EP2625734A1 - Verfahren zum herstellen einer elektrode - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer elektrode

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Publication number
EP2625734A1
EP2625734A1 EP11770351.2A EP11770351A EP2625734A1 EP 2625734 A1 EP2625734 A1 EP 2625734A1 EP 11770351 A EP11770351 A EP 11770351A EP 2625734 A1 EP2625734 A1 EP 2625734A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode
connecting portion
side edge
range
cut
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP11770351.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hubert Vonderhagen
Lothar Thommes
Steffen Legner
Claus-Rupert Hohenthanner
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Li Tec Battery GmbH
Original Assignee
Li Tec Battery GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Li Tec Battery GmbH filed Critical Li Tec Battery GmbH
Publication of EP2625734A1 publication Critical patent/EP2625734A1/de
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/06—Electrodes for primary cells
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
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    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture
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    • H01M4/8875—Methods for shaping the electrode into free-standing bodies, like sheets, films or grids, e.g. moulding, hot-pressing, casting without support, extrusion without support
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
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    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electrode and to an electrode produced by such a method, in particular for an electrochemical energy storage device.
  • electrochemical energy storage devices have recently received increasing attention, as they are used for energy storage in ever-increasing quantities, for example, in electronic articles, in motor vehicles and in power plants. Since electrochemical energy storage devices are thus mass-produced, in addition to their technical properties, their production process also has to be accorded an increased importance.
  • an electrochemical energy storage device has at least one electrochemical cell. This in turn has an enclosure, which delimits an electrochemically active part from the environment.
  • This electrochemically active part of the cell has, in particular in the case of cuboid or Coffeebag shaped energy storage cells usually a plurality of sheet-like anodes, cathodes and separators, which lie alternately against each other and thus form an electrode stack.
  • An electrolyte is at least partially taken up by the separators.
  • anodes and cathodes can be referred to as electrodes. Most of these electrodes are cut from a band or plate-shaped semifinished product. This cutting process is due to the large number of required Electrodes in the manufacture of electrochemical energy storage devices significant.
  • the storage capacity of electrochemical energy storage devices depends i.a. from the total area of the electrodes. In particular, two alternatives are available for enlarging this area. On the one hand, to increase the capacity of the number of electrodes in a cell can be increased, on the other hand, the area of each electrode can be increased. In order to enable a flexible size adaptation of the electrodes, it seems to be expedient to use for the cutting of these electrodes tools which allow at least a first and a substantially independent second cut. By two substantially independent sections, the contour of an electrode is formed by at least two - in the case of substantially rectangular electrodes preferably four - substantially independent cut edges.
  • the object of the invention is to provide an improved method for producing an electrode as well as an improved electrode.
  • the electrode according to the invention has a contour which has two side edges, wherein a first side edge and a second side edge are interconnected by a connecting portion.
  • the connecting portion has a substantially rectilinear region that merges into the first side edge and a substantially curved region that merges into the second side edge.
  • the first side edge is created by a first cut
  • the second side edge is created by a second cut
  • the connecting portion is formed with the first cut or the second cut.
  • the connecting portion between two side edges of the electrode has a rectilinear and a bent portion.
  • edges or edge portions of the electrode do not intersect at an acute angle.
  • sharp corners i. Corners with an internal angle of 90 ° or less, can be avoided at the electrode.
  • the mechanical and thermal stresses of the electrode in the region of the connection portion can be reduced and the risk of damage to the adjacent enclosure in the region of the connection portion can be reduced. This can increase the life of, for example, an electrochemical cell having such an electrode.
  • an "electrochemical energy storage device” is to be understood as any type of energy store which can be removed from electrical energy, wherein an electrochemical reaction takes place in the interior of the energy store at least one electrochemical cell, preferably a plurality of electrochemical cells
  • the plurality of electrochemical cells may be connected in parallel to store a larger amount of charge or may be connected in series to achieve a desired operating voltage or form a combination of parallel and series connection.
  • electrochemical cell is understood to mean a device which serves to deliver electrical energy, the energy being in chemical form is stored. In the case of rechargeable secondary batteries, the cell is also designed to receive electrical energy, convert it to chemical energy, and store it.
  • the shape (ie, in particular, the size and the geometry) of an electrochemical cell can be chosen depending on the available space.
  • the electrochemical cell is formed substantially prismatic or cylindrical.
  • the present invention is particularly useful for electrochemical cells, referred to as pouch cells or coffeebag cells, without the electrochemical cell of the present invention being limited to this application.
  • an “electrode stack” is to be understood as meaning an arrangement of at least two electrodes and an electrolyte arranged therebetween.
  • the electrolyte may be partially accommodated by a separator, the separator then separating the electrodes.
  • the electrode stack has a plurality of layers of electrodes and electrodes
  • the electrodes are, for example, plate-shaped or foil-like and are preferably arranged substantially parallel to one another (prismatic energy storage cells)
  • the electrode stack may also be wound and one in the Have substantially cylindrical shape (cylindrical energy storage cells).
  • the term “electrode stack” should also include such electrode coils.
  • the electrode stack may also comprise lithium or another alkali metal in ionic form.
  • electrode in the context of the present invention is intended to mean a substantially plate-shaped element made of an electrically conductive material (preferably metal or metal alloy) .
  • the thickness of the electrode may range from film thickness to a plate thickness of a few millimeters.
  • the electrode has a substantially rectangular basic shape with four side edges which meet one another substantially at right angles.
  • the “contour” of the electrode is to be understood as meaning the edge of the electrode, which is preferably closed, and the contour of the electrode preferably has a substantially polygonal shape two first and two second side edges determined.
  • the contour of the electrode has at least two rectilinear sections.
  • connecting portion is meant a portion of the contour of the electrode connecting a first side edge to a second side edge
  • a connecting portion connects side edges that intersect at an angle greater than 60 °, preferably greater than 80 ° and / or preferably less than 120 °, preferably less than 100 °, and more preferably these side edges intersect at a substantially right angle.
  • the term "semifinished product” comprises prefabricated raw material forms which have to be further processed to produce a final product.
  • the semifinished product is preferably provided in strip form, ie in continuous form, or in plate form, ie in individual parts
  • the thickness can range from film thickness to a plate thickness of a few millimeters
  • Semifinished product preferably less than 1 mm, more preferably less than 0.3 mm, more preferably less than 0.15 mm and / or greater than 0.05 mm, more preferably greater than 0.1 mm and particularly preferably greater than 0.125 mm.
  • the term "cutting” is to be understood as meaning all mechanical and non-mechanical separation methods which are suitable for producing an electrode having a desired contour from a strip-shaped or plate-shaped semi-finished product Sawing and the like, as well as non-mechanical methods such as laser cutting, water jet cutting, etc.
  • the contour of the electrode is preferably formed by a plurality of cuts or cuts through which the side edges and connecting portions of the electrode contour are formed A dividing line between the semi-finished product provided and the electrode is to be understood. gives two cut edges.
  • the cut edges produced in a cutting operation are substantially parallel to each other.
  • connection section is to be understood as meaning a section of the contour of the electrode which has no curvature, and preferably the rectilinear region adjoins the bent region of the connection section.
  • connection section is to be understood as meaning a section of the contour of the electrode which has a curvature, and the curvature is preferably substantially convex
  • bent region also adjoins the rectilinear region of the connection section.
  • the bent portion of the connecting portion has a substantially circular course. Further preferably, this region has a preferably constant radius. Preferably, this radius is in a range between about 1 mm and about 10 mm, more preferably between about 2 mm and about 6 mm, and most preferably about 3 mm.
  • this radius is in a range between about 1 mm and about 10 mm, more preferably between about 2 mm and about 6 mm, and most preferably about 3 mm.
  • the bent region of the connection section can be described essentially by an opening angle.
  • This opening angle is preferably greater than 30 °, more preferably greater than 40 ° and / or preferably less than and 60 °, more preferably less than 50 °, and most preferably about 45 °.
  • the bent portion of the connecting portion merges substantially tangentially into the second side edge of the electrode.
  • the bent portion of the connection portion tangentially merges with the side edge which is not cut by the straight portion of the connection portion.
  • the rectilinear region of the connecting portion intersects the first side edge of the electrode at an angle which is preferably greater than 15 °, more preferably greater than 25 °, and / or preferably less than 60 °, more preferably less than 50 °, and most preferred is about 45 °.
  • the bent portion of the connecting portion merges substantially tangentially into the rectilinear region of the connecting portion.
  • this tangential transition prevents a discontinuity in the contour of the electrode resulting at the point of transition between the two regions of the connecting portion, which would have a negative effect on the stress of the electrode or the life of the adjacent cell envelope.
  • the electrode has a substantially rectangular shape. Further preferably, two side edges are connected to one another by a connecting portion designed according to the invention. Preferably, the electrode has four connecting sections and all side edges are connected to one another via these.
  • This configuration of the electrode has a contour which is insensitive to external stresses in the area and which has a relatively large area. Through the As a result of the described configuration of the electrode, a preferably large-area and preferably insensitive electrode is thus provided. In addition, this electrode advantageously reduces the risk of damage to the adjacent cell envelope, for example due to sharp edges or corners.
  • FIG. 1 shows first and second sections on a band-shaped semifinished product for producing an electrode according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic partial view for explaining the contour of the electrode in
  • FIG. 1 shows a band-shaped semi-finished product 8, which extends essentially in a first spatial direction 13 and a second spatial direction 14.
  • the thickness of this semifinished product (see FIG. 3) is small with respect to these first and second spatial directions 13, 14, and has only film thickness, for example.
  • this semi-finished product 8 By means of a first cutting process, in this semi-finished product 8 two first cut edges are produced, which finally form two first side edges 3 of the electrode 1, and by a second cutting operation two second cut edges are produced, which finally form two second side edges 4 of the electrode 1.
  • the second cutting operation can be performed before the first cutting operation.
  • the two cutting operations are preferably carried out so that the electrode 1 is completely separated from the semifinished product 8.
  • FIG. 2 shows the connecting section 5 between a first side edge 3 and a second side edge 4 of the electrode 1.
  • This connecting section 5 has, in particular, a rectilinear region 5a and a bent region 5b.
  • the rectilinear region 5a merges with an (outer) angle 6 of less than 90 ° into the first side edge 3 of the electrode 1, while the bent region 5b merges into the second side edge 4 essentially tangentially.
  • the rectilinear portion 5a of the connection portion 5 transitions substantially tangentially into the bent portion 5b.
  • the terms of the first and second side edge can optionally be reversed.
  • the bent region 5b of the connecting portion 5 has a substantially circular profile with a radius 9 and an opening angle 7.
  • the rectilinear region 5a intersects the first side edge 3 at an angle 6, as illustrated in FIG.
  • the radius 9 of the bent portion 5b of the connecting portion 5 is about 4 mm
  • the opening angle 7 of the bent portion 5b of the connecting portion 5 is about 45 °
  • the intersecting angle 6 between the rectilinear portion 5a of the connecting portion 5 and the first side edge 3 of the electrode 1 about 45 °, without the present invention being limited to these numerical values.
  • the surface of the electrode 1 is increased by the surface gain 11 by the manufacturing method according to the invention, as illustrated in Figure 2.
  • the total area gain of a substantially rectangular electrode 1 is then composed of a total of four such area gains 1 1, and the total area gain for an electrochemical energy storage cell is composed of a plurality of area gains 1 1 for a plurality of electrodes 1 together.
  • this plurality of areas 1 1 the capacity of the electrochemical energy storage device can be increased.
  • FIG. 3 shows a section of an electrode stack, wherein this electrode stack has a multiplicity of electrodes 1 and a large number of separators 12 between the electrodes 1.
  • the separators 12 are arranged so that two electrodes 1 are separated from each other by one of these separators 12.
  • the electrodes 1 essentially have the thickness 15 of the semifinished product 8.
  • Various electrodes 1 can be produced from different semi-finished products 8 and accordingly have different thicknesses 15.

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Abstract

Eine Elektrode (1) für eine elektrochemische Energiespeichervorrichtung hat eine Kontur (2), welche zwei Seitenkanten aufweist, wobei eine erste Seitenkante (3) und eine zweite Seitenkante (4) durch einen Verbindungsabschnitt (5) miteinander verbunden sind. Der Verbindungsabschnitt (5) weist einen im Wesentlichen geradlinigen Bereich (5a), der in die erste Seitenkante (3) übergeht, und einen im Wesentlichen gebogenen Bereich (5b), der in die zweite Seitenkante (4) übergeht, auf. Bei der Herstellung einer solchen Elektrode wird die erste Seitenkante (3) durch einen ersten Schnitt erzeugt, wird die zweite Seitenkante (4) durch einen zweiten Schnitt erzeugt und wird der Verbindungsabschnitt (5) mit dem ersten Schnitt oder dem zweiten Schnitt erzeugt.

Description

Verfahren zum Herstellen einer Elektrode
Bes c h re i b u n g
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode sowie eine durch ein solches Verfahren hergestellte Elektrode, insbesondere für eine elektrochemische Energiespeichervorrichtung. Der Entwicklung von elektrochemischen Energiespeichervorrichtungen kommt in letzter Zeit steigende Aufmerksamkeit zu, da diese zur Energiespeicherung in immer größer werdenden Stückzahlen beispielsweise in elektronischen Artikeln, in Kraftfahrzeugen und in Kraftwerken eingesetzt werden. Da elektrochemische Energiespeichervorrichtungen somit Massenartikel sind, ist neben ihren technischen Eigenschaften auch ihrem Herstellungsprozess eine gesteigerte Bedeutung beizumessen.
Im Allgemeinen weist eine elektrochemische Energiespeichervorrichtung wenigstens eine elektrochemische Zelle auf. Diese wiederum weist eine Umhüllung auf, welche einen elektrochemisch aktiven Teil gegen die Umgebung abgrenzt. Dieser elektro- chemisch aktive Teil der Zelle weist, insbesondere im Fall von quader- oder Coffeebag- förmigen Energiespeicherzellen in der Regel eine Vielzahl von blattartigen Anoden, Kathoden und Separatoren auf, die abwechselnd aneinander liegen und so einen Elektrodenstapel bilden. Ein Elektrolyt ist zumindest teilweise von den Separatoren aufgenommen.
Zusammenfassend können Anoden und Kathoden als Elektroden bezeichnet werden. Meist werden diese Elektroden aus einem band- oder plattenförmigen Halbzeug geschnitten. Dieser Schneidevorgang ist aufgrund der Vielzahl der benötigten Elektroden bei der Fertigung von elektrochemischen Energiespeichervorrichtungen bedeutsam.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, scharfkantige Ecken an Blechen oder ähnlichen Halbzeugen, wobei als scharfkantige Ecken vorzugsweise spitzwinkelige Übergänge von einer ersten Schnittkante in eine zweite Schnittkante zu verstehen sind, mit Radien zu versehen. Eck- oder Randbereiche sind aufgrund ihrer geometrischen Ausprägung oftmals durch äußere und/oder thermische Beanspruchungen gefährdet. Durch das Vorsehen von Radien an diesen gefährdeten Abschnitten können die Beanspruchungen gesenkt werden. Zudem können die Gefahr von Rissbildung und/ oder Abnützung der angrenzenden Zellenumhüllung verringert und somit die Lebensdauer dieser Bauteile erhöht werden.
Weiter hängt die Speicherkapazität von elektrochemischen Energiespeicher- Vorrichtungen u.a. von der Gesamtfläche der Elektroden ab. Zur Vergrößerung dieser Fläche bieten sich insbesondere zwei Alternativen an. Zum einen kann zur Kapazitätssteigerung die Anzahl der Elektroden in einer Zelle erhöht werden, zum anderen kann die Fläche jeder einzelnen Elektrode vergrößert werden. Um eine flexible Größenanpassung der Elektroden zu ermöglichen, erscheint es als sinnvoll, für das Zuschneiden dieser Elektroden Werkzeuge zu verwenden, welche wenigstens einen ersten und einen davon im Wesentlichen unabhängigen zweiten Schnitt ermöglichen. Durch zwei im Wesentlichen voneinander unabhängige Schnitte wird die Kontur einer Elektrode durch wenigstens zwei - im Fall von im Wesentlichen rechteckigen Elektroden vorzugsweise vier - im Wesentlichen voneinander unabhängige Schnittkanten gebildet.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, ein verbessertes Verfahren zum Herstellen einer Elektrode sowie eine verbesserte Elektrode bereitzustellen.
Dies wird erfindungsgemäß durch die Lehren der unabhängigen Ansprüche erreicht. Zu bevorzugende Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche. Die erfindungsgemäße Elektrode hat eine Kontur, welche zwei Seitenkanten aufweist, wobei eine erste Seitenkante und eine zweite Seitenkante durch einen Verbindungsabschnitt miteinander verbunden sind. Der Verbindungsabschnitt weist einen im Wesentlichen geradlinigen Bereich, der in die erste Seitenkante übergeht, und einen im Wesentlichen gebogenen Bereich, der in die zweite Seitenkante übergeht, auf. Bei der Herstellung einer solchen Elektrode wird die erste Seitenkante durch einen ersten Schnitt erzeugt, wird die zweite Seitenkante durch einen zweiten Schnitt erzeugt und wird der Verbindungsabschnitt mit dem ersten Schnitt oder dem zweiten Schnitt erzeugt.
Bei der erfindungsgemäßen Elektrode weist der Verbindungsabschnitt zwischen zwei Seitenkanten der Elektrode einen geradlinigen und einen gebogenen Abschnitt auf. Hierdurch kann erreicht werden, dass sich Kanten oder Kantenabschnitte der Elektrode nicht spitzwinklig schneiden. Mit anderen Worten können scharfkantige Ecken, d.h. Ecken mit einem Innenwinkel von 90° oder weniger, an der Elektrode vermieden werden. Als Ergebnis können die mechanischen und thermischen Beanspruchungen der Elektrode im Bereich des Verbindungsabschnitts reduziert und die Gefahr von Beschädigungen der angrenzenden Umhüllung im Bereich des Verbindungsabschnitts verringert werden. Dies kann die Lebensdauer zum Beispiel einer elektrochemischen Zelle mit einer solchen Elektrode erhöhen.
Unter einer„elektrochemischen Energiespeichervorrichtung" soll vorliegend jede Art von Energiespeicher verstanden werden, dem elektrische Energie entnommen werden kann, wobei im Innern des Energiespeichers eine elektrochemische Reaktion abläuft. Der Begriff umfasst Energiespeicher aller Art, insbesondere Primärbatterien, Sekundärbatterien sowie Brennstoffzellen. Die elektrochemische Energiespeichervorrichtung weist wenigstens eine elektrochemische Zelle, bevorzugt mehrere elektrochemische Zellen auf. Die mehreren elektrochemischen Zellen können zum Speichern einer größeren Ladungsmenge parallel geschaltet sein oder zur Erzielung einer gewünschten Betriebsspannung in Serie geschaltet sein oder eine Kombination aus Parallel- und Serienschaltung bilden.
Unter einer„elektrochemischen Zelle" ist dabei eine Vorrichtung zu verstehen, welche der Abgabe elektrischer Energie dient, wobei die Energie in chemischer Form gespeichert wird. Im Fall von wiederaufladbaren Sekundärbatterien ist die Zelle auch ausgebildet, um elektrische Energie aufzunehmen, in chemische Energie umzuwandeln und abzuspeichern. Die Gestalt (d.h. insbesondere die Größe und die Geometrie) einer elektrochemischen Zelle kann abhängig von dem verfügbaren Raum gewählt werden. Bevorzugt ist die elektrochemische Zelle im Wesentlichen prismatisch oder zylindrisch ausgebildet. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für elektrochemische Zellen in vorteilhafter Weise einsetzbar, die als Pouch-Zellen oder Coffeebag-Zellen bezeichnet werden, ohne dass die elektrochemische Zelle der vorliegenden Erfindung auf diese Anwendung beschränkt sein soll. In diesem Zusammenhang soll unter einem „Elektrodenstapel" eine Anordnung aus wenigstens zwei Elektroden und einem dazwischen angeordneten Elektrolyten verstanden werden. Der Elektrolyt kann teilweise von einem Separator aufgenommen sein, wobei der Separator dann die Elektroden trennt. Bevorzugt weist der Elektrodenstapel mehrere Schichten von Elektroden und Separatoren auf, wobei die Elektroden gleicher Polarität jeweils vorzugsweise elektrisch miteinander verbunden, insbesondere parallel geschaltet sind. Die Elektroden sind zum Beispiel plattenförmig oder folienartig ausgebildet und sind bevorzugt im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet (prismatische Energiespeicherzellen). Der Elektrodenstapel kann auch gewickelt sein und eine im Wesentlichen zylindrische Gestalt besitzen (zylindrische Energiespeicherzellen). Der Begriff „Elektrodenstapel" soll auch derartige Elektrodenwickel beinhalten. Der Elektrodenstapel kann Lithium oder ein anderes Alkalimetall auch in ionischer Form aufweisen.
Der Begriff„Elektrode" soll im Rahmen der vorliegenden Erfindung ein im Wesentlichen plattenförmiges Element aus einem elektrisch leitfähigen Material (vorzugsweise Metall oder Metalllegierung) bedeuten. Die Dicke der Elektrode kann dabei von Folienstärke bis hin zu einer Plattenstärke von einigen Millimetern reichen. Die Kontur, d.h. die Grundform der Elektrode ist grundsätzlich beliebig. Vorzugsweise hat die Elektrode eine im Wesentlichen rechteckige Grundform mit vier Seitenkanten, die im Wesentlichen rechtwinklig aufeinander treffen.
Unter der„Kontur" der Elektrode ist die vorzugsweise geschlossen umlaufende Be- randung der Elektrode zu verstehen. Vorzugsweise weist die Kontur der Elektrode eine im Wesentlichen mehreckige Form auf. Weiter vorzugsweise wird die Kontur der Elektrode durch wenigstens eine erste und eine zweite Seitenkante, bevorzugt zwei erste und zwei zweite Seitenkanten bestimmt. Vorzugsweise weist die Kontur der Elektrode wenigstens zwei geradlinige Abschnitte auf.
Unter dem Begriff„Verbindungsabschnitt" ist ein Abschnitt der Kontur der Elektrode zu verstehen, welcher eine erste Seitenkante mit einer zweiten Seitenkante verbindet. Vorzugsweise verbindet ein Verbindungsabschnitt Seitenkanten, welche sich unter einem Winkel schneiden, der größer als 60°, bevorzugt größer als 80° und/oder vorzugsweise kleiner als 120°, bevorzugt kleiner als 100° ist, und besonders bevorzugt schneiden sich diese Seitenkanten unter einem im Wesentlichen rechten Winkel.
Der Begriff „Halbzeug" umfasst vorgefertigte Rohmaterialformen, welche zur Herstellung eines Endprodukts weiterverarbeitet werden müssen. Das Halbzeug wird vorzugsweise bandförmig, d.h. in fortlaufender Form, oder plattenförmig, d.h. in Einzelteilen, zur Verfügung gestellt. Unter einem band- oder plattenförmigen Halbzeug ist dabei ein Halbzeug zu verstehen, welches im Verhältnis zu seiner geringen Dicke eine große Erstreckung in eine erste und in eine zweite Raumrichtung aufweist. Die Dicke kann dabei von Folienstärke bis hin zu einer Platenstärke von einigen Millimetern reichen. Zur Herstellung von Elektroden in Folienstärke ist die Dicke des Halbzeugs vorzugsweise geringer als 1 mm, bevorzugter geringer als 0,3 mm, besonders bevor- zugt geringer als 0,15 mm und/oder größer als 0,05 mm, bevorzugter größer als 0,1 mm und besonders bevorzugt größer als 0,125 mm.
Unter dem Begriff „Schneiden" sollen in diesem Zusammenhang alle mechanischen und nicht-mechanischen Trennverfahren verstanden werden, die geeignet sind, eine Elektrode mit einer gewünschten Kontur aus einem band- oder plattenförmigen Halbzeug zu fertigen. Solche Trennverfahren umfassen insbesondere mechanische Verfahren wie Stanzen, Schneiden, Sägen und dergleichen, sowie nicht-mechanische Verfahren wie Laserschneiden, Wasserstrahlschneiden und dergleichen. Die Kontur der Elektrode entsteht vorzugsweise durch mehrere Schnitte bzw. Schnittvorgänge, durch welche die Seitenkanten und Verbindungsabschnitte der Elektrodenkontur gebildet werden. Unter einer Schnittkante ist dabei ein vorzugsweise zusammenhängender Abschnitt einer Trennlinie zwischen dem bereitgestellten Halbzeug und der Elektrode zu verstehen. Vorzugsweise entsteht bei einem Schnittvorgang wenigstens eine, bevor- zugt zwei Schnittkanten. Vorzugsweise sind die in einem Schnittvorgang erzeugten Schnittkanten im Wesentlichen parallel zueinander.
Unter dem „geradlinigen Bereich" des Verbindungsabschnitts ist ein Abschnitt der Kontur der Elektrode zu verstehen, welcher keine Krümmung aufweist. Vorzugsweise grenzt der geradlinige Bereich an den gebogenen Bereich des Verbindungsanschnitts an.
Unter dem„gebogenen Bereich" des Verbindungsabschnitts ist ein Abschnitt der Kontur der Elektrode zu verstehen, welcher eine Krümmung aufweist. Die Krümmung ist vorzugsweise im Wesentlichen konvex ausgebildet. Vorzugsweise ist die Krümmung im gebogenen Bereich des Verbindungsabschnitts fortlaufend vorgesehen. Vorzugsweise grenzt der gebogene Bereich des Verbindungsabschnitts an die zweite Seitenkante der Elektrode an. Weiter vorzugsweise grenzt der gebogene Bereich an den geradlinigen Bereich des Verbindungsanschnitts an.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist der gebogene Bereich des Verbindungsabschnitts einen im Wesentlichen kreisförmigen Verlauf auf. Weiter vorzugsweise weist dieser Bereich einen vorzugsweise konstanten Radius auf. Vorzugsweise liegt dieser Radius in einem Bereich zwischen etwa 1 mm und etwa 10 mm, bevorzugter zwischen etwa 2 mm und etwa 6 mm und besonders bevorzugt bei etwa 3 mm. Durch einen Radius der beschriebenen Größe werden einerseits die unvorteilhaften Eckenbeanspruchungen an der Kontur der Elektrode gesenkt und wird zum anderen die Fläche der Elektrode durch den gebogenen Bereich relativ groß gehalten.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist der gebogene Bereich des Verbindungsabschnitts im Wesentlichen durch einen Öffnungswinkel beschreibbar. Dieser Öffnungswinkel ist vorzugsweise größer als 30°, bevorzugter größer als 40° und/oder vorzugsweise kleiner als und 60°, bevorzugter kleiner als 50°, und besonders bevorzugt bei etwa 45°. Durch einen Öffnungswinkel des gebogenen Abschnitts in der beschriebenen Größe wird erreicht, dass die Fläche der Elektrode durch den Verbindungsabschnitt relativ groß gehalten wird und die Eckenbeanspruchung vermindert wird. In einer bevorzugten Ausführungsform geht der gebogenen Bereich des Verbindungsabschnitts im Wesentlichen tangential in die zweite Seitenkante der Elektrode über. Vorzugsweise geht der gebogene Bereich des Verbindungsabschnitts in die Seitenkante tangential über, welche nicht von dem geradlinigen Bereich des Verbindungs- abschnitts geschnitten wird. Durch diesen tangentialen Übergang wird vorteilhaft eine Unstetigkeit in der Kontur der Elektrode vermieden und kann somit die Beanspruchung derselben verringert und ein verbessertes Verfahren zum Ausschneiden der Elektrode bereitgestellt werden. In einer bevorzugten Ausführungsform schneidet der geradlinige Bereich des Verbindungsabschnitts die erste Seitenkante der Elektrode in einem Winkel, welcher vorzugsweise größer als 15°, bevorzugter größer als 25° ist und/oder vorzugsweise kleiner als 60°, bevorzugter kleiner als 50° ist und besonders bevorzugt etwa 45° beträgt. Durch einen Winkel in dem beschriebenen Winkelbereich wird einerseits erreicht, dass sich die Fläche der Elektrode durch den Verbindungsabschnitt nur unwesentlich verkleinert, und andererseits, dass die Kantenbeanspruchung am Übergang vom geradlinigen Bereich des Verbindungsabschnitts auf die Seitenkante gering bleibt. In einer bevorzugten Ausführungsform geht der gebogenen Bereich des Verbindungsabschnitts im Wesentlichen tangential in den geradlinigen Bereich des Verbindungsabschnitts über. In vorteilhafter Weise kann durch diesen tangentialen Übergang verhindert werden, dass sich an der Stelle des Übergangs zwischen den beiden Bereichen des Verbindungsabschnitts eine Unstetigkeit in der Kontur der Elektrode ergibt, welche sich negativ auf die Beanspruchung der Elektrode oder die Lebensdauer der angrenzenden Zellenumhüllung auswirken würde.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Elektrode eine im Wesentlichen rechteckige Form auf. Weiter vorzugsweise sind jeweils zwei Seitenkanten durch einen erfindungsgemäß ausgestalteten Verbindungsabschnitt miteinander verbunden. Bevorzugt weist die Elektrode vier Verbindungsabschnitte auf und es sind alle Seitenkanten über diese miteinander verbunden. Durch diese Ausgestaltung der Elektrode weist diese eine Kontur auf, welche unempfindlich gegen äußere Beanspruchungen im Bereich ist und welche eine verhältnismäßig große Fläche aufweist. Durch die be- schriebene Ausgestaltung der Elektrode wird somit eine vorzugsweise großflächige und bevorzugt unempfindliche Elektrode bereitgestellt. Außerdem vermindert diese Elektrode in vorteilhafter Weise die Gefahr einer Beschädigung der angrenzenden Zellenumhüllung z.B. durch scharfe Kanten oder Ecken.
Weitere Merkmale, Vorteile und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der folgenden Beschreibung in Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen. Darin zeigen: Fig. 1 erste und zweite Schnitte an einem bandförmigen Halbzeug zur erfindungsgemäßen Herstellung einer Elektrode;
Fig. 2 eine schematische Teilansicht zur Erläuterung der Kontur der Elektrode im
Bereich eines Verbindungsabschnitts zwischen zwei Seitenkanten der Elektrode; und eine schematische Teilansicht eines Elektrodenstapels
Figur 1 zeigt ein bandförmiges Halbzeug 8, welches sich im Wesentlichen in eine erste Raumrichtung 13 und eine zweite Raumrichtung 14 erstreckt. Die Dicke dieses Halbzeugs (siehe hierzu Figur 3) ist gegenüber dieser ersten und zweiten Raumrichtung 13, 14 gering, hat zum Beispiel nur Folienstärke.
Durch einen ersten Schnittvorgang werden in diesem Halbzeug 8 zwei erste Schnitt- kanten erzeugt, welche schließlich zwei erste Seitenkanten 3 der Elektrode 1 bilden, und durch einen zweiten Schnittvorgang werden zwei zweite Schnittkanten erzeugt, welche schließlich zwei zweite Seitenkanten 4 der Elektrode 1 bilden. Dabei kann auch der zweite Schnittvorgang vor dem ersten Schnittvorgang durchgeführt werden. Durch diese beiden Schnittvorgänge bildet sich die Kontur 2 der Elektrode 1 aus. Die beiden Schnittvorgänge werden vorzugsweise so ausgeführt, dass die Elektrode 1 vollständig vom Halbzeug 8 getrennt wird.
Während in dem Ausführungsbeispiel von Figur 1 sich die Schnittkanten 3 jeweils über die gesamte Breite 14 des Halbzeugbandes 8 erstrecken, können diese Schnitte auch kürzer ausgeführt werden und nur bis etwas über die Bereiche der Schnittpunkte mit den anderen Schnittkanten 4 hinaus erfolgen. Je nach Art des Schneidevorganges kann diese Vorgehensweise zu einem zeitlich verkürzten Schnittvorgang führen. Figur 2 zeigt den Verbindungsabschnitt 5 zwischen einer ersten Seitenkante 3 und einer zweiten Seitenkante 4 der Elektrode 1. Dieser Verbindungsabschnitt 5 weist insbesondere einen geradlinigen Bereich 5a und einen gebogenen Bereich 5b auf. Der geradlinige Bereich 5a geht mit einem (Außen-)Winkel 6 kleiner 90° in die erste Seitenkante 3 der Elektrode 1 über, während der gebogene Bereich 5b im Wesentlichen tangential in die zweite Seitenkante 4 übergeht. Außerdem geht der geradlinige Bereich 5a des Verbindungsabschnitts 5 im Wesentlichen tangential in den gebogenen Bereich 5b über. Die Benennungen der ersten und zweiten Seitenkante können wahlweise auch umgekehrt werden. Der gebogenen Bereich 5b des Verbindungsabschnitts 5 weist einen im Wesentlichen kreisförmigen Verlauf mit einem Radius 9 und einem Öffnungswinkel 7 auf. Der geradlinige Bereich 5a schneidet die erste Seitenkante 3 in einem Winkel 6, wie in Figur 2 veranschaulicht. In dem gezeigten Ausführungsbeispiel beträgt der Radius 9 des gebogenen Bereichs 5b des Verbindungsabschnitts 5 etwa 4 mm, beträgt der Öffnungswinkel 7 des gebogenen Bereichs 5b des Verbindungsabschnitts 5 etwa 45° und beträgt der Schnittwinkel 6 zwischen dem geradlinigen Bereich 5a des Verbindungsabschnitts 5 und der ersten Seitenkante 3 der Elektrode 1 etwa 45°, ohne dass die vorliegende Erfindung auf diese Zahlenwerte beschränkt sein soll.
Gegenüber einer reinen Abrundung zwischen der ersten Seitenkante 3 und der zweiten Seitenkante 4 der Elektrode 1 , welche durch einen Abrundungsradius 10 beschrieben werden kann, wird durch das erfindungsgemäße Herstellungsverfahren die Fläche der Elektrode 1 um den Flächenzugewinn 11 vergrößert, wie in Figur 2 veranschaulicht. Der gesamte Flächengewinn einer im Wesentlichen rechteckigen Elektrode 1 setzt sich dann aus insgesamt vier solchen Flächenzugewinnen 1 1 zusammen, und der gesamte Flächengewinn für eine elektrochemische Energiespeicherzelle setzt sich aus einer Vielzahl von Flächenzugewinnen 1 1 für eine Vielzahl von Elektroden 1 zusammen. Durch diese Vielzahl an Flächenzugewinnen 1 1 kann die Kapazität der elektrochemischen Energiespeichervorrichtung gesteigert werden.
Figur 3 zeigt einen Ausschnitt eines Elektrodenstapels, dabei weist dieser Elektroden- Stapel eine Vielzahl von Elektroden 1 und eine Vielzahl von Separatoren 12 zwischen den Elektroden 1 auf. Die Separatoren 12 sind so angeordnet, dass zwei Elektroden 1 durch einen dieser Separatoren 12 voneinander getrennt werden. Die Elektroden 1 weisen im Wesentlichen die Dicke 15 des Halbzeugs 8 auf. Verschiedene Elektroden 1 können aus unterschiedlichen Halbzeugen 8 hergestellt werden und demnach unter- schiedliche Dicken 15 aufweisen.
Bezugszeichenliste
1 Elektrode
2 Kontur der Elektrode
3 erste Seitenkante
4 zweite Seitenkante
5 Verbindungsabschnitt
5a geradliniger Bereich des Verbindungsabschnitts
5b gebogener Bereich des Verbindungsabschnitts
6 Schnittwinkel
7 Öffnungswinkel
8 Halbzeug
9 Radius des gebogenen Bereichs 5b
10 Abrundungsradius
1 1 Flächenzugewinn
12 Separator
13 erste Raumrichtung
14 zweite Raumrichtung
15 Dicke des Halbzeugs bzw. der Elektrode

Claims

P a te n ta n s p r ü c h e
Verfahren zum Herstellen einer Elektrode (1), insbesondere für eine elektrochemische Energiespeichervorrichtung, mit einer Kontur (2), welche zwei Seitenkanten aufweist, wobei eine erste Seitenkante (3) und eine zweite Seitenkante (4) durch einen Verbindungsabschnitt (5) miteinander verbunden sind, aus einem band- oder plattenförmigen Halbzeug (8), bei welchem die erste Seitenkante (3) durch einen ersten Schnitt erzeugt wird und die zweite Seitenkante (4) durch einen zweiten Schnitt erzeugt wird,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verbindungsabschnitt (5) einen im Wesentlichen geradlinigen Bereich (5a) und einen im Wesentlichen gebogenen Bereich (5b) aufweist; und
der Verbindungsabschnitt (5) mit dem ersten Schnitt oder dem zweiten Schnitt erzeugt wird.
Verfahren nach Anspruch 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der gebogene Bereich (5b) des Verbindungsabschnitts (5) einen im Wesentlichen kreisförmigen Verlauf aufweist.
Verfahren nach Anspruch 2,
dadurch gekennzeichnet, dass
ein Radius (9) des gebogenen Bereichs (5b) des Verbindungsabschnitts (5) im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 10 mm, bevorzugter im Bereich von etwa 2 mm bis etwa 6 mm, besonders bevorzugt bei etwa 3 mm liegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der gebogene Bereich (5b) des Verbindungsabschnitts (5) einen Öffnungswinkel (7) im Bereich von etwa 30° bis etwa 60°, bevorzugter im Bereich von etwa 40° bis etwa 50°, besonders bevorzugt von etwa 45° aufweist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der gebogene Bereich (5b) des Verbindungsabschnitts (5) im Wesentlichen tangential in die zweite Seitenkante (4) der Elektrode (1) übergeht.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der geradlinige Bereich (5a) des Verbindungsabschnitts (5) die erste Seitenkante (3) der Elektrode (1 ) in einem Winkel (6) im Bereich von etwa 15° bis etwa 60°, bevorzugter im Bereich von etwa 25° bis etwa 50°, besonders bevorzugt von etwa 45° schneidet.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, dass
der gebogene Bereich (5b) des Verbindungsabschnitts (5) im Wesentlichen tangential in den geradlinigen Bereich (5a) des Verbindungsabschnitts (5) übergeht.
Elektrode (1 ), insbesondere für eine elektrochemische Energiespeichervorrichtung, mit einer Kontur (2), welche zwei Seitenkanten aufweist, wobei eine erste Seitenkante (3) und eine zweite Seitenkante (4) durch einen Verbindungsabschnitt (5) miteinander verbunden sind,
dadurch gekennzeichnet, dass
der Verbindungsabschnitt (5) einen im Wesentlichen geradlinigen Bereich (5a), der in die erste Seitenkante (3) übergeht, und einen im Wesentlichen gebogenen Bereich (5b), der in die zweite Seitenkante (4) übergeht, aufweist.
Elektrode nach Anspruch 8,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Elektrode (1) im Wesentlichen die Form eines Rechtecks mit insgesamt vier Seitenkanten aufweist, wobei jeweils zwei Seitenkanten (3, 4) mit einem Verbindungsabschnitt (5) nach Anspruch 8 verbunden sind.
10. Elektrode nach Anspruch 8 oder 9,
dadurch gekennzeichnet, dass
der gebogene Bereich (5b) des Verbindungsabschnitts (5) einen im Wesentlichen kreisförmigen Verlauf aufweist, wobei ein Radius (9) des gebogenen Bereichs
(5b) vorzugsweise im Bereich von etwa 1 mm bis etwa 10 mm, bevorzugter im Bereich von etwa 2 mm bis etwa 6 mm, besonders bevorzugt bei etwa 4 mm liegt.
Elektrode nach einem der Ansprüche 8 bis 10,
dadurch gekennzeichnet, dass
der gebogene Bereich (5b) des Verbindungsabschnitts (5) einen Öffnungswinkel (7) im Bereich von etwa 30° bis etwa 60°, bevorzugter im Bereich von etwa 40° bis etwa 50°, besonders bevorzugt von etwa 45° aufweist. 12. Elektrode nach einem der Ansprüche 8 bis 1 1 ,
dadurch gekennzeichnet, dass
der geradlinige Bereich (5a) des Verbindungsabschnitts (5) die erste Seitenkante (3) in einem Winkel (6) im Bereich von etwa 15° bis etwa 60°, bevorzugter im Bereich von etwa 25° bis etwa 50°, besonders bevorzugt von etwa 45° schneidet.
13. Elektrode nach einem der Ansprüche 8 bis 12,
dadurch gekennzeichnet, dass
der gebogene Bereich (5b) des Verbindungsabschnitts (5) im Wesentlichen tangential in den geradlinigen Bereich (5a) des Verbindungsabschnitts (5) übergeht.
14. Elektrochemische Zelle, mit wenigstens einer Elektrode (1 ) nach einem der
Ansprüche 8 bis 13.
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