EP2923406A1 - Apparatur und verfahren zur herstellung von elektrochemischen zellen - Google Patents

Apparatur und verfahren zur herstellung von elektrochemischen zellen

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Publication number
EP2923406A1
EP2923406A1 EP13789781.5A EP13789781A EP2923406A1 EP 2923406 A1 EP2923406 A1 EP 2923406A1 EP 13789781 A EP13789781 A EP 13789781A EP 2923406 A1 EP2923406 A1 EP 2923406A1
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EP
European Patent Office
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components
storage
cells
production
tray
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP13789781.5A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Hannes Wolf
Klaus Leitner
Andreas MÜLLER
Armin Brenner
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.)
BASF SE
Original Assignee
BASF SE
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by BASF SE filed Critical BASF SE
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Publication of EP2923406A1 publication Critical patent/EP2923406A1/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Withdrawn legal-status Critical Current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
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    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0404—Machines for assembling batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
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    • H—ELECTRICITY
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    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
    • H—ELECTRICITY
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    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
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    • H01M50/60—Arrangements or processes for filling or topping-up with liquids; Arrangements or processes for draining liquids from casings
    • H01M50/609—Arrangements or processes for filling with liquid, e.g. electrolytes
    • 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
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    • 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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    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/53—Means to assemble or disassemble
    • Y10T29/5313—Means to assemble electrical device
    • Y10T29/53135—Storage cell or battery

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and a method for producing electrochemical cells, preferably lithium ion cells.
  • the apparatus comprises at least one storage place (13, 15, 17, 19), a mounting place (2, 4), a positioning system (3) with gripper (150), a pipetting machine (5) with cleaning station, a tool for closing cells stacked together by stacking and at least one tray with troughs for receiving components, wherein the number of troughs is a total of> two, preferably> four, more preferably> six.
  • the apparatus can also be equipped with a balance (1) and / or camera (25).
  • the assemblies of the apparatus are preferably surrounded by an enclosure (8), preferably a glovebox.
  • the enclosure is in operative connection with at least one lock (23).
  • the prior art discloses in CN 102290602, CN 201540925 and CN 201829565 a type of apparatus based on the use of a turntable.
  • the different manufacturing stations for the production of the cells are arranged.
  • the components are mounted in a circle around the center on the surface of the turntable and moved by the rotational movement to the individual points of the manufacturing station.
  • an apparatus for assembling film housings is disclosed in CN 102013496.
  • the housings are in this case transported on a conveyor belt along the longitudinal axis of the apparatus, wherein at different positions repeatedly the same process steps are carried out in repetition.
  • the manufacturing equipment must be located in shelters since it is disclosed that the manufacturing equipment is used to produce Li cells. Due to the production of Li cells, it should be ensured that the production of the cells takes place with the exclusion of at least oxygen and atmospheric moisture. Apart from that, in the state of the art individual tools are known which can be used as modules in the production of battery cells. These are grippers that are used for handling components of cells.
  • CN 102044663 discloses a method and apparatus for lamination of foil electrodes.
  • Automated battery manufacturing processes are also described in the literature (see, for example, Li, Sha, Wang, Hui, Hu, S.Jack, Lin, Yhu-Tin, Abell, Jeffrey A., J. of Manufacturing Systems 30 (201 1), p 188-195).
  • Automated battery manufacturing processes typically involve the fabrication of batteries from a plurality of similar cells, the identity particularly affecting electrodes and electrolyte.
  • the plurality of cells are formed from stacks of individual pouch cells that are sensitive and therefore place high demands on handling.
  • An objective in the development of electrochemical cells is to obtain electrochemical cells that have a long life and in which the stored energy can be retrieved within a very short time.
  • the lithium-ion cells produced so far have energy storage densities with values which may be in the range from 70 to 150 Wh / kg.
  • the theoretical limit of the energy density of Li cells is even higher. Therefore, it can be assumed that the energy density can be further increased.
  • cycle stability and ampacity are also targets for optimization.
  • lead / sulfuric acid accumulators have only an energy density whose values lie in a range of 30 to 40 Wh / kg.
  • One of the objects on which the invention is based is to provide an apparatus and a method by which the production of electrochemical cells can be made very flexible.
  • an apparatus for producing electrochemical cells which has at least one storage location (13, 15, 17, 19), a mounting location (2), a positioning system (3) with gripper ( 150), a pipetting machine (5) with cleaning station, a tool for closing cells assembled by stacking and at least one storage tray with troughs for receiving components, the number of troughs totaling> two, preferably> four, particularly preferably> is six.
  • Apparatus for the production of electrochemical cells which has at least one storage location (13, 15, 17, 19), a mounting location (2), a positioning system (3) with gripper ( 150), a pipetting machine (5) with cleaning station, a tool for closing cells assembled by stacking and at least one storage tray with troughs for receiving components, the number of troughs totaling> two, preferably> four, particularly preferably> is six.
  • the apparatus comprises a balance (1) and / or at least one camera (25), wherein the camera (25) is arranged in the region of the base plate of the apparatus.
  • the lens of the first camera is directed vertically upwards.
  • a lateral position determination of the device gripped by the gripper takes place. This position determination makes it possible to perform a position correction in the positioning of the component. The accuracy in depositing the device is increased.
  • a surface analysis of the underside of the respective component in particular of the electrodes and / or the separators, can also be carried out by means of the camera.
  • the characterization data of the surface analysis (preferably the electrodes or the separators) are detected by the program control and stored in the database.
  • the image data from the camera are used by comparison with reference data as a basis for deciding to discard the currently seized part. This process is implemented in the program control or in the software of the program.
  • the apparatus is equipped with a second camera (25 ') which is arranged in the upper part of the housing and whose lens is directed vertically in the direction of the base plate.
  • the camera is preferably arranged in the area above the scale (1).
  • the top of the respective component preferably the electrodes and / or the separators is analyzed.
  • the data of the surface analysis are recorded by the program control and stored in the database.
  • these image data are used by comparison with reference data as a basis for the decision for the separation of the currently inspected component.
  • Process is carried out by means of program control or software.
  • the apparatus comprises means for moving the tray to the at least one storage slot (13, 15, 17, 19) or the tray to the storage bays.
  • the apparatus according to the invention is an apparatus for producing Li-ion cells and the individual components of the apparatus are surrounded by an enclosure (8), preferably a glovebox, and the enclosure is connected to at least one lock (23). , preferably two locks (23, 10), in operative connection.
  • the glovebox (8) contains means for regulating and monitoring the atmosphere in its interior.
  • the apparatus according to the invention comprises a base plate;
  • the base plate has a size of 100 cm x 200 cm.
  • the base plate and the components described below are included in a glovebox.
  • the main function of the glovebox is to keep air and humidity out of the assembly area.
  • the glove box has means for monitoring and controlling the gas atmosphere, whereby the gas atmosphere can be specified specifically.
  • the gas supply may also be provided with means for gas purification.
  • the storage space preferably has means for detecting the position of the storage trays.
  • the apparatus comprises a guide, which are located in the storage area, the mounting area and / or the lock area.
  • the storage trays can be moved, for example, in the storage area along the guide and fixed at selected locations with high spatial accuracy.
  • the exact local positioning and fixing is particularly advantageous since it follows that grippers can remove components with high spatial accuracy.
  • the guide can also serve as a holder for receiving the storage trays.
  • the tray trays are stackable and a plurality of tray trays may be stacked within the tray.
  • the spatial conditions are more favorable in order to move the tray trays in the stack from the stack to the respective storage positions, provided that a multiplicity of loaded tray trays are simultaneously introduced.
  • the high positional accuracy in the fixation of the tray at certain storage positions in the storage area is important, since in this way a control of the wells and the inclusion of the components therein is supported by the gripper.
  • the components used for the production of electrochemical cells can sometimes have very small dimensions and also very low weights.
  • the almost trouble-free recording and handling of the individual components by means of the gripper are possible by means of the apparatus according to the invention.
  • the troughed trays are an essential feature of the invention as they are interchangeable and allow for extremely flexible use in the apparatus of the present invention. It is also important that the information belonging to the respective filing tray is stored in the program control.
  • the information is, for example, the number of wells m y , the size of the wells and their shape and location coordinates.
  • the number of wells depends on the size of the cells to be produced. For example, the number of wells for the production of button cells is greater than the number of wells for the production of pouch cells.
  • Program Tax information regarding the placement of individual hollows with components deposited.
  • the storage slot has two or more positions for receiving storage trays.
  • the respective positions provided are preferably always associated with tray, which have the same dimensions, since these can then be easily introduced, positioned and fixed on the feed rail.
  • all storage trays have the same dimensions and can be attached to all positions of the storage slot or the storage slots (13, 15, 17, 19).
  • the interchangeability of storage trays is important for the very flexible use of the apparatus. For example, a conversion of the apparatus from the use for the production of button cells on the use for the production of pouch cells - and vice versa - very easily possible. If the apparatus has both button closure means and pouch cell sealing means, these two types of cells can be made in a reciprocal sequence.
  • the means for closing the cells may preferably be represented as individual processing stations.
  • a storage area is arranged along one longitudinal edge.
  • the processing stations include a balance (1), an electronic camera (25) with image recognition software, a tool for sealing the electrochemical cells - for example a press for the production of button cells -, a pipetting machine (5) for dispensing liquid electrolyte and a station for cleaning the tips of the automatic pipettor.
  • a more complex station for producing film cells is arranged instead of the press. It is also possible that both means for closing button cells and a module for closing of foil cells are arranged.
  • a positioning system (3) which can reach by means of a gripper (150) every point above the plate.
  • the achieved positioning accuracy is preferably 0.4 mm, more preferably 0.2 mm and more preferably 0.1 mm. All these components are in electronic communication with a control computer, which coordinates the processing stations and the transport steps.
  • a schematic overview is shown in FIG.
  • the positioning system can be designed, for example, as a gantry system (3) or as an articulated-arm robot (3 '). Any other type of positioning can also be used.
  • the size of the gripper is adapted to the objects to be placed, preferably it is a vacuum gripper, since preferably planar components are positioned.
  • the vacuum gripper requires one or more flat attack surfaces. In particular, this is important when gripping rotationally symmetrical components.
  • the vacuum gripper is coupled via a rotating system with the gantry system, so that the gripper (150) recorded components in the plane of the base plate both clockwise and counterclockwise Clockwise in each case by at least 10 °, preferably 22.5 °, more preferably by 45 ° could be rotated, the resolution during rotation> 0.4 °, preferably> 0.2 °, more preferably> 0.1 ° is.
  • the storage area as a guide comprises a linear guide system which serves to receive storage trays for the components of the cells.
  • the housing preferably glovebox (8), is in operative connection with at least one sluice (23).
  • the storage trays are introduced through the lock (23) in the storage area of the housing and fixed in the storage area at defined storage positions. Further preferred is also an arrangement in which there is a respective lock (23, 10) at both ends of the guide of the storage area.
  • the locks have a device for gas exchange and at least one lock (23) via a device for heating.
  • the components are pretreated prior to their introduction into the enclosure in order to remove the components of the air, and in particular moisture, if possible.
  • these devices comprise an apparatus for evacuating and flooding with inert gas.
  • the negative pressure achievable in the lock (s) is preferably> 5 mbara, more preferably> 1 mbara and especially preferably 0.1 mbara and the heating temperature is in the range of 20 to 200 ° C, preferably 50 to 180 ° C, in particular preferably 80 ° C to 160 ° C.
  • the pressures are given in bar absolute (bara).
  • the apparatus has a device for guiding the storage trays, which comprises, for example, one or more guide rails and guide elements.
  • the guide elements are attached to the tray trays. Sliding guide elements, rollers and ball bearings can be used as guide elements.
  • the guide is preferably a linear guide.
  • the tray trays provided with the guide elements are placed on the guide and can travel along the guide rail. be moved to exactly predetermined positions within the apparatus. The predetermined positions are the storage locations (13, 15, 17, 19).
  • the storage trays may be provided with an electric drive, by which they are then moved to the positions of the storage locations (13, 15, 17, 19).
  • the tray trays by manual intervention along the guide rail from the interior of the lock to the individual storage locations (13, 15, 17, 19), of one of Storage bins moved to the next storage bins or from the storage bins into the lock.
  • the term storage place may refer to certain storage places (13, 15, 17, 19) or to a total of storage places. By the use of reference numerals, the term should not be limited.
  • the delivery trays can also be present in stacked form on the storage bins, which is particularly preferred in connection with the use of the storage bins in the locks.
  • the ends of the individual tray trays have couplings.
  • several storage trays can be linked together, which then form a serial arrangement of trays.
  • the serial arrangement of the stackable trays coupled together can be both pushed and pulled along the guide.
  • the coupling elements are located laterally on the tray trays, as shown in Figures 5.a - 5.c.
  • the coupling elements make it possible to push or pull the tray on the guide.
  • the couplings are designed so that a preferred distance remains between the tray trays, which allows to manually detect the trays.
  • the distance between the individual tray-connected trays is preferably in the range of 1 to 4 cm, preferably the distance is less than 3 cm.
  • the couplings according to the figure 5.a are hook-shaped. Wherein the hooks are designed to be complementary, so that they can interlock with adjacent tray trays as shown in Figure 5.b.
  • the hooks are made with an oversize, which results in a tensile or shear direction a game, which is preferably ⁇ 5 mm, more preferably ⁇ 4mm and more preferably ⁇ 3mm. Because there is a game, it is possible that To position and fix tray trays along the guide rail.
  • the process of positioning and fixing is called indexing.
  • the indexing is done for example via pneumatically moved metal pins that engage in, for example, holes in the tray trays. The indexing is advantageous for the economic operation of the apparatus.
  • the tray trays are aligned with respect to the positioning system.
  • the coupling elements to permanent magnets are linked together in such a way that meet at two adjacent tray trays each have a coupling element with a magnetic north pole and a coupling element with a magnetic south pole.
  • the magnets are held in position by a handrail movable with respect to the coupling.
  • On the support rod is also an elastic element - for example, a coil spring - which allows the tray trays in tensile thrust direction with a tolerance of 5 mm, preferably 4 mm, more preferably 2 mm game position, so that here too the indexing is possible
  • Figure 6.a is a schematic representation of a magnetic see coupling element in the preferred embodiment shown. The game ensures indexability, i. the displacement in a spatially defined position and as a result, the attachment.
  • the components of the cells are introduced into the troughs of the storage trays in the storage area.
  • the tray trays are rectangular plates with a flat surface, wherein the length times width in the range between 10 x 10 cm and 50 x 50 cm and the height or thickness of the tray trays of preferably ⁇ 5 cm, more preferably ⁇ 2 cm and especially preferably ⁇ 1 cm.
  • the troughs are recesses with the contour of the respective components, which are stored in a trough.
  • the troughs are arranged in a matrix. An exemplary illustration is shown in FIG.
  • the storage trays have channels or milled through which a
  • the components of the cells have partly due to the small dimensions and low film thickness film-like character. This leads to the problem that the components adhere to each other and a targeted removal of individual parts is disturbed.
  • separating elements are provided between the individual components. inserted elements (103), as shown in Figure 2. b, which prevent the adhesion of the components (102).
  • These separating elements may consist, for example, of plastics, conductive plastics, of conductively coated plastics or of thin sheets.
  • the separating elements are equipped in an embossing process with guide lugs (100) and centering points, so that between two superimposed separating elements, a flat space for receiving the film-like components (102) is formed.
  • the embossed contours of the separating elements (103) also has the task of positioning the foil-like electrodes and separators with a tolerance of 5 mm, preferably 2 mm, preferably 1 mm, in the plane of the table.
  • the separators can also be provided with flexible tongues which serve as hold-downs to prevent the rolling of single-sided coated films.
  • the tray elements provided with components are first stacked in the lock (23) and subjected to a conditioning program. After conditioning, the tray trays are placed in the storage area and positioned and fixed there. For equipping the storage slots (13, 15, 17, 19) with the tray trays funds are available. However, this step can also be performed manually, for example, if handling holes with gloves (14, 16, 18, 20) are provided in the housing, preferably glovebox (8), which allows the operator to engage in the area of the housing.
  • an automatic pipetting device (5) is located above the base plate, with which liquid components are applied to the electrodes of the cells or to the separator.
  • the automatic pipetting machine picks up the electrolyte to be dispensed from a storage area and dispenses it in predetermined quantities in the cell to be assembled.
  • the dosing accuracy is +/- 0.1 ⁇ _ with a dispensed quantity of 10 ⁇ _ per dosing point.
  • the metering device either has its own device for positioning or is coupled to, for example, the portal system and is positioned by the latter at least in one axis.
  • the apparatus is characterized in that it has a multiplicity of vessels with electrolytes up to I_N, where N> 2.
  • N the number of electrolyte vessels N> 10 (- o) and further preferably the number of electrolyte vessels N> 20. Conceivable and possible is also a number of electrolyte vessels N> 100.
  • the reservoir for the electrolyte comprises vessels with a pierceable membrane seal that can be penetrated by the needle of the automatic pipetting machine.
  • the size of the usable vessels is variable and depends on the respective work program. If the influence of the composition of the electrolytes on the performance characteristics of the electrochemical cells to be examined, it is expedient to a larger number Use electrolyte vessels with a low capacity. For example, in the form of a matrix-shaped arrangement with 10 x 10 vessels, each having a capacity of 2 - 5 ml of electrolyte solution. If, on the other hand, the influence of the electrodes on the performance characteristics of the electrochemical cells is to be investigated, it is expedient to use only a few or even a single electrolyte.
  • electrolyte vessels are used, which have a larger capacity.
  • an arrangement of 3 ⁇ 3 vessels whose respective capacity is 20-50 ml is suitable.
  • the apparatus according to the invention is characterized in that it is used extremely flexibly for research purposes in the laboratory sector. With regard to the dimensioning and capacity, the apparatus according to the invention is therefore also subject to certain limits concerning the throughput and the design. The high flexibility is also due to the modular design of the apparatus. In addition, the apparatus can also be used for long-term operation, through which the efficiency of the use of the apparatus can be increased.
  • Another object is to provide an apparatus and method for the production of electrochemical cells, which is operated over a long period of time with little effort.
  • An essential aspect of the apparatus according to the invention is that a certain amount of cells is produced and at the same time the parameters of the individual cell are varied in a defined manner. Due to the use of tray trays, manufacturing does not relate to a continuous manufacturing process of a large number of identical cells but to the production of a plurality of different cells. The production is therefore also subject to limitations, as far as the upper limit of the number of pieces is concerned.
  • a pipetting machine is used in the apparatus which uses a liquid to avoid its own contamination and to operate.
  • This fluid is referred to below as the system fluid.
  • the system liquid preferably consists of one of the components of the electrolyte, more preferably of the component which is liquid under normal conditions and completely volatile.
  • the system liquid is required in proportion to the metered amount in at least tenfold excess, the liquid must be disposed of after use from the glovebox. Typical amounts of system fluid are on the order of 1 to 5 liters per day.
  • the apparatus according to the invention has at least one container for system liquids and at least one container for liquid waste.
  • the absorption capacity of the liquid container for the system liquid is preferably 2 to 20 liters, more preferably 5 to 15 liters.
  • the absorption capacity of the container for the liquid waste exceeds the capacity of the receptacle for the system liquids at least by 1 liter, preferably at least by 2 liters.
  • the containers are designed so that they can also be flooded with inert gas to ensure contamination of the atmosphere in the interior of the housing space, preferably the glovebox.
  • the apparatus according to the invention has at least one container for a system fluid for operating the automatic pipetting apparatus and at least one container for liquid waste.
  • the receiving capacity of the liquid container for the cleaning liquid is preferably 2 to 20 liters, more preferably 5 to 15 liters.
  • the absorption capacity of the container for the liquid waste exceeds the capacity of the receiving container for the cleaning liquids at least by 1 liter, preferably at least by 2 liters.
  • the containers are designed so that they can also be flooded with inert gas to ensure contamination of the atmosphere in the interior of the housing space, preferably the glovebox.
  • the equipment of the apparatus according to the invention with the containers for the system liquid and the liquid waste is chosen so that the apparatus can be operated with little maintenance and without long interruption times.
  • the interruption times are given when, for example, the storage containers for the electrolyte liquids are exchanged. In part, it also comes to interrupting the operation of the apparatus when introducing or removing the storage trays.
  • the dosage of the electrolyte is carried out by means of a handling system for liquids, preferably by means of automatic pipetting.
  • the automatic pipetting machine requires a system fluid for cleaning and operation.
  • the major part of the system liquid advantageously consists of the main component of the electrolyte liquid.
  • the system fluid is forced through the lines of the automatic pipettor so that possible additives that might have been deposited in the lines of the automatic pipetting device are loosened and washed away.
  • the apparatus which is equipped with the system liquid and liquid waste containers, preferably also has a device which provides pressure equalization between the system liquid containers, the liquid waste container and the glovebox.
  • a preferred embodiment of the apparatus which is equipped with two containers - ie a container for system liquid and a container for the liquid waste - is shown schematically in Figure 6.b.
  • the gas supply (250) via a line (251), a shut-off (252) and the line (253) with the headspace of the container (254) in operative connection.
  • the conduit (256) terminates in the vessel, with the conduit end terminating at a distance of about 0.5 to 5 cm above the vessel bottom.
  • the conduit constitutes a riser. The removal of the cleaning fluid from the container is accomplished by the conduit immersed therein.
  • a line (257) is in operative connection with the shut-off devices (260) and (259).
  • the other end of the obturator (260) is in operative connection with the interior of the glovebox.
  • the line, at the end of which the obturator (259) is located, serves for the discharge of inert gas.
  • a coupling (257) is located in the supply and discharge lines of the container, through which the container can be disconnected from the glovebox and which also ensures that the glovebox remains closed despite the decoupling.
  • the container for the liquid waste is connected in an analogous manner as the container for the cleaning liquid.
  • an inlet tube takes the place of the riser.
  • the inlet tube protrudes, in contrast to the riser, only 1 - 5 cm far into the upper part of the container.
  • positions (250), (251), (259) can be omitted.
  • the discharge (258) is then directly above the headspace of the container with the obturator (252) in operative connection.
  • shut-off elements (260) and (261) can advantageously be integrated into the respective clutches (257). This is done by using self-locking quick-release couplings.
  • Figure 6.b In the basic state, the container is uncoupled and the shut-off valves (260) are closed.
  • the container is connected to the glovebox via the couplings (257). After opening the obturator (259) in the direction of the exhaust gas and gas supply direction (252), a gas flow from the gas supply through the headspace of the container is set into the exhaust air in motion.
  • the volume of the headspace of the container should be exchanged at least five times, more preferably ten times, and even more preferably twenty times.
  • the shut-off devices (252) and (259) are closed. In order to avoid pressure build-up in the container, first the shut-off device (252) and with a time delay the shut-off device (259) are closed. The time delay is at least ten seconds. Thereafter, the shut-off devices (260) are opened.
  • the line (253) is first connected with the shut-off device open. Due to the overpressure in the interior of the glove box, the inert gas begins to flow immediately through the container. When the volume of the head space of the container is preferably exchanged with the inert gas five times, more preferably at least ten times, and particularly preferably twenty times, the atmospheric contaminants are sufficiently removed.
  • the inert gas for container inerting can be obtained directly from the glove box instead of the external container.
  • line (251) is connected directly to the glovebox.
  • Outflow from the container then takes place via line (258).
  • Valve (260) and the associated wiring harness can then be omitted.
  • Important in this case is an adjustable throttle device in line (258), so that the pressure acting in the glovebox pressure can be maintained.
  • the invention also encompasses a process for the production of electrochemical cells using the apparatus according to the invention.
  • the method includes assembly of components, entry of electrolyte and sealing of the cells.
  • the components E1 to E5 are removed by means of a gripper from wells of at least one storage tray and assembled in a mounting chamber.
  • the process is characterized by the following steps:
  • the combination of individual steps is related to the fact that the individual components may already have a fixed connection to other components before the method is carried out.
  • the individual electrodes may have a fixed connection to the respective part of the housing which is already prefabricated.
  • the individual components are weighed before positioning in the slot of the mounting chamber with the balance.
  • the weighed components comprise at least the components E2 and E4 (i.e., the electrodes), which are weighed separately.
  • the components E2 and E4 i.e., the electrodes
  • the weighed components are weighed separately.
  • a comparison is made, which consists of combining those counterelectrodes in a cell whose ion accepting capacity is almost identical.
  • the process step of aligning the electrodes with respect to the ion-receiving capacity contributes significantly to produce the cells with very high accuracy and thereby enable a correlation of structural and performance characteristics, which is in the use of the apparatus according to the invention and the method for research applications of great importance.
  • the ion-receiving capacity of the anode is in the range of up to 30% above the value of the ion-releasing capacity of the cathode, Preferably, the ion acceptor capacity of the anode is in the range of up to 20% above the ion dispense capacity of the cathode, more preferably, the ion acceptor capacity of the anode is in the range of up to 10% above the ion dispense capacity of the cathode. In no case, however, should the ion-receiving capacity of the anode be less than the ion-releasing capacity of the cathode.
  • the ion absorption capacity is preferably determined by calculation from the weight of the electrode assuming further boundary conditions.
  • the tray for the tray is not tied to a specific trough. In the case of a storage tray with several troughs, for example, the location of the storage trough can be varied.
  • the gripper can perform a reorganization of stored components. In the storage cavities and the separating elements can be placed, which are located between the components.
  • a process procedure is preferred in which the above-mentioned process steps (i) - (viii) are preceded by the following steps:
  • the enclosure flooded with protective gas, preferably glovebox (8).
  • protective gas preferably glovebox (8).
  • the components When carrying out the conditioning according to step (x.2), it is preferred for the components to be exposed to a reduced pressure in the range of ⁇ 5 mbara, preferably ⁇ 1 mbara and more preferably ⁇ 0.1 mbara.
  • the conditioning of the individual components, in particular of the electrodes and the separators, during the introduction process is of central importance in a large number of electrochemical cell types.
  • the separators may have lower thermal stability than the electrode materials.
  • the separators at a temperature of from room temperature up to 70 ° C, preferably 30 to 60 ° C, and the electrodes at a temperature ranging from room temperature up to 150 ° C, preferably 40 to 120 ° C, conditioned.
  • the lock has two different temperature zones for introduction, so that the conditioning of the storage trays with separators and the storage trays with electrodes in the different temperature zones of the lock takes place simultaneously.
  • the conditioning of the separators and the electrodes is performed sequentially.
  • the choice of the particular protective gas atmosphere in the glovebox (8) is adapted to the particular type of electrochemical cell which is manufactured in the glovebox (8).
  • the atmosphere within the enclosure is controlled and controlled in the practice of the method of the invention.
  • argon is preferably used as the protective gas, wherein the protective gas, preferably argon, has an overpressure whose value is in the range of 0.1 to 100 mbar, more preferably a value of 1 to 50 mbar above atmospheric pressure.
  • the content of water vapor in the glove box (8) is ⁇ 100 ppm, more preferably ⁇ 10 ppm, and particularly preferably ⁇ 1 ppm, and / or the oxygen content is preferably ⁇ 1000 ppm , more preferably ⁇ 100 ppm and even more preferably ⁇ 10 ppm.
  • the spatial separation of the introduction of storage trays with components by means of a first lock (23) and the discharge of finished cells by means of a second lock increases the flexibility of the apparatus. It should also be mentioned here that the conditioning of the components and in particular of the electrodes is one of the time-consuming method steps which have an influence on the duration of time for the entire production method. Therefore, it is advantageous to have at least one additional lock available.
  • the second lock (10) can be designed simpler than the first lock (23) - for example, without heating device.
  • the second lock preferably serves the introduction of components that are not subjected to thermal treatment or to the discharge of the finished cells or empty containers. For the production of button cells (crimp cell
  • the press is equipped with a movable die. There is one in the matrix
  • the die is pushed out under the ram and brought similar to a drawer in the gripping area of the gripping system. In this extended position, the components of the cell are sequentially filled. To close the cell, the movable die is moved with the cell under the press die and then pressed together with the stamp cell.
  • the station for making the foil cells comprises a lower body in which a depression for receiving the foil-like components of the cell is located. Laterally there are preferably hook-like structures (such as fine saw blades) or flexible strips, which prevent the films from curling up when the film is slightly curved. Laterally movable is located above the depression a lowerable on the body heated device for three-sided sealing of the laterally projecting strips of the film housing. For the sealing of the fourth side, there is also a movable sealing device in the sealing station. The sealing devices are located below a vacuum bell. On the side where the one-sided sealing jaw is located, there is a sliding tongue. This tab is slid a few millimeters over the bottom case after placing the lower case so as to maintain a space between the bottom and top case (analogous to bookmarks located between the pages of a closed book).
  • hook-like structures such as fine saw blades
  • flexible strips which prevent the films from curling up when the film is slightly curved.
  • Laterally movable is located above the
  • the whole station can be tilted over a joint by a few degrees, so that the side on which the tongue is located points upwards.
  • a groove can preferably be incorporated, via which a liquid can be brought into the interior of the film pocket. Also preferred are two or more of the gap-holding tongues.
  • a scanner is located in the gripping region of the positioning system (3), preferably a line scanner, more preferably one-dimensional or two-dimensional.
  • the individual parts or at least the finished arranged cell receives a bar code, so that a better findability of the finished cells is ensured.
  • the marking and registration is for the area of application of the apparatus in the area of high-throughput research, because it is possible to produce a wide variety of different cells.
  • the production parameters of the individual cells are detected by the program control. The later findability and identification of cells is of great importance in connection with the apparatus according to the invention.
  • a downwardly directed camera (25) with an image evaluation software.
  • This camera is used to inspect the surface of the electrodes and to evaluate the electrodes pointing downwards with the carrier film with regard to optically detectable errors.
  • the visual inspection of the electrodes also contributes to an improvement in the apparatus according to the invention and in the method according to the invention. It is also possible to specifically investigate the influences of the surface structure of the electrodes as parameters.
  • the apparatus according to the invention and the method according to the invention it is possible to produce more than fifty cells / day, preferably more than one hundred cells / day and more preferably more than two hundred cells per day.
  • a very low reject rate can be achieved during production, the reject rate being ⁇ 1%, preferably ⁇ 0.5% and even more preferably ⁇ 0.1%.
  • the production output of the apparatus is set to an upper limit. This is because the apparatus is not an assembly line equipment of identically constructed cells.
  • the upper limit of the production capacity is in the range of 200 to 800 cells per day, preferably 200 to 400 cells per day. Special features are the low reject rate and the high quality of the manufactured cells.
  • the high quality of the fabricated cells is related to the precision of positioning and matching of the ion-receiving capacity of the electrodes.
  • the individual production steps are carried out in a fixed sequence.
  • the method is specified in one embodiment for the production of foil cells or pouch cells, the method in this embodiment comprising the following steps: a.1) placing the lower housing film in the mounting position (2),
  • the apparatus and the method are used for the production of button cells.
  • the production of a button cell comprises the following steps: b.1) placing the lower housing part in the mounting position (4), the spring and the
  • the temperature-controllable lock (23) serves to introduce components (components) and holders into the housing (8), in which the ion cells are assembled by the interaction of the individual production units.
  • the temperature-controlled lock (23) is equipped with a vacuum pump with which the pressure can be lowered to a value of ⁇ 100 mbara, preferably ⁇ 10 mbara, more preferably ⁇ 1 mbara and particularly preferably ⁇ 0.1 mbara.
  • the interior of the temperature-controlled lock is heated or cooled, with a value in the range of 10 to 150 ° C and preferably from 20 to 120 ° C is selected.
  • the camera (25) can also be used to record the surface of the electrodes when taking the samples. Naturally, different algorithms for image recognition are required for this purpose than are used for correcting the spatial position.
  • the housing (8) and the lock (23) can be flooded with inert gas or rinsed.
  • argon is used as the inert gas.
  • the interior of the housing is pressurized, the value of the pressure being in a range from 0.1 to 100 mbar, preferably in a range from 1 to 50 mbar, above atmospheric pressure.
  • the gas atmosphere within the enclosure can be precisely specified and controlled.
  • the water vapor content is ⁇ 100 ppm, more preferably ⁇ 10 ppm and most preferably ⁇ 1 ppm.
  • the oxygen content within the enclosure is preferably ⁇ 1000 ppm, more preferably ⁇ 100 ppm and even more preferably ⁇ 10 ppm.
  • the cells produced by means of the apparatus according to the invention and the method according to the invention are tested with regard to the performance characteristics and the test data are stored in the database.
  • an evaluation and analysis of the performance characteristics takes place, taking into account the respective production parameters.
  • the apparatus according to the invention and the method according to the invention form part of a development cycle for the development of electrochemical cells, which comprises the following stages:
  • V Algorithm for optimizing the cycle. After completion of a first development cycle, the analysis result from the characterization of the cells can be used to create a production plan for a second development cycle. The entire development cycle can be run through several times, with the process parameters, in particular the electrolyte properties and the properties of the cathodes, being varied.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of the assembly apparatus in the form of an overview view.
  • the apparatus shown is equipped with two locks (23, 10).
  • the storage bins (13, 15, 17, 19) are equipped in the interior of the glove box with four storage trays, with a storage tray with electrolyte vessels is located above the storage bins (no reference numeral).
  • Figure 2.a shows a schematic representation of a component of a cell (102) which lies in the recess (101) of a separating element (103).
  • Figure 2.b shows a schematic representation of a stack-shaped arrangement of five separating elements (103) and five components (102). On the upper side of the individual separating elements, there are depressions in the outer area in which the centering noses of the separating elements located above are fixed.
  • Figure 2.c shows a side view of a tray tray (152), in which two populated troughs and a gripper for handling elements can be seen.
  • FIG. 4a shows a schematic representation of the method steps during the tuning of the electrode elements, which are first transferred from the stack (200) to the balance (201) and then depending on the result of the weighing of either the assembly station (202) or the waste position (203 ). The elements, which are placed in the waste position, should not continue to be used, they are disposed of.
  • FIG. 4.b shows a schematic representation of the method steps during the tuning of the electrode elements, which corresponds to the flow chart shown in FIG.
  • the apparatus is equipped with separate stacks for electrode elements, so that the supply of the cathode and the anode is carried out from separate stacks.
  • Figure 5.a shows a schematic representation of a tray equipped with 6 x 3 wells tray in the plan view, each side has two coupling elements (220, 222).
  • Figure 5.b shows a side view of two storage trays, which are connected to each other via hook-shaped coupling elements (220).
  • Figure 5.c shows a schematic representation of a tray equipped with 6 x 3 troughs, which is analogous to the tray in Figure 5. a, but it has other magnetic coupling elements on the side.
  • Figure 6.a shows a schematic representation of a magnetic coupling element. Detailed illustration of the coupling element (220) from FIG. 5.c.
  • Figure 6.b shows a schematic representation of an apparatus which is equipped with containers for cleaning liquid or liquid waste.
  • handling system in this case designed as a portal system
  • Lock door between heated lock and work area Storage place for objects undergoing conditioning steps; for example, cathodes and anodes heated lock
  • Hooks complementary to hooks (222)
  • Holding device such as nut
  • Container for cleaning fluid shown is the variant with
  • the tube (256) ends a few cm above the container bottom; in the variant for the discharge of liquids, the tube (256) protrudes only a few cm into the container

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Apparatur und ein Verfahren zur Herstellung von elektrochemischen Zellen, vorzugsweise Li-Ionenzellen. Die Apparatur umfasst zumindest einen Ablagestellplatz (13, 15, 17, 19), zumindest einen Montagestellplatz (2, 4), ein Robotersystem (3) mit Greifer (150), einen Pipettierautomaten (5) mit Reinigungsstation, ein Werkzeug zum Verschließen von Zellstapeln und zumindest ein Ablagetablett mit Mulden zur Aufnahme von Bauelementen, wobei die Anzahl an Mulden insgesamt größer oder gleich zwei, vorzugsweise größer oder gleich vier und insbesondere vorzugsweise größer oder gleich sechs ist. Zum Zusammenbau der Zellen werden die einzelnen Bauelemente E1 bis E5 in Ablagetabletts auf den Ablagestellplätzen abgelegt und von dort aus automatisch von einem Greifer zum Montagebereich bewegt und positioniert. Die Bereiche zwischen den Bauelementen E2 und E3 sowie zwischen E3 und E4 werden mit Elektrolyt befüllt. Zu den charakteristischen Merkmalen der Apparatur gehören der äußerst flexible Einsatz hinsichtlich der Variation von unterschiedlichen Verfahrensparametern, der hohe Durchsatz und die geringe Ausschussquote bei den hergestellten Li-Ionenzellen.

Description

Apparatur und Verfahren zur Herstellung von elektrochemischen Zellen Beschreibung Elektrochemische Zellen sind als Energiespeicher von großer technischer Bedeutung. Die vorliegende Erfindung betrifft eine Apparatur und ein Verfahren zur Herstellung von elektrochemischen Zellen, vorzugsweise von Lithium-Ionenzellen. Die Apparatur umfasst zumindest einen Ablagestellplatz (13, 15, 17, 19), einen Montagestellplatz (2, 4), ein Positioniersystem (3) mit Greifer (150), einen Pipettierautomaten (5) mit Reinigungsstation, einem Werkzeug zum Ver- schließen von durch Stapelung zusammengefügten Zellen und zumindest ein Ablagetablett mit Mulden zur Aufnahme von Bauelementen, wobei die Anzahl der Mulden insgesamt > zwei, bevorzugt > vier, insbesondere bevorzugt > sechs ist. Darüber hinaus kann die Apparatur auch mit einer Waage (1 ) und/oder Kamera (25) ausgestattet sein. Vorzugsweise sind die Baugruppen der Apparatur von einer Einhausung (8), vorzugsweise Glovebox, umgeben. Die Einhausung steht mit zumindest einer Schleuse (23) in Wirkverbindung.
Im Stand der Technik sind Produktionsautomaten zur Massenfertigung von elektrochemischen Zellen bekannt. Die Produktionsautomaten zur Massenfertigung erlauben es jedoch nicht, die Herstellungsparameter bei der Fertigung der elektrochemischen Zellen zu variieren. Die Ent- Wicklung von neuen und verbesserten elektrochemische Zellen ist mit dieser Art von Automaten nicht möglich.
Beispielsweise wird im Stand der Technik - und zwar in der CN 102290602, der CN 201540925 und der CN 201829565 - ein Typ von Apparaturen offenbart, der auf der Verwendung eines Drehtellers bzw. eines Fördertellers basiert. Um den Drehteller herum sind die unterschiedlichen Fertigungsstationen für die Herstellung der Zellen angeordnet. Die Bauelemente werden kreisförmig um den Mittelpunkt auf der Oberfläche des Drehtellers gelagert und durch die Drehbewegung zu den einzelnen Punkten der Fertigungsstation bewegt. Des Weiteren wird in der CN 102013496 eine Apparatur zur Assemblierung von Foliengehäusen offenbart. Die Gehäuse werden hierbei auf einem Fließband entlang der Längsachse der Apparatur transportiert, wobei an unterschiedlichen Positionen immer wieder die gleichen Prozessschritte in Wiederholung durchgeführt werden. Im Stand der Technik finden sich keine Angaben hinsichtlich der Einhausung, die die jeweiligen Fertigungsapparaturen umgibt. Es ist jedoch davon auszugehen, dass sich die Fertigungsapparaturen in Schutzräumen befinden müssen, da offenbart wird, dass die Fertigungsapparaturen zur Herstellung von Li-Zellen verwendet werden. Aufgrund der Fertigung von Li-Zellen sollte es gewährleistet sein, dass die Fertigung der Zellen unter Ausschluss von zumindest Sauerstoff und Luftfeuchtigkeit erfolgt. Davon abgesehen sind im Stand der Technik auch noch einzelne Werkzeuge bekannt, die als Module in der Fertigung von Batteriezellen verwendet werden können. Es handelt sich um Greifer, die zur Handhabung von Bauelementen von Zellen eingesetzt werden.
Es werden in der CN 201540925 Mittel zur Handhabung von Folien offenbart.
Die CN 102044663 offenbart ein Verfahren und eine Apparatur zur Laminierung von Folienelektroden.
Auch automatisierte Batterieherstellungsprozesse werden in der Literatur beschrieben (siehe beispielsweise Li, Sha ; Wang, Hui ; Hu, S.Jack ; Lin, Yhu-Tin ; Abell, Jeffrey A., J. of Manufac- turing Systems 30 (201 1 ), p. 188 - 195). Die automatisierten Batterieherstellungsprozesse beziehen sich in der Regel auf die Fertigung von Batterien aus einer Vielzahl von gleichen Zellen, wobei die Identität insbesondere Elektroden und Elektrolyt betrifft. Die Vielzahl von Zellen werden dabei aus Stapeln von einzelnen Pouch-Zellen gebildet, die empfindlich sind und daher hohe Anforderungen an die Handhabung stellen.
Eine Zielsetzung bei der Entwicklung von elektrochemischen Zellen ist es, elektrochemische Zellen zu erhalten, die eine lange Lebensdauer aufweisen und bei denen die gespeicherte Energie innerhalb von sehr kurzer Zeit abgerufen werden kann. Die bisher hergestellten Li- lonenzellen weisen Energiespeicherdichten mit Werten auf, die etwa im Bereich von 70 bis zu 150 Wh/kg liegen können. Die theoretische Grenze der Energiedichte von Li- Zellen liegt jedoch noch höher. Daher ist davon auszugehen, dass die Energiedichte weiter gesteigert werden kann. Neben der Energiedichte sind auch Zyklenfestigkeit und Strombelastbarkeit Ziele für Optimierungen. Demgegenüber verfügen Blei-/Schwefelsäureakkumulator lediglich über eine Energiedichte, deren Werte in einem Bereich von 30 bis 40 Wh/kg liegt. Aufgrund der großen Unterschieds zwischen der Energiedichte, die bisher in der Praxis erreicht wird, und der Energiedichte, die theoretisch erreicht werden könnte, besteht noch ein großes Potenzial für die Forschung- und Entwicklungsabteilungen, neue elektrochemische Zellen zu identifizieren, die bessere Leistungseigenschaften aufweisen. Eine der Aufgaben die der Erfindung zugrunde liegt, besteht darin, eine Apparatur und ein Verfahren bereitzustellen, durch das die Herstellung von elektrochemischen Zellen sehr flexibel gestaltet werden kann.
Die oben genannte Aufgabe und weitere Aufgaben werden dadurch gelöst, dass eine Apparatur zur Herstellung von elektrochemischen Zellen bereitgestellt wird, die zumindest einen Ablagestellplatz (13, 15, 17, 19), einen Montagestellplatz (2), ein Positioniersystem (3) mit Greifer (150), einen Pipettierautomaten (5) mit Reinigungsstation, ein Werkzeug zum Verschließen von durch Stapelung zusammengefügten Zellen und zumindest ein Ablagetablett mit Mulden zur Aufnahme von Bauelementen aufweist, wobei die Anzahl an Mulden insgesamt > zwei, bevor- zugt > vier, insbesondere bevorzugt > sechs ist. Apparatur zur Herstellung elektrochemischer Zellen
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die Apparatur eine Waage (1 ) und/oder zumindest eine Kamera (25), wobei die Kamera (25) im Bereich der Grundplatte der Apparatur ange- ordnet ist. Das Objektiv der ersten Kamera ist vertikal nach oben gerichtet.
Mittels der Kamera erfolgt eine laterale Positionsbestimmung des vom Greifer gegriffenen Bauelements. Diese Positionsbestimmung ermöglicht die Vornahme einer Ortskorrektur bei der Positionierung des Bauelements. Die Genauigkeit beim Ablegen des Bauelements wird erhöht. Gleichzeitig kann in einer bevorzugten Ausführungsform mittels der Kamera auch eine Oberflächenanalyse der Unterseite des jeweiligen Bauteils, insbesondere der Elektroden und/oder der Separatoren, vorgenommen werden. Die Charakterisierungsdaten der Oberflächenanalyse (vorzugsweise der Elektroden beziehungsweise der Separatoren) werden von der Programmsteuerung erfasst und in der Datenbank abgespeichert. In einer bevorzugten Ausfüh- rungsform werden die Bilddaten von der Kamera durch Vergleich mit Referenzdaten als Entscheidungsgrundlage zum Aussondern des aktuell gegriffenen Teils herangezogen. Dieser Pro- zess ist in der Programmsteuerung beziehungsweise in der Software des Programms implementiert. In einer anderen Ausführungsform ist die Apparatur mit einer zweiten Kamera (25') ausgestattet, die im oberen Teil der Einhausung angeordnet ist und deren Objektiv vertikal in Richtung der Grundplatte gerichtet ist. Vorzugsweise ist die Kamera im Bereich oberhalb der Waage (1 ) angeordnet. Mittels der zweiten Kamera wird die Oberseite des jeweiligen Bauelements, vorzugsweise der Elektroden und/oder der Separatoren analysiert. Die Daten der Oberflächenana- lyse werden von der Programmsteuerung erfasst und in der Datenbank abgespeichert. In einer weiter bevorzugten Ausführungsform werden diese Bilddaten durch Vergleich mit Referenzdaten als Entscheidungsgrundlage für die Aussonderung des aktuell begutachteten Bauteils verwendet. Prozess erfolgt mittels Programmsteuerung beziehungsweise Software. Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Apparatur Mittel zur Bewegung des Ablagetabletts zu dem zumindest einen Ablagestellplatz (13, 15, 17, 19) oder der Ablagetabletts zu den Ablagestellplätzen aufweist.
In einer bevorzugten Ausführungsform handelt es sich bei der erfindungsgemäßen Apparatur um eine Apparatur zur Herstellung von Li-Ionenzellen und die einzelnen Baugruppen der Apparatur sind von einer Einhausung (8), vorzugsweise einer Glovebox, umgeben und die Einhausung steht mit zumindest einer Schleuse (23), vorzugsweise zwei Schleusen (23, 10), in Wirkverbindung. Die Glovebox (8) enthält Mittel zur Regelung und Überwachung der Atmosphäre in deren Innenraum.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst die erfindungsgemäße Apparatur eine Grundplatte; beispielsweise hat die Grundplatte eine Größe von 100 cm x 200 cm. Die Grundplatte und die im Folgenden beschriebenen Komponenten werden von einer Glovebox umfasst. Die Hauptfunktion der Glovebox ist es, Luft und Luftfeuchtigkeit aus dem Montagebereich fernzuhalten. Vorzugsweise weist die Glovebox Mittel zur Überwachung und Regelung der Gasatmosphäre auf, wodurch die Gasatmosphäre gezielt vorgegeben werden kann. Darüber hinaus kann die Gaszuleitung auch mit Mitteln zur Gasreinigung versehen sein.
Vorzugweise verfügt der Abstellplatz über Mittel zur Positionserkennung der Ablagetabletts.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform umfasst die Apparatur eine Führung, die sich im Ablagebereich, dem Montagebereich und/oder dem Schleusenbereich befinden. Die Ablagetabletts können beispielsweise im Ablagebereich entlang der Führung bewegt und an ausgewählten Plätzen mit hoher Ortsgenauigkeit fixiert werden. Somit sind zusätzlich zu den Mitteln zur Ortserkennung bei der Positionierung auch weiter vorzugweise noch entsprechende Mittel zur Befestigung vorhanden. Die genaue örtliche Positionierung und Fixierung ist besonders vorteil- haft, da hieraus folgt, dass Greifer Bauelemente mit hoher Ortsgenauigkeit entnehmen können.
Im Schleusenbereich kann die Führung auch als Halterung zur Aufnahme der Ablagetabletts dienen. Vorzugsweise sind die Ablagetabletts stapelbar und es kann eine Mehrzahl von Ablagetabletts innerhalb der Schleuse übereinander gestapelt werden. Bei der Überführung der Abla- getabletts von der Schleuse in die Glovebox ist es möglich, dass zunächst ein ganzer Stapel von mehreren Ablagetabletts entlang einer Führung der Schleuse in Richtung des Innenraums der Glovebox bewegt wird. Im Innenraum der Glovebox sind die räumlichen Verhältnisse günstiger, um die im Stapel befindlichen Ablagetabletts vom Stapel zu den jeweiligen Ablagepositionen zu bewegen, sofern eine Vielzahl von beladenen Ablagetabletts gleichzeitig eingeschleust wird.
Die hohe Ortsgenauigkeit bei der Fixierung der Ablagetabletts an bestimmten Ablagepositionen im Ablagebereich ist von Bedeutung, da hierdurch eine Ansteuerung der Mulden und die Aufnahme der darin befindlichen Bauelemente mittels des Greifers unterstützt wird. Die für die Herstellung der elektrochemischen Zellen eingesetzten Bauelemente können teilweise sehr geringe Abmessungen und auch sehr geringe Gewichtsmassen aufweisen. Die nahezu störungsfreie Aufnahme und die Handhabung der einzelnen Bauelemente mittels des Greifers sind mittels der erfindungsgemäßen Apparatur möglich. Die mit Mulden versehenen Ablagetabletts sind ein essentielles Merkmal der Erfindung, da diese austauschbar sind und einen äußerst flexiblen Einsatz in der erfindungsgemäßen Apparatur ermöglichen. Von Bedeutung ist auch, dass die zu dem jeweiligen Ablagetablett gehörenden Informationen in der Programmsteuerung hinterlegt sind. Bei den Informationen handelt es sich beispielsweise um die Anzahl an Mulden my, die Größe der Mulden sowie deren Form und Ortskoordinaten. Die Anzahl der Mulden richtet sich nach der Größe der herzustellenden Zellen. Beispielsweise ist die Anzahl der Mulden für die Herstellung von Knopfzellen größer als die Anzahl an Mulden für die Herstellung von Pouchzellen. Darüber hinaus sind in der Programmsteu- erung Informationen hinsichtlich der Bestückung der einzelnen Mulden mit Bauelementen hinterlegt.
Im Bereich des Ablagestellplatzes (13, 15, 17, 19) muss immer zumindest eine Position zur Aufnahme eines Ablagetabletts vorhanden sein. Vorzugsweise weist der Ablagestellplatz jedoch zwei oder mehr Positionen zur Aufnahme von Ablagetabletts auf. Den jeweiligen Positionen vorgesehen werden vorzugsweise immer Ablagetabletts zugeordnet, die die gleiche Dimensionierung aufweisen, da diese dann über der Zuführungsschiene leicht eingeschleust, positioniert und fixiert werden können.
In einer bevorzugten Ausführungsform weisen alle Ablagetabletts die gleiche Dimensionierung auf und können auf sämtlichen Positionen des Ablagestellplatzes beziehungsweise der Ablagestellplätze (13, 15, 17, 19) befestigt werden. Die Austauschbarkeit von Ablagetabletts ist für den sehr flexiblen Einsatz der Apparatur von Bedeutung. Beispielsweise ist eine Umrüstung der Apparatur von der Nutzung zur Herstellung von Knopfzellen auf die Nutzung zur Herstellung von Pouchzellen - und umgekehrt - sehr einfach möglich. Falls die Apparatur sowohl über Mittel zum Verschließen von Knopf als auch über Mittel zum Verschließen von Pouchzellen aufweist, so können diese beiden Arten von Zellen in wechselseitiger Reihenfolge hergestellt werden. Die Mittel zum Verschließen der Zellen können bevorzugt als einzelne Bearbeitungsstationen dar- gestellt sein.
Auf der Grundplatte ist beispielsweise entlang der einen Längskante ein Ablagebereich angeordnet. Entlang der gegenüberliegenden Längskante befinden sich mehrere Mess- und Bearbeitungsstationen zur Ausführung der einzelnen Verfahrensschritte zur Herstellung der Zellen. In einer bevorzugten Ausführungsform umfassen die Bearbeitungsstationen eine Waage (1 ), eine elektronische Kamera (25) mit Bilderkennungssoftware, ein Werkzeug zum Verschließen der elektrochemischen Zellen - beispielsweise eine Presse zur Fertigung von Knopfzellen - , einem Pipettierautomaten (5) zur Abgabe von flüssigem Elektrolyten und eine Station zur Reinigung der Spitzen des Pipettierautomaten. In einer alternativen Ausführungsform ist anstelle der Presse eine komplexere Station zur Fertigung von Folienzellen angeordnet. Möglich ist auch, dass sowohl Mittel zum Verschließen von Knopfzellen als auch ein Modul zum Verschließen von Folienzellen angeordnet sind.
In der Glovebox (8) befindet sich ein Positioniersystem (3), welches mittels eines Greifers (150) jeden Punkt oberhalb der Platte erreichen kann. Die erzielte Positioniergenauigkeit beträgt vorzugweise 0,4 mm, weiter vorzugsweise 0,2 mm und insbesondere vorzugsweise 0,1 mm. Alle genannten Komponenten stehen in elektronischer Kommunikation mit einem Steuerrechner, der die Koordinierung der Bearbeitungsstationen und der Transportschritte vornimmt. Eine schematische Übersicht ist in Figur 1 dargestellt. Das Positioniersystem kann beispielsweise als Portal- System (3) oder als Knickarmroboter (3') ausgeführt sein. Jede andere Art der Positionierung kann ebenfalls verwendet werden. Bezüglich des Greifarms und des Greifers (150) des Portalsystems ist zu sagen, dass die Größe des Greifers den zu platzierenden Objekten angepasst ist, vorzugsweise handelt es sich um einen Vakuumgreifer, da bevorzugt ebene Komponenten positioniert werden. Der Vakuumgreifer benötigt eine oder mehrere ebene Angriffsflächen. Insbesondere ist dies beim Greifen von rotationssymmetrischen Bauelementen von Bedeutung. Bei der Handhabung von nicht rotationssymmetrischen Bauelementen, falls beispielsweise drei- oder viereckigen Bauelemente platziert werden, wird der Vakuumgreifer über ein Drehsystem mit dem Portalsystem gekoppelt, sodass die vom Greifer (150) aufgenommenen Bauelemente in der Ebene der Grundplatte sowohl im Uhrzeigersinn als auch entgegen dem Uhrzeigersinn jeweils um mindestens 10°, vor- zugsweise 22,5°, weiter vorzugsweise um 45° gedreht werden könne, wobei die Auflösung bei der Drehung > 0,4 °, vorzugsweise > 0,2°, weiter vorzugsweise > 0,1 ° ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform umfasst der Ablagebereich als Führung ein lineares Führungssystem, das der Aufnahme von Ablagetabletts für die Bestandteile der Zellen dient. Ent- lang der Führung sind Mittel vorgesehen, durch welche die einzelnen Ablagetabletts feste und genau vordefinierte Positionen einnehmen. Die Positionierung der Ablagetabletts erfolgt mit hoher Reproduzierbarkeit. Die Positionierung der Ablagetabletts umfasst auch deren lösbare Fixierung. In einer bevorzugten Ausführungsform steht die Einhausung, vorzugsweise Glovebox (8), mit zumindest einer Schleuse (23) in Wirkverbindung. Die Ablagetabletts werden durch die Schleuse (23) in den Ablagebereich der Einhausung eingeschleust und im Ablagebereich an definierten Ablagepositionen fixiert. Weiter bevorzugt ist ferner eine Anordnung, bei der sich an beiden Enden der Führung des Ablagebereichs jeweils eine Schleuse (23, 10) befindet.
Die Schleusen verfügen über eine Einrichtung zum Gaswechsel und zumindest eine Schleuse (23) über eine Einrichtung zur Beheizung. In den Schleusen werden die Bauelemente vor deren Einbringung in die Einhausung vorbehandelt, um die Bestandteile der Luft, und insbesondere auch Feuchtigkeit, nach Möglichkeit zu entfernen. Diese Einrichtungen umfassen insbesondere eine Vorrichtung zum Evakuieren und Fluten mit Inertgas. Der in der oder den Schleusen erreichbare Unterdruck ist vorzugsweise > 5 mbara, weiter vorzugsweise > 1 mbara und insbesondere vorzugsweise 0,1 mbara und die Temperatur bei der Beheizung liegt im Bereich von 20 bis 200°C, vorzugsweise 50 bis 180 °C, insbesondere vorzugsweise 80°C bis 160°C. Die Drücke sind in Bar absolut (bara) angegeben.
Zur Führung und Kupplung von Ablagetabletts
Darüber hinaus ist es bevorzugt, dass die Apparatur eine Vorrichtung zur Führung der Ablagetabletts aufweist, die beispielsweise eine oder mehrere Führungsschienen sowie Führungselemente umfasst. Die Führungselemente sind an den Ablagetabletts angebracht. Als Führungs- elemente eingesetzt werden können u.a. Gleitführungselemente, Rollen, Kugellager. Bei der Führung handelt es sich vorzugsweise um eine lineare Führung. Die mit den Führungselementen versehenen Ablagetabletts werden auf der Führung platziert und können entlang der Füh- rung zu genau vorherbestimmten Positionen innerhalb von der Apparatur bewegt werden. Bei den vorherbestimmten Positionen handelt es sich um die Ablagestellplätze (13, 15, 17, 19).
In einer bevorzugten Ausführungsform können die Ablagetabletts mit einem elektrischen Antrieb versehen sein, durch den sie dann zu den Positionen der Ablagestellplätze (13, 15, 17, 19) bewegt werden.
In einer anderen bevorzugten Ausführungsform - und für den Fall, dass die Apparatur in einer Glovebox eingebaut ist - werden die Ablagetabletts durch manuelles Eingreifen entlang der Führungsschiene vom Innenraum der Schleuse zu den einzelnen Ablagestellplätzen (13, 15, 17, 19), von einem der Ablagestellplätze zum nächsten Ablagestellplatz oder von den Ablagestellplätzen in die Schleuse bewegt. Der Begriff Ablagestellplatz kann sich auf bestimmte Ablagestellplätze (13, 15, 17, 19) oder auch auf eine Gesamtheit von Ablagestellplätzen beziehen. Durch die Verwendung von Bezugszeichen soll der Begriff nicht beschränkt werden. Die Abla- getabletts können auf den Ablagestellplätzen auch in gestapelter Form vorliegen, was insbesondere in Verbindung mit der Nutzung der Ablageplätze in den Schleusen bevorzugt ist.
Weiter bevorzugt ist es außerdem, dass die Enden der einzelnen Ablagetabletts Kupplungen aufweisen. Durch die Kupplungen können mehrere Ablagetabletts miteinander verknüpft wer- den, die dann eine serielle Anordnung von Tabletts bilden. Die serielle Anordnung der aneinander gekuppelten Ablagetabletts lässt sich entlang der Führung sowohl schieben als auch ziehen. Dadurch wird die Handhabung der Ablagetabletts innerhalb der Apparatur wesentlich verbessert, da mit einem einzelnen Antrieb - respektive einem einzelnen Eingriff in den Innenraum einer Glovebox - eine ganze Gruppe von Ablagetabletts gleichzeitig befördert wird.
Vorzugweise befinden sich die Kupplungselemente seitlich an den Ablagetabletts, wie dies in den Figuren 5.a - 5.c dargestellt ist. Die Kupplungselemente erlauben es, die Ablagetabletts auf der Führung zu schieben respektive zu ziehen. Die Kupplungen sind so gestaltet, dass zwischen den Ablagetabletts ein bevorzugter Abstand bestehen bleibt, der es erlaubt, die Ablage- tabletts manuell zu erfassen.
Der Abstand zwischen den einzelnen mit Kupplungen verbundenen Ablagetabletts liegt vorzugsweise im Bereich von 1 bis 4 cm, vorzugsweise beträgt der Abstand weniger als 3 cm. In einer weiteren Ausführungsform, die ebenfalls bevorzugt ist, sind die Kupplungen entsprechend der Figur 5.a hakenförmig. Wobei die Haken komplementär ausgeführt sind, sodass sie bei benachbarten Ablagetabletts entsprechend der Darstellung in Figur 5.b ineinandergreifen können. Vorzugsweise werden die Haken mit einem Übermaß ausgeführt, wodurch sich in Zug- oder Schubrichtung ein Spiel ergibt, das vorzugsweise < 5mm, weiter vorzugsweise < 4mm und insbesondere vorzugsweise < 3mm. Dadurch, dass ein Spiel vorhanden ist, ist es möglich, die Ablagetabletts entlang der Führungsschiene zu positionieren und zu fixieren. Der Vorgang der Positionierung und Fixierung wird als Indizierung bezeichnet. Die Indizierung erfolgt beispielsweise über pneumatisch bewegte Metallstifte, die in beispielsweise Bohrungen in den Ablagetabletts einrasten. Die Indizierung ist für den ökonomischen Betrieb der Apparatur von Vorteil.
Dadurch, dass die Lage dieser Bohrungen sehr genau definiert ist, werden die Ablagetabletts gegenüber dem Positioniersystem ausgerichtet.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform weisen die Kupplungselemente Dauermagnete auf (siehe Figur 5.c). Die mit Dauermagneten versehenen Ablagetabletts werden in der Weise miteinander verknüpft, dass sich bei zwei benachbarten Ablagetabletts jeweils ein Kupplungselement mit einem magnetischen Nordpol und ein Kupplungselement mit einem magnetischen Südpol treffen. Die Magnete werden von einer bezüglich der Kupplung beweglichen Haltestange in Position gehalten. Auf der Haltestange befindet sich des Weiteren ein elastisches Element - beispielsweise eine Spiralfeder - die es erlaubt die Ablagetabletts in Zug- Schubrichtung mit einer Toleranz von 5 mm, bevorzugt 4 mm, weiter bevorzugt 2 mm Spiel zu positionieren, sodass auch hier die Indizierung möglich ist. In Figur 6.a ist eine schematische Darstellung eines magneti- sehen Kupplungselements in der bevorzugten Ausführungsform gezeigt. Das Spiel gewährleistet die Indizierbarkeit, d.h. die Verschiebbarkeit in einer räumlich definierten Position und in Folge dessen, die Befestigung.
Die Bauelemente der Zellen, das heißt die Gehäuseteile (E1 , E5), Elektroden (E2, E4) und Se- paratoren (E3) werden in den Mulden der Ablagetabletts in den Ablagebereich eingebracht. Vorzugsweise handelt es sich bei den Ablagetabletts um rechteckige Platten mit ebener Fläche, wobei die Länge mal Breite im Bereich zwischen 10 x 10 cm und 50 x 50 cm liegt und die Höhe beziehungsweise Dicke der Ablagetabletts von vorzugsweise < 5 cm, weiter vorzugsweise < 2 cm und insbesondere vorzugsweise < 1 cm beträgt. Bei den Mulden handelt es sich um Vertiefungen mit der Kontur der jeweiligen Bauelemente, die in einer Mulde gelagert werden. Vorzugsweise sind die Mulden matrixförmig angeordnet. Eine beispielhafte Darstellung ist in Figur 3 gezeigt. Die Ablagetabletts weisen Kanäle oder Einfräsungen auf, durch die ein
Gasaustausch zwischen dem Innenraum der Mulden und dem Außenbereich der Ablagetabletts beim Ausheizen der Bauelemente in der Vakuumschleuse ermöglicht wird. Von Bedeutung ist auch, dass der Gasaustausch zwischen Innenraum jeder einzelnen Mulde und Außenbereich der Ablagetabletts auch dann möglich ist, wenn die Ablagetabletts über einander gestapelt sind.
Die Bauelemente der Zellen haben teilweise aufgrund der geringen Dimensionierung und geringen Schichtdicke folienartigen Charakter. Dadurch kommt es zu dem Problem, dass die Bau- elemente aneinander haften bleiben und eine gezielte Entnahme von Einzelteilen gestört wird. In vorteilhafter Ausführungsform sind zwischen den einzelnen Bauelementen jeweils Trennele- mente (103) eingelegt, wie in Figur 2. b dargestellt, die das Zusammenhaften der Bauelemente (102) verhindern.
Diese Trennelemente können beispielsweise aus Kunststoffen, leitfähigen Kunststoffen, aus leitfähig beschichteten Kunststoffen oder aus dünnen Blechen bestehen. Vorzugsweise werden die Trennelemente in einem Prägeverfahren mit Führungsnasen (100) und Zentrierpunkten ausgestattet, sodass zwischen zwei aufeinander gelegten Trennelementen ein flächiger Zwischenraum zur Aufnahme der folienartigen Bestandteile (102) entsteht. Den geprägten Konturen der Trennelemente (103) kommt ferner die Aufgabe zu, die folienartigen Elektroden und Separatoren mit einer Toleranz von 5 mm, bevorzugt 2 mm bevorzugt 1 mm in der Tischebene zu positionieren. Die Trennelemente können auch mit flexiblen Zungen versehen sein, die als Niederhalter dienen, um das Einrollen von einseitig beschichteten Folien zu verhindern.
In einer bevorzugten Ausführungsform werden die mit Bauelementen versehenen Ablagetab- letts zunächst in der Schleuse (23) gestapelt und einem Konditionierungsprogramm unterzogen. Im Anschluss an die Konditionierung werden die Ablagetabletts in den Ablagebereich eingebracht und dort positioniert und fixiert. Zur Bestückung der Ablagestellplätze (13, 15, 17, 19) mit den Ablagetabletts sind Mittel vorhanden. Beispielsweise kann dieser Schritt jedoch auch manuell vorgenommen werden, sofern in der Einhausung, vorzugsweise Glovebox (8), Hand- habungslöcher mit Handschuhen (14, 16, 18, 20) angebracht sind, die dem Bediener einen Eingriff in den Bereich der Einhausung ermöglicht.
In einer bevorzugten Ausführungsform befindet sich über der Grundplatte ein Pipettierautomat (5), mit dem flüssige Komponenten auf den Elektroden der Zellen beziehungsweise auf dem Separator aufgebracht werden. Der Pipettierautomat nimmt aus einem Vorratsbereich den zu dosierenden Elektrolyten auf und gibt diesen in der zu assemblierenden Zelle in vorgegebenen Mengen ab. Die Dosiergenauigkeit beträgt dabei +/- 0,1 μΙ_ bei einer abgegebenen Menge von 10 μΙ_ pro Dosierpunkt. Die Dosiereinrichtung verfügt dabei entweder um eine eigene Einrichtung zum Positionieren oder ist an beispielsweise das Portalsystem gekoppelt und wird von diesem wenigstens in einer Achse positioniert.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform ist die Apparatur dadurch gekennzeichnet, dass diese eine Vielzahl von Gefäßen mit Elektrolyten bis I_N aufweist, wobei N > 2 ist. Vorzugsweise ist die Anzahl an Elektrolytgefäßen N > 10 ( - o) und weiter vorzugsweises die Anzahl an Elektrolytgefäßen N > 20. Denkbar und möglich ist auch eine Anzahl an Elektrolytgefäßen N > 100.
Der Vorratsbereich für den Elektrolyten umfasst Gefäße mit einem durchstechbaren Membranverschluss, der von der Nadel des Pipettierautomats durchdrungen werden kann. Die Größe der einsetzbaren Gefäße ist variabel und richtet sich nach dem jeweiligen Arbeitsprogramm. Soll der Einfluss der Zusammensetzung der Elektrolyte auf die Leistungseigenschaften der elektrochemischen Zellen untersucht werden, so ist es zweckmäßig, eine größere Anzahl an Elektrolytgefäßen mit einem geringen Fassungsvermögen einzusetzen. Beispielsweise in Form einer matrixformigen Anordnung mit 10 x 10 Gefäßen, die jeweils ein Fassungsvermögen von 2 - 5 ml Elektrolytlösung aufweisen. Sollen dagegen der Einfluss der Elektroden auf die Leistungseigenschaften der elektrochemischen Zellen untersucht werden, so ist es zweckmäßig, nur einige wenige oder sogar nur einen einzigen Elektrolyten einzusetzen. In diesem Fall werden dann Elektrolytgefäße mit verwendet, die ein größeres Fassungsvermögen aufweisen. Geeignet ist beispielsweise eine Anordnung von 3 x 3 Gefäßen, deren jeweiliges Fassungsvermögen 20 - 50 ml beträgt. Die erfindungsgemäße Apparatur ist dadurch gekennzeichnet, dass diese äußerst flexibel für Forschungszwecke im Laborbereich eingesetzt wird. In Bezug auf die Dimensionierung und Kapazität ist die erfindungsgemäße Apparatur daher auch bestimmten Grenzen unterworfen, die den Durchsatz und die Auslegung betreffen. Die hohe Flexibilität ergibt sich auch durch die modulare Bauweise der Apparatur. Darüber hinaus kann die Apparatur auch für den Langzeit- betrieb eingesetzt werden, durch den die Effizienz des Einsatzes der Apparatur gesteigert werden kann.
Langzeitbetrieb der Apparatur
Eine weitere Aufgabe ist es, eine Apparatur und Verfahren zur Herstellung von elektrochemi- sehen Zellen bereitzustellen, die über einen langen Zeitraum mit geringem Aufwand betrieben wird.
Ein wesentlicher Aspekt der erfindungsgemäßen Apparatur ist es, dass eine bestimmte Menge an Zellen gefertigt wird und dabei gleichzeitig die Parameter der einzelnen Zelle in definierter Weise variiert werden. Aufgrund der Nutzung der Ablagetabletts bezieht sich die Fertigung nicht auf ein kontinuierliches Herstellungsverfahren einer großen Anzahl identischer Zellen, sondern auf die Fertigung einer Vielzahl von unterschiedlichen Zellen. Die Herstellung ist daher auch Limitierungen unterworfen, was die obere Grenze der Stückzahl angeht.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird in der Apparatur ein Pipettierautomat verwendet, der zur Vermeidung von seiner eigenen Kontaminierung und zum Betrieb eine Flüssigkeit verwendet. Diese Flüssigkeit wird im Weiteren als Systemflüssigkeit bezeichnet. Die Systemflüssigkeit besteht bevorzugt aus einer der Komponenten des Elektrolyten, weiterhin bevorzugt aus der Komponente, welche bei Normalbedingungen flüssig und vollständig flüchtig ist. Die Systemflüssigkeit wird im Verhältnis zur dosierten Menge in mindestens zehnfachem Überschuss benötigt, wobei die Flüssigkeit nach Gebrauch aus der Glovebox heraus entsorgt werden muss. Typische Mengen der Systemflüssigkeit liegen in der Größenordnung von 1 -5 Litern pro Tag. Dementsprechend weist die erfindungsgemäße Apparatur zumindest einen Behälter für Systemflüssigkeiten und zumindest einen Behälter für Flüssigkeitsabfälle auf. Die Aufnahmekapazität des Flüssigkeitsbehälters für die Systemflüssigkeit beträgt vorzugsweise 2 bis 20 Liter, wei- ter vorzugsweise 5 bis 15 Liter. Die Aufnahmekapazität des Behälters für die Flüssigkeitsabfälle übersteigt die Aufnahmekapazität des Behälters für die Systemflüssigkeiten zumindest um 1 Liter, vorzugweise zumindest um 2 Liter. Vorzugsweise sind die Behälter so ausgelegt, dass diese auch mit Inertgas geflutet werden können, um eine Kontamination der Atmosphäre im Innenraum des Gehäuseraums, vorzugweise der Glovebox, sicherzustellen. In einer bevorzugten Ausführungsform weist die erfindungsgemäße Apparatur zumindest einen Behälter für eine Systemflüssigkeiten zum Betrieb des Pipettierautomaten und zumindest einen Behälter für Flüssigkeitsabfälle auf. Die Aufnahmekapazität des Flüssigkeitsbehälters für die Reinigungsflüssigkeit beträgt vorzugsweise 2 bis 20 Liter, weiter vorzugsweise 5 bis 15 Liter. Die Aufnahmekapazität des Behälters für die Flüssigkeitsabfälle übersteigt die Aufnahmekapa- zität des Behälters für die Reinigungsflüssigkeiten zumindest um 1 Liter, vorzugweise zumindest um 2 Liter.
Vorzugsweise sind die Behälter so ausgelegt, dass diese auch mit Inertgas geflutet werden können, um eine Kontamination der Atmosphäre im Innenraum des Gehäuseraums, vorzugwei- se der Glovebox, sicherzustellen.
Die Ausstattung der erfindungsgemäßen Apparatur mit den Behältern für die Systemflüssigkeit und die Flüssigkeitsabfälle ist so gewählt, dass die Apparatur mit wenig Wartungsaufwand und ohne lange Unterbrechungszeiten betrieben werden kann. Die Unterbrechungszeiten sind dann gegeben, wenn beispielsweise die Vorratsbehältnisse für die Elektrolytflüssigkeiten getauscht werden. Zum Teil kommt es auch zur Unterbrechung des Betriebs der Apparatur beim Einschleusen oder beim Ausschleusen der Ablagetabletts.
Die Dosierung des Elektrolyten erfolgt mittels eines Handhabungssystems für Flüssigkeiten, vorzugweise mittels Pipettierautomat. Der Pipettierautomat erfordert für die Reinigung sowie zum Betrieb eine Systemflüssigkeit. Der Hauptanteil der Systemflüssigkeit besteht vorteilhaft aus der Hauptkomponente der Elektrolytflüssigkeit. Zum Zweck der Reinigung wird die Systemflüssigkeit durch die Leitungen des Pipettierautomaten gedrückt, damit mögliche Zusatzstoffe, welche sich eventuell in den Leitungen des Pipettierautomaten abgelagert haben könnten, ge- löst und weggespült werden.
Zu berücksichtigen ist auch, dass innerhalb des Gehäuses der Apparatur beziehungsweise innerhalb der Glovebox ein Überdruck an Inertgas herrscht, wodurch der Innenraum sehr wirksam gegen das Eindringen von der Luft - die ja Sauerstoff, Stickstoff und Feuchtigkeit enthält - aus dem äußeren Bereich der Apparatur geschützt wird.
Die Apparatur, die mit den Behältern für Systemflüssigkeit und Flüssigkeitsabfälle ausgestattet ist, verfügt vorzugsweise auch über jeweils eine Einrichtung, die für einen Druckausgleich zwischen den Behältern für die Systemflüssigkeit respektive dem Behälter für die Flüssigkeitsabfäl- le und der Glovebox sorgt. Eine bevorzugte Ausführungsform der Apparatur, die mit zwei Behältern - d.h. einem Behälter für Systemflüssigkeit und einem Behälter für die Flüssigkeitsabfälle - ausgestattet ist, ist schematisch in Figur 6.b gezeigt. In dieser Ausführung steht die Gasversorgung (250) über eine Leitung (251 ), ein Absperrorgan (252) und die Leitung (253) mit dem Kopfraum des Behälters (254) in Wirkverbindung. Die Leitung (256) endet im Behälter, wobei das Leitungsende in einem Abstand von ca. 0,5 bis 5 cm oberhalb des Behälterbodens endet. In dieser Ausführungsform, bei der die Leitung in die Flüssigkeit eingetaucht vorliegt, stellt die Leitung ein Steigrohr dar. Die Entnahme der Reinigungsflüssigkeit aus dem Behälter erfolgt durch die darin eingetauchte Leitung.
Eine Leitung (257) steht mit den Absperrorganen (260) und (259) in Wirkverbindung. Das andere Ende des Absperrorgans (260) steht mit dem Inneren der Glovebox in Wirkverbindung. Die Leitung, an deren Ende sich das Absperrorgan (259) befindet, dient der Abführung von Inertgas. Ferner befinden sich in den Zu- und Abführungsleitungen des Behälters jeweils eine Kupp- lung (257), durch die der Behälter von der Glovebox abgekoppelt werden kann und die auch dafür sorgt, dass die Glovebox trotz der Abkopplung abgeschlossen bleibt.
Vorzugsweise wird der Behälter für die Flüssigkeitsabfälle in analoger Weise verschaltet wie der Behälter für die Reinigungsflüssigkeit. In dem Behälter für die Flüssigkeitsabfälle tritt an die Stelle des Steigrohrs jedoch ein Einleitungsrohr. Das Einleitungsrohr ragt, im Gegensatz zum Steigrohr, nur 1 - 5 cm weit in den oberen Teil des Behälters hinein.
Falls in der Glovebox ein Überdruck herrscht, so können die Positionen (250), (251 ), (259) entfallen. Die Ableitung (258) steht dann direkt über den Kopfraum des Behälters mit dem Absperrorgan (252) in Wirkverbindung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung können die Funktionen der Absperrorgane (260) und (261 ) vorteilhaft in die jeweilige Kupplungen (257) integriert werden. Dies geschieht durch die Verwendung von selbstsperrenden Schnellkupplungen. Zur Funktionsweise der bevorzugten Ausführungsform der Apparatur, die in Figur 6.b dargestellt ist. Im Grundzustand ist der Behälter abgekoppelt und das Absperrventile (260) geschlossen.
Die Verbindung des Behälters mit der Glovebox erfolgt über die Kupplungen (257). Nach dem Öffnen des Absperrorgans (259) in Richtung Abgas und Richtung Gasversorgung (252) wird ein Gasstrom aus der Gasversorgung durch den Kopfraum des Behälters in die Abluft in Gang gesetzt. Das Volumen des Kopfraums des Behälters sollte mindestens fünfmal, weiter bevorzugt zehnmal und noch weiter bevorzugt zwanzigmal ausgetauscht werden. Anschließend werden die Absperrorgane (252) und (259) geschlossen. Zur Vermeidung eines Druckaufbaus im Be- hälter wird zunächst das Absperrorgan (252) und mit einer Zeitverzögerung das Absperrorgan (259) geschlossen. Die Zeitverzögerung beträgt mindestens zehn Sekunden. Danach werden die Absperrorgane (260) geöffnet. In der vereinfachten Form mit selbstsperrenden Schnellkupplungen wird zunächst die Leitung (253) mit geöffnetem Absperrorgan angeschlossen. Durch den Überdruck im Innenraum der Glovebox beginnt das Inertgas sofort durch den Behälter zu strömen. Wenn das Volumen des Kopfraums des Behälters vorzugweise fünfmal, weiter vorzugsweise mindestens zehnmal und insbesondere bevorzugt zwanzigmal durch das Inertgas ausgetauscht wurde, sind die atmosphärischen Kontaminationen in ausreichender Weise entfernt.
Liegt beispielsweise ein Behälter vor, der ein freies Kopfvolumen von drei Litern aufweist, und führt in diesen Behälter eine Leitung, die einen Innendurchmesser von 4 mm und eine Länge von 1 m aufweist, wobei durch die Leitung 100 Normliter Luft pro Stunde strömen, so ergibt sich hieraus für einen zehnmaligen Gasaustausch eine Zeitdauer von etwa 2 Minuten.
Falls in der Glovebox ein Überdruck herrscht, kann das Inertgas für die Behälterinertisierung statt aus dem externen Behälter auch direkt aus der Glovebox bezogen werden. Dazu wird Leitung (251 ) direkt mit der Glovebox verbunden. Ausströmen aus dem Behälter erfolgt dann über Leitung (258). Ventil (260) und der zugehörige Leitungsstrang können dann entfallen. Wichtig ist in diesem Fall eine einstellbare Drosselvorrichtung in Leitung (258), damit der in der Glovebox wirkende Überdruck gehalten werden kann.
Herstellung elektrochemischer Zellen
Die Erfindung umfasst auch ein Verfahren zur Herstellung von elektrochemischen Zellen unter Verwendung der erfindungsgemäßen Apparatur. Das Verfahren umfasst die Zusammenstellung von Bauelementen, den Eintrag von Elektrolyt und das Verschließen der Zellen. Die Bauelemente E1 bis E5 werden mittels eines Greifers aus Mulden von zumindest einem Ablagetablett entnommen und in einer Montagekammer zusammengestellt. Das Verfahren ist durch die nachfolgend genannten Schritte gekennzeichnet:
(i) Positionierung eines unteren Gehäuseelements (E1 ) im Einschub einer Montagekammer (4), die sich in einer Halterung auf dem Montagestellplatz
befindet;
(ii) Positionierung und Ausrichtung einer Elektrode (E2) auf dem
Gehäuseelement im Einschub der Montagekammer;
(iii) Dosierung eines ersten Teils eines ausgewählten Elektrolyten auf die
Oberfläche der im Einschub befindlichen Elektrode;
(iv) Positionierung und Ausrichten eines Separators (E3) auf der mit Elektrolyt benetzten Oberfläche;
Elektrode auf dem mit Elektrolyt benetzten Separator;
(v) Dosierung eines zweiten Teils des ausgewählten Elektrolyten auf die Oberfläche des im Einschub befindlichen Separators;
(vi) Positionierung einer Gegenelektrode (E4) zu der in Schritt (ii) angeordneten Elektrode auf dem mit Elektrolyt benetzten Separator;
(vii) Positionierung eines oberen Gehäuseelements (E5) im Einschub der
Montagekammer;
(viii) Verschließen des Stapels von Zellenkomponenten mit einem Werkzeug, wobei die einzelnen Schritte separat oder in Kombination miteinander
ausgeführt werden.
Die Kombination von einzelnen Schritten hängt damit zusammen, dass die einzelnen Bauelemente schon vor der Durchführung des Verfahrens eine feste Verbindung zu anderen Bauelementen aufweisen können. Beispielsweise können die einzelnen Elektroden eine feste Verbindung zum jeweiligen Teil des Gehäuses aufweisen, die bereits vorgefertigt ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die einzelnen Bauelemente vor der Positionierung im Einschub der Montagekammer mit der Waage gewogen.
Dadurch erfolgt ein Elektrodenabgleich bzgl. der lonenaufnahmekapazität. Vorzugsweise umfassen die gewogenen Bauelemente zumindest die Bauelemente E2 und E4 (d.h. die Elektroden), wobei diese separat gewogen werden. Hierdurch - aufgrund der Wägung der Elektroden nach der Konditionierung - wird eine wesentliche Verbesserung der Güte der hergestellten Zellen ermöglicht. Anhand der Daten der Wägung erfolgt ein Abgleich, der darin besteht, dass diejenigen Gegenelektroden in einer Zelle kombiniert werden, deren lonenauf- nahmekapazität nahezu übereinstimmen ist. Der Verfahrensschritt des Abgleiche der Elektroden bzgl. der lonenaufnahmekapazität trägt wesentlich dazu bei, die Zellen mit besonders hoher Genauigkeit herzustellen und dadurch eine Korrelation von Struktur- und Leistungseigenschaften zu ermöglichen, was beim Einsatz der erfindungsgemäßen Apparatur und des Verfahrens für Forschungsanwendungen von großer Bedeutung ist.
Bei dem Abgleich der Elektroden ist es von Bedeutung, dass die lonenaufnahmekapazität der Anode im Bereich von bis zu 30 % über dem Wert der lonenabgabekapazität der Kathode liegt, vorzugsweise liegt die lonenaufnahmekapazität der Anode im Bereich von bis zu 20 % über der lonenabgabekapazität der Kathode, insbesondere vorzugsweise liegt die lonenaufnahmekapazität der Anode im Bereich von bis zu 10 % über der lonenabgabekapazität der Kathode. In keinem Fall sollte jedoch die lonenaufnahmekapazität der Anode geringer sein als die lonenabga- bekapazität der Kathode. Die lonenaufnahmekapazität wird bevorzugt aus dem Gewicht der Elektrode unter Annahme weiterer Randbedingungen von der Steuerung rechnerisch ermittelt.
Aufgrund des Abgleiche der Elektroden werden diejenigen Elektroden aussortiert, deren berechnete Aufnahmekapazität nicht in dem bevorzugten Bereich liegt. Diesbezüglich ist eine freie Mulde (beziehungsweise eine Ablagemulde) im Ablagebereich (vorzugsweise auf Ablagetablett) vorhanden, die dazu dient, die Elektroden (oder anderer Bauelemente) aufzunehmen, die außerhalb des engen Toleranzbereichs liegen.
Die Mulde für die Ablage ist nicht an eine bestimmte Mulde geknüpft. Beim Vorliegen eines Ab- lagetabletts mit mehreren Mulden kann beispielsweise der Ort der Ablagemulde variiert werden. Der Greifer kann eine Umsortierung von abgelegten Bauelementen durchführen. In die Ablagemulden können auch die Trennelemente gelegt werden, die sich zwischen den Bauelementen befinden. Darüber hinaus ist eine Verfahrensführung bevorzugt, bei welcher den oben genannten Verfahrensschritten (i) - (viii) die folgenden Schritte vorgeschaltet sind:
(x.1 ) Positionierung von zumindest einem mit Bauelementen bestückten
Ablagetablett, vorzugsweise mehreren mit Bauelementen bestückten
Ablagetabletts, im Innenraum von Schleuse (23);
(x.2) Konditionierung der auf den Ablagetabletts befindlichen Bauelemente durch
Heizen im Temperaturbereich von 20 bis 200 °C, vorzugsweise
100 bis 180 °C, weiter vorzugsweise 140 bis 160 °C, für eine Zeitdauer im
Bereich von 0,5 bis 48 h, vorzugsweise im Bereich 2 bis 36 h, weiter
vorzugsweise 4 bis 18 h;
(x.3) Einführung des zumindest einen Ablagetabletts mit den aktivierten
Bauelementen in der Ablageposition beziehungsweise den Ablagepositionen
der mit Schutzgas gefluteten Einhausung, vorzugsweise Glovebox (8). Bei der Durchführung der Konditionierung gemäß dem Schritt (x.2) ist es bevorzugt, dass die Bauelemente einem Unterdruck im Bereich von < 5 mbara, vorzugsweise < 1 mbara und weiter bevorzugt < 0,1 mbara ausgesetzt werden.
Die Konditionierung der einzelnen Bauelemente, insbesondere der Elektroden und der Separa- toren, während des Einschleusungsprozesses ist bei einer Vielzahl von elektrochemischen Zelltypen von zentraler Bedeutung. Zu beachten ist jedoch auch, dass die Separatoren eine geringere thermische Stabilität aufweisen können als die Elektrodenmaterialien. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden die Separatoren bei einer Temperatur von Raumtemperatur bis zu 70 °C, vorzugsweise 30 bis 60 °C, und die Elektroden bei einer Temperatur im Bereich von Raumtemperatur bis zu 150 °C, vorzugs- weise 40 bis 120 °C, konditioniert. Beispielsweise verfügt die Schleuse zur Einschleusung über zwei unterschiedliche Temperaturzonen, so dass die Konditionierung der Ablagetabletts mit Separatoren und der Ablagetabletts mit Elektroden in den unterschiedlichen Temperaturzonen der Schleuse gleichzeitig erfolgt. In einer anderen Ausführungsform wird die Konditionierung der Separatoren und der Elektroden sequentiell durchgeführt.
Die Wahl der speziellen Schutzgasatmosphäre in der Glovebox (8) wird dem jeweiligen Typen der elektrochemischen Zelle angepasst, der in der Glovebox (8) gefertigt wird.
Vorzugsweise wird die Atmosphäre innerhalb der Einhausung bei der Durchführung des erfin- dungsgemäßen Verfahrens kontrolliert und gesteuert. Falls das Verfahren sich auf die Herstellung von Li-Ionenzellen bezieht, so wird vorzugsweise Argon als Schutzgas eingesetzt, wobei das Schutzgas, vorzugsweise Argon, einen Überdruck aufweist, dessen Wert im Bereich von 0,1 bis 100 mbar, weiter vorzugsweise einen Wert von 1 bis 50 mbar über dem Atmosphärendruck liegt.
Bei dem Verfahren zur Herstellung von Li-Ionenzellen ist es weiterhin bevorzugt, dass der Gehalt an Wasserdampf in der Glovebox (8) < 100 ppm, weiter vorzugsweise < 10 ppm und insbesondere vorzugsweise < 1 ppm ist und/oder der Sauerstoffgehalt vorzugsweise < 1000 ppm, weiter vorzugsweise < 100 ppm und noch weiter vorzugsweise < 10 ppm ist.
Verfahren zur Herstellung von lonenzellen gemäß einem der Ansprüche 8 - 12, das dadurch gekennzeichnet ist, dass den Verfahrensschritten folgender Schritt nachgeschaltet ist:
(y.1 ) Ausschleusung der mit fertiggestellten Zellen bestückten Ablagetabletts aus der Einhausung durch eine zweite Schleuse (10).
Die räumliche Trennung der Einschleusung von Ablagetabletts mit Bauelementen mittels einer ersten Schleuse (23) und die Ausschleusung von fertigen Zellen mittels einer zweiten Schleuse erhöht die Flexibilität der Apparatur. Hierbei ist auch zu erwähnen, dass die Konditionierung der Bauelemente und insbesondere der Elektroden zu den zeitaufwendigen Verfahrensschritten zählt, die einen Einfluss auf die Zeitdauer für das gesamte Herstellungsverfahren haben. Daher ist es vorteilhaft, zumindest eine weitere Schleuse zur Verfügung zu haben. Die zweite Schleuse (10) kann jedoch einfacher ausgestaltet sein als die erste Schleuse (23) - beispielsweise ohne Beheizungseinrichtung. Damit dient die zweite Schleuse bevorzugt dem Einbringen von Komponenten, die keiner thermischen Behandlung unterzogen werden oder zum Ausschleusen der fertigen Zellen oder von Leergefäßen. Zur Herstellung von Knopfzellen (Crimpzell
Für unterschiedliche Ausgestaltungsformen des Verfahrens und der Apparatur erfolgt im nachfolgenden eine detaillierte Beschreibung der Funktionsweise, die jedoch keine Einschränkung der Erfindung bedeuten soll.
Für die Montage der Knopfzellen befindet sich im Montagebereich eine Presse.
Die Presse ist mit einer beweglichen Matrize ausgestattet. In der Matrize befindet sich eine
Mulde. Für den Antrieb der Matrize eignen sich jedwede dem Fachmann bekannten Antriebe, bevorzugt sind elektrische Linearspindeln, Linearmotoren oder pneumatische Kolben. Für eine vereinfachte Erreichbarkeit wird die Matrize unter dem Pressstempel heraus geschoben und ähnlich einer Schublade in den Greifbereich des Greifsystems gebracht. In dieser ausgeschobenen Position erfolgt nacheinander die Bestückung mit den Komponenten der Zelle. Zum Verschließen der Zelle wird die bewegliche Matrize mit der Zelle unter den Pressstempel gefahren und anschließend mit dem Stempel die Zelle zusammengepresst.
Zur Herstellung von Folienzellen (Pouchzellen)
Die Station zum Fertigen der Folienzellen umfasst einen unteren Körper, in dem sich eine Ver- tiefung zur Aufnahme der folienartigen Komponenten der Zelle befindet. Seitlich befinden sich bevorzugt hakenartige Strukturen (wie feine Sägeblätter) oder flexible Streifen, die bei leicht gebogenen Folien verhindern, dass sich die Folien zusammenrollen. Seitlich verfahrbar befindet sich über der Vertiefung eine auf den Grundkörper absenkbare beheizte Einrichtung zum dreiseitigen Versiegeln der seitlich überstehenden Streifen des Foliengehäuses. Für die Versie- gelung der vierten Seite befindet sich in der Siegelstation eine ebenfalls bewegliche Siegelvorrichtung. Die Siegeleinrichtungen befinden sich unterhalb einer Vakuumglocke. Auf der Seite, an der sich die einseitige Siegelbacke befindet, befindet sich eine verschiebbare Zunge. Diese Zunge wird nach dem Auflegen der unteren Gehäusefolie einige Millimeter über die untere Gehäusefolie geschoben, damit ein Abstand zwischen der unteren und der oberen Gehäusefolie erhalten bleibt (in Analogie zu Lesezeichen, das sich zwischen den Seiten eines geschlossen Buches befindet).
Die ganze Station ist über ein Gelenk um einige Grad kippbar, sodass die Seite an der sich die Zunge befindet nach oben weist. Auf der Oberseite der Zunge kann bevorzugt eine Rinne ein- gearbeitet sein, über die eine Flüssigkeit in das Innere der Folientasche gebracht werden kann. Bevorzugt sind ferner zwei oder mehr der Abstand haltenden Zungen.
In einer bevorzugen Ausführungsform befindet sich im Greifbereich des Positioniersystems (3) ein Scanner, vorzugsweise Strichscanner, weiter vorzugsweise eindimensional oder zweidi- mensional. Die Einzelteile oder zumindest die fertig angeordnete Zelle erhält einen Strichcode, sodass eine bessere Auffindbarkeit der fertiggestellten Zellen gewährleistet wird. Die Markierung und Registrierung ist für den Einsatzbereich der Apparatur im Bereich der Hochdurchsatz- forschung von zentraler Bedeutung, da es möglich ist, eine große Vielzahl von unterschiedlichen Zellen herzustellen. Die Herstellungsparameter der einzelnen Zellen werden von der Programmsteuerung erfasst. Die spätere Auffindbarkeit und Identifizierung von Zellen ist von großer Bedeutung in Verbindung mit der erfindungsgemäßen Apparatur.
An einer anderen Stelle im Greifbereich des Positioniersystems (3) befindet sich eine nach unten gerichtete Kamera (25) mit einer Bildauswertesoftware. Diese Kamera wird genutzt, um die Oberfläche der Elektroden zu inspizieren und die mit der Trägerfolie nach unten weisenden Elektroden hinsichtlich optisch erkennbarer Fehler zu bewerten. Auch die visuelle Inspektion der Elektroden trägt zu einer Verbesserung der erfindungsgemäßen Apparatur und des erfindungsgemäßen Verfahrens bei. Es können auch gezielt die Einflüsse der Oberflächenstruktur der Elektroden als Parameter untersucht werden.
Mittels der erfindungsgemäßen Apparatur und dem erfindungsgemäßen Verfahren ist es mög- lieh, mehr als fünfzig Zellen/Tag, vorzugsweise mehr als hundert Zellen/Tag und weiter vorzugsweise mehr als zweihundert Zellen pro Tag herzustellen. Gleichzeitig kann bei der Herstellung eine sehr geringe Ausschussrate erreicht werden, wobei die Ausschussrate < 1 %, vorzugsweise < 0,5 % und noch weiter bevorzugt < 0,1 % liegt. Da es eine besondere Eigenschaft der erfindungsgemäßen Apparatur ist, dass die Herstellungsparameter von Zellen in vielerlei Hinsicht variiert werden können, ist der Produktionsleistung der Apparatur eine Obergrenze gesetzt. Dies liegt daran, dass es sich bei der Apparatur nicht um eine Apparatur für die Fließbandfertigung von identisch aufgebauten Zellen handelt. Die Obergrenze der Produktionskapazität liegt im Bereich von 200 bis 800 Zellen pro Tag, vorzugsweise von 200 bis 400 Zellen pro Tag. Besondere Kennzeichen sind die geringe Ausschussrate und die hohe Güte der gefertig- ten Zellen. Die hohe Güte der gefertigten Zellen hängen mit der Präzision bei der Positionierung zusammen und dem Abgleich der lonenaufnahmekapazität der Elektroden.
Denkbar wäre es jedoch, dass die Produktionsleistung der erfindungsgemäßen Apparatur weiter gesteigert wird, in dem einzelne Elemente in paralleler Weise angeordnet werden bezie- hungsweise mehrere erfindungsgemäße Apparaturen parallel betrieben werden. Obwohl somit eine Obergrenze in Bezug auf die Produktionsleistung gegeben ist, ist es nicht völlig auszuschließen die Produktionsleistung durch Abwandlungen zu steigern.
Verfahren
In einer bevorzugten Ausführungsform des Verfahrens werden die einzelnen Herstellungsschritte in einer fest vorgegebenen Reihenfolge ausgeführt.
Nachfolgend wird das Verfahren in einer Ausführungsform für die Herstellung von Folienzellen beziehungsweise Pouchzellen spezifiziert, wobei das Verfahren in dieser Ausführungsform fol- gende Schritte umfasst: a.1 ) Auflegen der unteren Gehäusefolie in die Montageposition (2),
a.2) Auflegen und ausrichten einer Elektrode, Kathode oder Anode,
a.3) Verteilen einer vorbestimmten Teilmenge des Elektrolyten in Form von einigen Tropfen auf der Oberfläche der Elektrode,
a.4) Auflegen und Ausrichten eines Separators,
a.5) Weiteres Beträufeln mit einer vorbestimmten zweiten Teilmenge in Form von einigen Tropfen des Elektrolyten,
a.6) Einfahren eins oder mehrere Abstandshalters (Zunge) zur späteren Befüllung mit Elektrolyt,
a.7) Auflegen der zur ersten Elektrode entgegengesetzt polarisierten Elektrode, Anode oder Kathode,
a.8) Dreiseitiges Versiegeln der Gehäusefolien,
a.9) Kippen des dreiseitig verschlossenen Folienstapels, sodass der Abstandshalter nach oben weist,
a.10) Befüllen mit der letzten vorbestimmten Teilmenge des Elektrolyten,
a.1 1 ) Wechselweise Evakuieren und Einlassen von Inertgas ,
a.12) Entfernen des Abstandshalters,
a.13) Versiegeln der noch offenen Seite,
a.14) Entfernen des vollständig verschweißten Folienstapels zur weiteren Verwendung.
In einer weiter bevorzugten Ausführungsform werden die Apparatur und das Verfahren für die Herstellung von Knopfzellen verwendet.
B. Die Herstellung einer Knopfzelle umfasst folgende Schritte: b.1 ) Auflegen des unteren Gehäuseteils in die Montageposition (4), wobei die Feder und die
Druckplatte für die Pressung der Elektroden bereits in das Gehäuseteil eingelegt sind, b.2) Auflegen einer Elektrode, Kathode oder Anode,
b.3) Benetzen der Elektrode mit einer vorbestimmten Teilmenge des Elektrolyten, b.4) Auflegen des Separators,
b.5) Benetzen des Separators mit einer vorbestimmten zweiten Teilmenge des Elektrolyten, b.6) Auflegen der zur ersten Elektrode entgegengesetzten Elektrode Anode oder Kathode, b.7) Auflegen und leichtes Anpressen des oberen Gehäuseteils,
b.8) Verpressen des Gehäuses in einer hydraulischen Presse,
b.9) Entnahme der Zelle zur weiteren Bearbeitung.
Die temperierbare Schleuse (23) dient zur Einschleusung von Bauteilen (Komponenten) und Halterungen in die Einhausung (8), in der die lonenzellen durch das Zusammenwirken der einzelnen Fertigungseinheiten zusammengebaut werden. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die temperierbare Schleuse (23) mit einer Vakuumpumpe ausgestattet, mit der der Druck auf einen Wert von < 100 mbara, vorzugsweise < 10 mbara, weiter bevorzugt < 1 mbara und insbesondere bevorzugt < 0,1 mbara abgesenkt werden kann. In einer weiter bevorzugten Ausfüh- rungsform wird der Innenraum der temperierbaren Schleuse beheizt oder gekühlt werden, wobei ein Wert im Bereich von 10 bis 150 °C und vorzugsweise von 20 bis 120 °C ausgewählt wird. Die Kamera (25) kann beim Aufnehmen der Proben auch zur Kontrolle der Oberfläche der Elektroden eingesetzt werden. Hierzu sind naturgemäß andere Algorithmen zur Bilderkennung erforderlich, als sie zur Korrektur der räumlichen Lage angewendet werden.
Die Einhausung (8) sowie auch die Schleuse (23) können mit Inertgas geflutet oder gespült werden. Vorzugsweise wird Argon als Inertgas eingesetzt. In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Innenraum der Einhausung unter Überdruck gesetzt, wobei der Wert des Drucks in einem Bereich von 0,1 bis 100 mbar, vorzugsweise in einem Bereich von 1 bis 50 mbar über dem Atmosphärendruck liegt. Die Gasatmosphäre innerhalb der Einhausung kann präzise vorgegeben und kontrolliert werden. Vorzugsweise ist der Wasserdampfgehalt < 100 ppm, weiter vorzugsweise < 10 ppm und insbesondere vorzugsweise < 1 ppm. Der Sauerstoffgehalt innerhalb der Einhausung ist vorzugsweise < 1000 ppm, weiter vorzugsweise < 100 ppm und noch weiter vorzugsweise < 10 ppm.
Zur Entwicklung von elektrochemischen Zellen
Die mittels der erfindungsgemäßen Apparatur und dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellten Zellen werden in Bezug auf die Leistungseigenschaften getestet und die Testdaten in der Datenbank abgespeichert. Zum Abschluss des Entwicklungszyklus erfolgt eine Auswertung und Analyse der Leistungseigenschaften unter Berücksichtigung der jeweiligen Herstellungsparameter.
In einer bevorzugten Ausführungsform sind die erfindungsgemäße Apparatur und das erfin- dungsgemäße Verfahren Bestandteil eines Entwicklungszyklus für die Entwicklung von elektrochemischen Zellen, das die folgenden Stufen umfasst:
I. Software zur Planung der Fertigung von elektrochemischen Zellen, und zwar für eine Vielzahl von Zellen, wobei die Herstellungsparameter von Zelle zu Zelle variiert werden II. Steuerung der Anlage für die (automatisierte bzw. teilautomatisierte) Herstellung
(Variation der Herstellungsparameter)
III. Testung der unterschiedlichen elektrochemischen Zellen mit Sensor, vorzugsweise parallel
IV. Datenbank zur Erfassung der Ergebnisse in strukturierter Form
V. Algorithmus zur Optimierung des Zyklus. Nach Abschluss eines ersten Entwicklungszyklus kann das Analysenergebnis aus der Charakterisierung der Zellen dazu verwendet, um einen Herstellungsplan für einen zweiten Entwicklungszyklus zu erstellen. Der gesamte Entwicklungszyklus kann mehrfach durchlaufen werden, wobei die Verfahrensparameter, insbesondere die Elektrolyteigenschaften und die Eigenschaf- ten der Kathoden, variiert werden.
Kurze Beschreibung der Figuren:
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung der Montageapparatur in Form einer Über- Sichtsansicht. Die dargestellte Apparatur ist mit zwei Schleusen (23, 10) ausgestattet. Die Ablagestellplätze (13, 15, 17, 19) sind im Innenraum der Glovebox mit vier Ablagetabletts bestückt, wobei sich oberhalb der Ablagestellplätze ein Ablagetablett mit Elektrolytgefäßen befindet (ohne Bezugszeichen). Figur 2.a zeigt eine schematische Darstellung eines Bauelements einer Zelle (102), das in der Ausnehmung (101 ) eines Trennelements (103) liegt.
Figur 2.b zeigt eine schematische Darstellung einer stapeiförmigen Anordnung von fünf Trennelementen (103) und fünf Bauelementen (102). Auf der Oberseite der einzelnen Trenn- elemente befinden sich im äußeren Bereich Mulden, in den die Zentriernasen der darüber liegenden Trennelemente fixiert werden.
Figur 2.c zeigt eine Seitenansicht eines Ablagetabletts (152), in dem zwei bestückte Mulden und ein Greifer zur Handhabung von Elementen zu erkennen sind.
Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung eines Ablagetabletts in einer Aufsicht, das mit vier Mulden ausgestattet ist. Drei der Mulden sind mit Bauelementen und Trennelementen bestückt und die vierte Mulde ist frei von Bauelementen. Figur 4.a zeigt eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte beim Abstimmen der Elektrodenelemente, die zunächst vom Stapel (200) zur Waage (201 ) transferiert werden und anschließend in Abhängigkeit des Ergebnisses der Wägung entweder der Montagestation (202) oder der Waste-Position (203) zugeführt werden. Die Elemente, welche in die Waste-Position abgelegt werden, sollen nicht weiter verwendet werden, sie werden entsorgt.
Figur 4.b zeigt eine schematische Darstellung der Verfahrensschritte beim Abstimmen der Elektrodenelemente, die dem in Figur 4. a dargestellten Ablaufschema entspricht. Gegenüber dem in Figur 4.a gezeigten Schema ist die Apparatur mit separaten Stapeln für Elektrodenelemente ausgestattet, so dass die Zufuhr der Kathode und der Anode von getrennten Stapeln aus erfolgt. Figur 5.a zeigt eine schematische Darstellung eines mit 6 x 3 Mulden ausgestattetes Ablagetablett in der Aufsicht, das seitlich jeweils zwei Kupplungselemente (220, 222) aufweist.
(Kupplungselemente mit Hakenform in der Aufsicht.) Figur 5.b zeigt eine Seitenansicht von zwei Ablagetabletts, die über hakenförmige Kopplungselemente (220) miteinander verbunden sind.
Figur 5.c zeigt eine schematische Darstellung eines mit 6 x 3 Mulden ausgestatten Ablagetabletts, das dem Ablagetablett in Figur 5. a analog ist, wobei es jedoch andere magnetische Kupplungselemente an der Seite aufweist.
Figur 6.a zeigt eine schematische Darstellung eines magnetischen Kupplungselements. Detaildarstellung des Kupplungselements (220) aus Figur 5.c.
Figur 6.b zeigt eine schematische Darstellung einer Apparatur, die mit Behältern für Reinigungsflüssigkeit bzw. Flüssigkeitsabfälle ausgestattet ist.
Bezugszeichenliste
1 - Waage
2 - Montagestation für Folienzellen (Pouchzellen)
3 - Handhabungssystem für die einzelnen Bauelemente der Zellen, vorliegend als Portalsystem ausgestaltet
4 - Montagestation für Knopfzellen
5 - Handhabungssystem für Flüssigkeiten, vorliegend in Form eines Pipettierarms
6 - nicht vorhanden
7 - Schienesystem, Handhabungssystems, vorliegend als Portalsystem ausgestaltet
8 - Glovebox, Bereich für die Montagemodule
9 - Schleusentür
10 - Schleuse ohne Beheizung, Ein- bzw. Ausschleusung von Objekten, die nicht thermisch zu behandeln sind.
1 1 - Ablagestellplatz für nicht mit Wärme zu behandelnden Objekte, beispielsweise der Fläschchen für Flüssigkeiten
12 - Schleusentür im Innenraum zur Trennung von Montagebereich und Schleusenbereich
13, 15, 17, 19 - Ablagestellplätze für Ablagetabletts für die Bestandteile der zu montierenden Zellen. Dies sind Kathoden, Anoden, Separatoren und die Gehäuseteile. Die Ablagetabletts werden auf einem Haltesystem festgeklemmt, sodass sich eine eindeutige Lage bezüglich des Handhabungssystems ergibt.
Handschuhe, hermetisch gegen die Umgebung abdichtend. Sie erlauben die Handhabung der Racks.
Schleusentür zwischen beheizter Schleuse und Arbeitsbereich Ablagestellplatz für Objekte, die Konditionierungsschritten unterzogen werden; beispielsweise Kathoden und Anoden Schleuse beheizt
Schleusentür zum Außenbereich
Kamera für Positionsmessung und Defekterkennung
Zentriernase im äußeren Bereich der Unterseite der Trennelemente
Ausnehmung für die Aufnahme von Zellenbestandteilen Mechanische Komponenten der Zelle, d.s. Kathode, Anode, Separator, Gehäuseteil(e)
Trennelement
Greifer des Handhabungssystems
Leeres Trennelement
Ablagetablett
mit Bauelementen bestückte Trennelemente
Ablagetablett
Mulde
Vorrat an Kathoden respektive Anoden
Waage, Auflösung zumindest +/-0,5 mg, vorzugsweise +/-0.1 mg, weiter vorzugsweise +/-0,05 mg
Montagestation
Waste- Position
Vorrat Kathoden
Vorrat Anoden
Verfahrensschritt für den Fall, dass Bauelement im Toleranzband liegt
Verfahrensschritt für den Fall, dass Bauelement außerhalb des
Toleranzbands liegt
Kupplung
Magnet
Haken
Haken, komplementär zu Haken (222)
Feder
Druckverteilungsscheibe
Halteeinrichtung, beispielsweise Mutter
Haltestange
Gasversorgung für inerte Gase Leitung zur Zuführung inerter Gase
Absperrung für Inertgas
Leitung in den Behälter für Inertgas
Behälter für Flüssigkeit
Ausgangsleitung für Inertgas
Behälter für Reinigungsflüssigkeit, gezeigt ist die Variante mit
Steigrohr für die Zuführung, das Rohr (256) endet einige cm oberhalb des Behälterbodens; in der Variante zur Abführung von Flüssigkeiten ragt das Rohr (256) nur einige cm in den Behälter hinein
257 - Kupplungen zur Trennung des Behälters von der Anlage
258 - Leitung für die Abführung des Inertgases
259 - Absperrung für die Abführungsleitung
260 - Anlagenseitige Absperrung der Zu- Abführungsleitung
261 - Anlagenseitige Absperrung der Zu- Abführungsleitung
262 - Glovebox
263 - Apparat im inneren der Glovebox mit Flüssigkeitsbedarf

Claims

Patentansprüche Apparatur zur Herstellung von elektrochemischen Zellen mit zumindest einem Ablagestellplatz (13, 15, 17, 19), einem Montagestellplatz (2, 4), einem Positioniersystem (3) mit Greifer (150), einem Pipettierautomaten (5) mit Reinigungsstation, einem Werkzeug zum Verschließen von durch Stapelung zusammengefügten Zellen und zumindest einem Ablagetablett mit Mulden zur Aufnahme von Bauelementen, wobei die Anzahl an Mulden insgesamt > zwei, bevorzugt > vier, insbesondere bevorzugt > sechs ist. Apparatur zur Herstellung von elektrochemischen Zellen gemäß Anspruch 1 , die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Apparatur eine Waage (1 ) und/oder zumindest eine Kamera (25) umfasst, wobei die Kamera (25) im Bereich der Grundplatte der Apparatur angeordnet ist. Apparatur zur Herstellung von elektrochemischen Zellen gemäß Anspruch 1 oder Anspruch 2, die dadurch gekennzeichnet ist, dass die Apparatur Mittel zur Bewegung des Ablagetabletts zu dem zumindest einen Ablagestellplatz (13, 15, 17, 19) oder der Ablagetabletts zu den Ablagestellplätzen aufweist. Apparatur zur Herstellung von elektrochemische Zellen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, die dadurch gekennzeichnet ist, dass es sich bei den elektrochemischen Zellen um Li- lonenzellen handelt und die Baugruppen der Apparatur von einer Einhausung (8), vorzugsweise einer Glovebox, umgeben sind und die Einhausung mit zumindest einer Schleuse (23), vorzugsweise zwei Schleusen (23, 10), in Wirkverbindung steht. Die Glovebox (8) enthält Mittel, die unerwünschte Bestandteile der normalen Atmosphäre fernhält. Apparatur zur Herstellung von Li-Ionenzellen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, die dadurch gekennzeichnet ist, dass der zumindest ein Abstellplatz Mittel zur Positionserkennung der Ablagetabletts aufweist. Apparatur zur Herstellung von elektrochemischen Zellen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest einer der nachfolgend genannten Bereiche mit Führung versehen ist: Abstellstellplätze (13, 15, 17, 19), Montagebereich (2, 4) und/oder Schleusenbereich (23, 10). Apparatur zur Herstellung von Li-Ionenzellen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, die dadurch gekennzeichnet ist, dass zumindest fünf der sechs Mulden des zumindest einen Ablagetabletts mit Bauelementen von Zellen bestückt sind, wobei sich in jeder einzelnen der fünf Mulden jeweils nur ein bestimmter Typ von Bauelementen befindet, die Bauelemente eine stapeiförmige Anordnung aufweisen und zwischen den gestapelten Bauelementen jeweils Trennelemente (103) angeordnet sind. Verfahren zur Herstellung von Redoxzellen mittels einer Apparatur gemäß der Ansprüche 1 bis 7, bei dem Bauelemente E1 bis E5 aus Mulden von zumindest einem Ablagetablett von einem Greifer entnommen und in einer Montagekammer zusammengestellt werden, wobei das Verfahren durch nachfolgende Schritte gekennzeichnet ist: (i) Positionierung eines unteren Gehäuseelements (E1 ) im Einschub einer Montagekammer, die sich in einer Halterung auf dem Montagestellplatz befindet;(ii) Positionierung und Ausrichtung einer Elektrode (E2) auf dem Gehäuseelement im Einschub der Montagekammer; (iii) Dosierung eines ersten Teils eines ausgewählten Elektrolyten auf die Oberfläche der im Einschub befindlichen Elektrode; (iv) Positionierung und Ausrichten eines Separators (E3) auf der mit Elektrolyt benetzten Oberfläche; (v) Dosierung eines zweiten Teils des ausgewählten Elektrolyten auf die Oberfläche des im Einschub befindlichen Separators; (vi) Positionierung einer Gegenelektrode (E4) zu der in Schritt (ii) angeordneten Elektrode auf dem mit Elektrolyt benetzten Separator; (vii) Positionierung eines oberen Gehäuseelements (E5) im Einschub der Montagekammer; (viii) Verschließen des Stapels von Zellenkomponenten mit einem Werkzeug, wobei die einzelnen Schritte separat oder in Kombination miteinander ausgeführt werden. Verfahren zur Herstellung von elektrochemischen Zellen gemäß dem Anspruch 8, das dadurch gekennzeichnet ist, dass Bauelemente vor der Positionierung im Einschub der Montagekammer mit der Waage gewogen werden und die gewogenen Bauelemente zumindest die Bauelemente E2 und E4 (d.h. die Elektroden) umfassen. 0. Verfahren zur Herstellung Li-Ionenzellen unter Verwendung einer Apparatur gemäß einer der Ansprüche 3 bis 7, das dadurch gekennzeichnet ist, dass den in Anspruch 8 genannten Verfahrensschritten die folgenden Schritte vorgeschaltet sind: (x.1 ) Positionierung von zumindest einem mit Bauelementen bestückten Ablagetablett, vorzugsweise mehreren mit Bauelementen bestückten Ablagetabletts, in den Innenraum einer Schleuse (23); (x.2) Konditionierung der auf den Ablagetabletts befindlichen Bauelemente durch Heizen im Temperaturbereich von 20 bis 200 °C, vorzugsweise 100 bis 180 °C, weiter vorzugsweise 140 bis 160 °C, für eine Zeitdauer im Bereich von 0,5 bis 48 h, vorzugsweise im Bereich 2 bis 36 h, weiter vorzugsweise 4 bis 18 h; (x.3) Einführung des zumindest einen Ablagetabletts mit den konditionierten Bauelementen in der Ablageposition beziehungsweise den Ablagepositionen der mit Schutzgas gefluteten Einhausung, vorzugsweise Glovebox (8).
1 . Verfahren zur Herstellung Li-Ionenzellen nach Anspruch 10, das dadurch gekennzeichnet ist, dass bei der Durchführung der Konditionierung von Schritt (x.2) die Bauelemente einem Unterdruck im Bereich von < 5 mbara, vorzugsweise < 1 mbara und weiter bevorzugt < 0,1 mbara ausgesetzt sind.
2. Verfahren zur Herstellung von Li-Ionenzellen gemäß einem der Ansprüche 10 - 1 1 , das dadurch gekennzeichnet ist, dass die Einhausung (8) während der Herstellung der Zellen unter Schutzgasatmosphäre, vorzugsweise Argon als Schutzgas, gesetzt wird und der Druck vorzugsweise einen Wert im Bereich von 0,1 bis 100 mbar, weiter vorzugsweise einen Wert von 1 bis 50 mbar über Atmosphärendruck aufweist.
Verfahren zur Herstellung von Li-Ionenzellen gemäß einem der Ansprüche 10 - 12, das dadurch gekennzeichnet ist, dass der Wasserdampfgehalt innerhalb der Einhausung (1 ) während der Durchführung des Verfahrens < 100 ppm, weiter vorzugsweise < 10 ppm und insbesondere vorzugsweise < 1 ppm ist und/oder der Sauerstoffgehalt vorzugsweise < 1000 ppm, weiter vorzugsweise < 100 ppm und noch weiter vorzugsweise < 10 ppm ist.
Verfahren zur Herstellung von lonenzellen gemäß einem der Ansprüche 8 - 12, das dadurch gekennzeichnet ist, dass den Verfahrensschritten folgender Schritt nachgeschal tet ist:
(y.1 ) Ausschleusung der mit fertiggestellten Zellen bestückten Ablagetabletts aus der Einhausung durch eine zweite Schleuse (10).
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Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102013016559A1 (de) * 2013-09-27 2015-04-02 M+W Germany GmbH Trockenraum, insbesondere für den Einsatz bei der Lithium-lonen-Zellfertigung
CN104409777A (zh) * 2014-11-08 2015-03-11 苏州三屹晨光工业设备有限公司 电池冷热压机
KR102288122B1 (ko) * 2018-03-27 2021-08-11 주식회사 엘지에너지솔루션 이차전지 제조장치 및 제조방법
US11139467B2 (en) * 2018-07-09 2021-10-05 24M Technologies, Inc. Continuous and semi-continuous methods of semi-solid electrode and battery manufacturing
KR102317265B1 (ko) 2018-11-02 2021-10-22 주식회사 엘지에너지솔루션 로봇 아암을 포함하는 로봇
EP3930887A1 (de) 2019-02-28 2022-01-05 HTE GmbH The High Throughput Experimentation Company Automatisierung von laborprozessen durch eine laborprozessunterstützungsvorrichtung
CN110148791B (zh) * 2019-05-14 2024-04-16 广东鸿宝科技有限公司 异形电池全自动抽液成型生产线
DE102020111274A1 (de) 2020-04-24 2021-10-28 Volkswagen Aktiengesellschaft Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Metall-Verbundfolien für Batteriezellen
CN112531198B (zh) * 2020-12-04 2022-11-29 孚能科技(赣州)股份有限公司 一种电池模组装配装置及方法

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2004296272A (ja) * 2003-03-27 2004-10-21 Toshiba Battery Co Ltd 電池製造装置および電池製造方法
CN201185211Y (zh) * 2008-03-11 2009-01-21 白龙佳 电池自动注液、称重、静置、封口机
CN201540925U (zh) 2009-10-31 2010-08-04 东莞市鸿宝锂电科技有限公司 一种电池装配封装设备
DE102010025885A1 (de) * 2010-07-02 2012-01-05 Manz Tübingen Gmbh Verfahren zum Stapeln von Blättern, insbesondere zur Fertigung einer Lithium-Ionen-Batterie
CN201829565U (zh) * 2010-07-14 2011-05-11 东莞市东赞电池科技有限公司 自动化纽扣电池组装设备
CN102013496B (zh) 2010-10-27 2012-12-19 周俊雄 一种扣式电池组装设备
CN102044663B (zh) * 2010-11-17 2013-01-09 周俊雄 锂电池负极组装机
CN102290602A (zh) 2011-07-15 2011-12-21 东莞市鸿宝锂电科技有限公司 多工位转盘式顶侧封装机

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See references of WO2014079725A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
US20150249258A1 (en) 2015-09-03
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CN104798241A (zh) 2015-07-22
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KR20150089036A (ko) 2015-08-04

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