,
daß anschließend das pastierte Trägermaterial unter kontinu ierlichem Weitertransport automatisch gepreßt wird,
daß schließlich das gepreßte pastierte Trägermaterial eben falls unter kontinuierlichem Weitertransport auf die vorgege bene Kathodenlänge geschnitten wird und
daß abschließend am Trägermaterial die Stromableitung automa tisch angebracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pastöse Kathodenmasse taktweise in Portionsstreifen dem band förmigen Trägermaterial aufgegeben wird, wobei die Zuführung quer zur Laufrichtung des Trägermaterials erfolgt.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Portionsstreifen geschnitten werden.

4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekenn zeichnet, daß zwischen dem Pastieren und dem Pressen von dem pastierten Trägermaterial entsprechend der Kathodenlänge im Bereich der Schnittstelle die Kathodenmasse entfernt und das Trägermaterial an der späteren Kontaktierstelle für die Stromableitung freigelegt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kathodenmasse abgewaschen und/oder weggeblasen wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekenn zeichnet, daß beim Pressen der Preßdruck durch die Pastier stärke gesteuert wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekenn zeichnet, daß beim Pressen des pastierten Trägermaterials das in der Kathodenmasse enthaltene Wasser aufgesaugt wird.

8. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekenn zeichnet, daß nach dem Pressen seitlich über das Trägermate rial überstehende Kathodenmasse entfernt wird.

9. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekenn zeichnet, daß nach dem Schneiden des gepreßten pastierten Trägermaterials die streifenförmigen Kathoden durch eine Be schleunigungsstrecke vereinzelt werden.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekenn zeichnet, daß zum Kontaktieren der Stromableitungen der ka thodenmassenfreie Überstand des Trägermaterials umgefaltet und die Stromableitung zwischen die Faltung gequetscht und anschließend mittels Punkt- oder Ultraschall-Verfahren ver schweißt wird.

11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Stromableitungen von einer Vorratsrolle zugeführt und ent sprechend abgelängt werden.

12. Vorrichtung zur Herstellung von Kathoden (28) für Trocken batterien, insbesondere Lithium-Batterien, zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei eine pastöse Kathodenmasse (5) auf ein metallisches Trägermaterial (13) aufpastiert und anschließend mit diesem verpreßt wird und wobei an das Trägermaterial (13) endseitig eine Stromableitung angeschweißt wird, gekennzeichnet durch
ein endlos kontinuierlich umlaufendes Transportband (1, 1′) für den kontinuierlichen Transport des auf ihm aufliegenden, von einer Vorratsrolle (14) abrollenden sowie bandförmigen Trägermaterials (13),
eine Zuführeinrichtung (4) zum automatisch dosierten Zufüh ren der Kathodenmasse (5) auf das Trägermaterial (13),
eine der Zuführeinrichtung (4) nachgeordneten, automatisch arbeitenden Pastiereinrichtung (6),
eine der Pastiereinrichtung (6) nachgeordnete, automatisch arbeitende Preßeinrichtung (9),
eine der Preßeinrichtung (9) nachgeordnete, synchron während des Schneidvorganges mit dem Transportband (1, 1′) mitlaufen den Schneideinrichtung (11) zum automatischen Schneiden des gepreßten pastierten Trägermaterials (13) auf die vorgegebe ne Kathodenlänge an den für die Kontaktierung der Stromab leitungen freigelegten Stellen,
sowie schießlich eine der Schneideinrichtung (11) nachgeord nete Kontaktiereinrichtung (12) zum automatischen An schweißen der Stromableitungen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportband (1,1′) als Zahnriemen ausgebildet ist.

14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeich net, daß das Transportband (1, 1′) eine unterseitige Ab stützung aufweist.

15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch ge kennzeichnet, daß dem Transportband (1, 1′) an der rückfüh renden Unterseite eine Bandreinigungseinrichtung (8) zuge ordnet ist.

16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, dadurch ge kennzeichnet, daß die Zuführeinrichtung (4) für die Katho denmasse (5) ein quer zum Transportband (1, 1′) verlaufendes Zuführband (16) zum taktweisen Zuführen von Portionsstreifen (18) aufweist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß dem Zuführband (16) eine Kathodenmassenschneideinrichtung (17) für die Portionsstreifen (18) zugeordnet ist.

18. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 17, dadurch ge kennzeichnet, daß die Pastiereinrichtung (6) aus einer in Transportrichtung (T) des Transportbandes (1, 1′) synchron umlaufenden, angetriebenen Walze (19) besteht.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß das Transportband (1, 1′) unterhalb der Walze (19) abgestützt ist.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder 19, dadurch gekennzeich net, daß die Walze (19) aus Kunststoff besteht.

21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch ge kennzeichnet, daß die Walze (19) einen Durchmesser zwischen 150 mm und 250 mm, vorzugsweise von ungefähr 200 mm auf weist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch ge kennzeichnet, daß die Walze (19) höhenverstellbar ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 22, dadurch ge kennzeichnet, daß zwischen der Pastiereinrichtung (6) und der Preßeinrichtung (9) eine während des Reinigungsvorganges synchron mit dem Transportband (1, 1′) mitlaufende Reini gungseinrichtung (7) angeordnet ist, die entsprechend der Kathodenlänge im Bereich der Schnittstelle die Kathodenmasse (5) automatisch entfernt und das Trägermaterial (13) an der späteren Kontaktierstelle für die Stromableitung in einer bestimmten Länge freilegt.

24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, daß die Reinigungseinrichtung (7) mit Wasser und/oder Druckluft beaufschlagbar ist.

25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 24, dadurch ge kennzeichnet, daß die Preßeinrichtung (9) aus zwei dem Transportband (1) nachgeordneten, endlos umlaufenden Bändern (23) besteht, die zwischen sich in einem spaltförmigen Kanal (24) das pastierte Trägermaterial (13) aufnehmen und pres sen, wobei der so ausgebildeten Preßeinrichtung (9) wieder ein entsprechendes Transportband (1′) nachgeordnet ist, wel ches das zuvor gepreßte pastierte Trägermaterial (13) über nimmt.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Bänder (23) Stahlbänder sind.

27. Vorrichtung nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeich net, daß die Bänder (23) unterseitig abgestützt sind.

28. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch ge kennzeichnet, daß zwischen dem pastierten Trägermaterial (13) und den beiden Bändern (23) deren Preßeinrichtung (9) jeweils ein synchron mitlaufender Papierstreifen (25) ange ordnet ist.

29. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 28, dadurch ge kennzeichnet, daß die Preßeinrichtung (9) zur Druckeinstel lung höhenverstellbar ist.

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 29, dadurch ge kennzeichnet, daß zwischen der Preßeinrichtung (9) und der Schneideinrichtung (11) eine Einrichtung zum Entfernen der seitlich über das Trägermaterial (13) überstehenden Katho denmasse (5) angeordnet ist.

31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung eine Abschneideinrichtung (10) mit einem Messerscheibenpaar (27) ist.

32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 31, dadurch ge kennzeichnet, daß die Schneideinrichtung (11) sensorge steuert ist und ein pneumatisch angetriebenes Messer auf weist.

33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 32, dadurch ge kennzeichnet, daß das Transportband (1′) im Bereich nach der Schneideinrichtung (11) als Beschleunigungsband zum Verein zeln der geschnittenen, streifenförmigen Kathode (28) ausge bildet ist.