EP4176474A1 - Verfahren und anlage zur herstellung elektrochemischer zellen sowie elektrode für eine elektrochemische zelle - Google Patents

Verfahren und anlage zur herstellung elektrochemischer zellen sowie elektrode für eine elektrochemische zelle

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EP4176474A1
EP4176474A1 EP21739340.4A EP21739340A EP4176474A1 EP 4176474 A1 EP4176474 A1 EP 4176474A1 EP 21739340 A EP21739340 A EP 21739340A EP 4176474 A1 EP4176474 A1 EP 4176474A1
Authority
EP
European Patent Office
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current collector
section
sections
coated
electrode material
Prior art date
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Pending
Application number
EP21739340.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Klaus SCHÖBEL
Philipp RENSCHLER
David ENSLING
Martin Elmer
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.)
VARTA Microbattery GmbH
Original Assignee
VARTA Microbattery GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by VARTA Microbattery GmbH filed Critical VARTA Microbattery GmbH
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Pending legal-status Critical Current

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    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06K—GRAPHICAL DATA READING; PRESENTATION OF DATA; RECORD CARRIERS; HANDLING RECORD CARRIERS
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Definitions

  • the invention described below relates to a method and a system for producing electrochemical cells capable of storing energy, and an electrode for such an electrochemical cell.
  • Electrochemical cells capable of storing energy are able to convert stored chemical energy into electrical energy through a redox reaction. They usually include a positive and a negative electrode, which are separated from one another by a separator. In the event of a discharge, electrons are released at the negative electrode through an oxidation process. This results in a stream of electrons that can be tapped from an external electrical consumer for whom the electrochemical cell serves as an energy supplier. At the same time, an ion current corresponding to the electrode reaction occurs within the cell. This stream of ions passes through the separator and is made possible by an ion-conducting electrolyte.
  • the discharge is reversible, i.e. there is the possibility of reversing the conversion of chemical energy into electrical energy that took place during the discharge and thus recharging the cell, it is called a secondary cell.
  • the designation of the negative electrode as anode and the designation of the positive electrode as cathode, which is generally used in secondary cells, relates to the discharge function of the electrochemical cell.
  • Lithium-ion cells are based on the use of lithium, which can migrate back and forth between the electrodes of the cell in the form of ions. Lithium-ion cells are characterized by a high energy density.
  • the negative and positive electrodes of a lithium-ion cell are usually so-called composite electrodes, which in addition to electrochemically active components (in particular components that can reversibly intercalate and deintercalate lithium ions) also electrochemically inactive components (conductors, Electrode ties, current collectors).
  • the composite electrodes are combined with one or more separators to form a composite body.
  • the electrodes and separators are usually connected to one another under pressure, possibly also by lamination or by gluing.
  • the composite body plane is designed so that a plurality of composite bodies can be stacked flat on top of one another. Very often, however, the composite body is formed in the form of a roll or processed into a roll.
  • the composite body regardless of whether it is wound or not, comprises the sequence positive electrode / separator / negative electrode.
  • Composite bodies are often produced as so-called bicells with the possible sequences negative electrode / separator / positive electrode / separator / negative electrode or positive electrode / separator / negative electrode / separator / positive electrode.
  • a flat layer of a pasty electrode material which in addition to an electrode binder and optionally a conductive medium, contains an electrochemically active component (often also referred to as active material) in particle form, is usually applied to a suitable current collector and then dried.
  • the electrode material is preferably applied to both sides of the current collector. In terms of production technology, this is usually achieved by providing the current collectors as quasi-endless strips, which then pass through a coating device in which the current collector is coated with a separate coating, interrupted at defined intervals in the direction of travel, by means of a termittent coating.
  • the current collector strip emerging from the coating device has accordingly coated and uncoated sections alternating in the running direction.
  • the current collector strip can then be separated by cutting the strip in the uncoated sections. If necessary, the current collector strip can still be cut into strips. In this way, two or more individual electrodes can be produced from each of the coated sections.
  • the electrodes produced in this way have been processed into composite bodies, they are transferred into a housing.
  • the basic functionality of the cell can then be produced by impregnating the composite body with an electrolyte.
  • the cell thus formed can then be subjected to a function and performance test.
  • the flawlessness of the electrodes produced is of central importance for the quality of a cell.
  • the use of faulty electrodes usually means that cells built with them have to be sorted out as rejects. It would be desirable to be able to identify any errors and tolerance deviations that may occur, at least for the most relevant components of an electrochemical cell, as early as possible and ideally to be able to sort out defective or out of tolerance components as quickly as possible. This would require traceability of the components in the production chain and, of course, a corresponding possibility for clear identification. At the moment, individual components of electrochemical cells can at best be assigned to batches.
  • the invention relates to the production of electrochemical cells capable of storing energy with a composite body which is formed from at least two electrodes and at least one separator.
  • the cells to be produced particularly preferably comprise a housing enclosing an interior, preferably composed of two or more housing parts, and the composite body arranged in the interior and formed from the at least two electrodes and the at least one separator.
  • a machine-readable code in particular a bar code and / or a 2D code, is placed on the composite body or on at least one component of the composite body or optionally on at least one of the housing parts or another component of the cell to be produced, for example a Seal, applied or incorporated into a component of the composite.
  • the individual components of an electrochemical cell can optionally be traced back to the individual components of the composite body.
  • the individual marking makes it possible to trace at any time where, for example, an individual electrode is located within a production process.
  • machine-readable coding is understood to mean both a single machine-readable code, for example a single barcode or a single 2D code, and a plurality of machine-readable codes, for example several 2D codes in a row.
  • the electrodes are arranged in the sequence positive electrode / separator / negative electrode.
  • the electrochemical cells to be produced are preferably secondary lithium-ion cells with the aforementioned composite electrodes made of current collectors coated with electrode materials.
  • carbon-based particles such as graphitic carbon or non-graphitic carbon materials capable of intercalating lithium, preferably also in particle form, can be used as active materials.
  • metallic and semi-metallic materials that can be alloyed with lithium can also be used.
  • the elements tin, aluminum, antimony and silicon are able to form intermetallic phases with lithium.
  • Some compounds of silicon, aluminum, tin and / or antimony can also reversibly store and remove lithium.
  • the silicon can be contained in oxidic form in the negative electrode.
  • lithium titanate Li Ti 5 0i 2
  • a derivative thereof may be contained in the negative electrode, also preferably in particulate form.
  • lithium metal oxide compounds and lithium metal phosphate compounds such as LiCo0 2 and LiFeP0 4 can be used as active materials for the positive electrode.
  • NMCA lithium nickel manganese cobalt aluminum oxide
  • Lii lithium nickel manganese cobalt aluminum oxide
  • n (Nio .4 oMno .39 Coo .i6 Alo . o 5 ) o .89 0 2 or Lii + x M-0 compounds and / or mixtures of the materials mentioned can be used.
  • the active materials are preferably embedded in a matrix made of an electrode binder, where adjacent particles in the matrix are preferably in direct contact with one another.
  • Usual electrode binders are based, for example, on polyvinylidene fluoride (PVDF), polyacrylate or carboxymethyl cellulose.
  • Conductors can also be added to the electrodes. Conductors are used to increase the electrical conductivity of the electrodes. Common conductive agents are soot and metal powder.
  • the composite body is preferably impregnated with an electrolyte, preferably an electrolyte based on at least one lithium salt such as lithium hexafluorophosphate (LiPF 6 ), which is dissolved in an organic solvent (e.g. in a mixture of organic carbonates or a cyclic ether such as THF or a nitrile).
  • lithium salts that can be used are, for example, lithium tetrafluoroborate (LiBF), lithium bis (trifluoromethanesulfonyl) imide (LiTFSI), lithium bis (fluorosulfonyl) imide (LiFSI) and lithium bis (oxalato) borate (LiBOB).
  • the current collectors are used to make electrical contact with the electrochemically active components contained in the electrode material over as large an area as possible.
  • the current collectors preferably consist of a metal or are at least superficially metallized.
  • Suitable metals for the anode current collector are, for example, copper or nickel or other electrically conductive materials, in particular copper and nickel alloys or metals coated with nickel. In principle, stainless steel is also an option.
  • Suitable metals for the cathode current collector are, for example, aluminum or other electrically conductive materials, in particular also aluminum alloys.
  • Metal foils for example with a thickness in the range from 4 ⁇ m to 30 ⁇ m, are preferably used as anode current collector and / or as cathode current collector.
  • foils In addition to foils, other substrates such as metallic or metallized fleeces or open-pore foams or expanded metals can also be used as current collectors.
  • An electrically insulating plastic film for example, can be used as the separator. Since this can be penetrated by the electrolyte, it preferably has micropores.
  • the film can be formed, for example, from a polyolefin or from a polyether ketone. It is not ruled out that nonwovens and fabrics made of such or similar plastic materials can also be used as separators.
  • the electrochemical cell to be produced in particular the lithium-ion cell to be produced, can be a button cell.
  • Button cells are cylindrical and have a height that is less than their diameter.
  • the height of the button cell to be produced is preferably in the range from 4 mm to 15 mm. It is further preferred that the button cell to be manufactured has a diameter in the range from 5 mm to 25 mm.
  • Button cells are suitable, for example, for supplying small electronic devices such as watches, hearing aids and wireless headphones with electrical energy.
  • the nominal capacity of a lithium ion cell made according to the method and designed as a button cell is generally up to 1500 mAh.
  • the nominal capacity is preferably in the range from 100 mAh to 1000 mAh, particularly preferably in the range from 100 to 800 mAh.
  • the electrochemical cell to be produced is particularly preferred, in particular the lithium-ion cell to be produced, a cylindrical round cell.
  • Cylindrical round cells have a height that is greater than their diameter. They are particularly suitable for applications in the automotive sector, for e-bikes or for other applications with high energy requirements.
  • the height of cylindrical round cells to be produced is preferably in the range from 15 mm to 150 mm.
  • the diameter of the cylindrical round cells is preferably in the range from 10 mm to 60 mm.
  • form factors of, for example, 18 x 65 (diameter times height in mm) or 21 x 70 (diameter times height in mm) are particularly preferred. Cylindrical round cells with these form factors are particularly suitable for powering electrical drives in motor vehicles.
  • the nominal capacity of a cylindrical round cell based on lithium ions produced according to the method is preferably up to 90,000 mAh.
  • the cell in one embodiment as a lithium-ion cell preferably has a nominal capacity in the range from 1500 mAh to 7000 mAh, particularly preferably in the range from 3000 to 5500 mAh.
  • the cell in one embodiment as a lithium-ion cell preferably has a nominal capacity in the range from 1000 mAh to 5000 mAh, particularly preferably in the range from 2000 to 4000 mAh.
  • the composite body arranged in the interior is preferably of cylindrical design, in particular as a cylindrical winding comprising spirally rolled up electrode and separator layers. Accordingly, it preferably has two terminal, essentially circular end faces and a circumferential jacket.
  • the current collectors and separators required to produce such a composite body are preferably designed in the form of a strip and preferably have the following dimensions:
  • the current collectors preferably have a width of 56 mm to 62 mm, preferably 60 mm, and a length of not more than 1.5 m, for example.
  • the current collectors are preferred, for example a width of 56 mm to 68 mm, preferably 65 mm, and a length of not more than 2.5 m.
  • the housing of the button cell and the round cell is preferably designed to be essentially cylindrical.
  • the housing has, for example, a cup-shaped first housing part with a base and a circumferential side wall and an opening and a second housing part which closes the opening.
  • the housing parts are electrically isolated from one another by a plastic seal.
  • the composite bodies to be produced within the scope of the method according to the invention can also be arranged in a prismatic housing, in particular in the stacked form mentioned at the beginning.
  • the housing is not encompassed by an electrochemical cell. Rather, it preferably encloses a plurality of connecting bodies.
  • the housing generally comprises a plurality of rectangular side walls and a polygonal, in particular rectangular upper part and a polygonal, in particular rectangular lower part. It is preferably composed of a first and a second housing part, the first housing part preferably comprising the side walls and the polygonal lower part, while the second housing part preferably corresponds to the polygonal upper part.
  • the method according to the invention is preferably characterized by at least one of the immediately following features a. to e. from: a.
  • the composite body is cylindrical and has the two terminal, essentially circular end faces and the circumferential jacket.
  • the machine-readable code is applied to the jacket. c.
  • the outside of the jacket is at least partially, preferably completely, formed by a Se paratorwindung and / or by an adhesive film.
  • the machine-readable coding comprises a bar code or is a bar code.
  • the bars of the code are circular bars that encircle the jacket.
  • the encoding applied on all sides enables automated readability when processing the composite body from all sides.
  • a bar code that can be used according to the invention can in particular be a code that is specified in one of the following international standards:
  • ISO / I EC 15420 (trade bar codes EAN, UPC, IAN, JAN)
  • a code other than a bar code for example a 2D code
  • a code other than a bar code for example a 2D code
  • the machine-readable code can also be a composite code, that is to say a code which is composed of a linear barcode and a 2D code.
  • the code can also be an encoding comprising alphanumeric characters, for example an encoding consisting of numbers, an encoding consisting of letters or a mixed one, i.e. numbers and letters and possibly also special characters (for example punctuation marks such as period and commas, plus and minus signs, brackets or letters with diacritics) comprehensive coding, act.
  • the coding can also include characters from non-European languages, for example Chinese, Japanese, Korean or Cyrillic characters.
  • the machine-readable coding may include a bar code or a 2D code or a composite code in combination with one or more alphanumeric characters or a sequence of alphanumeric characters.
  • the machine-readable coding directly to the composite body, the at least one component of the composite body or the at least one of the housing parts or one of the other components mentioned of the cell to be produced.
  • At least one of the electrodes of the composite body is provided with a machine-readable code.
  • both the positive and the negative electrode are provided with a machine-readable code.
  • a. at least one layer of an electrode material is applied to a band-shaped current collector running through a loading device, b. the application of the layer takes place intermittently, so that the current collector can be subdivided after passing through the coating device in the longitudinal direction into sections coated with electrode material and uncoated sections in between, and c. the ribbon-shaped current collector coated with electrode material passes through at least one separating device in which the coated and uncoated sections are cut in the longitudinal direction and the uncoated sections in the transverse direction, so that successive sections of the electrode material coated sections are separated from each other and each of the coated sections is separated in the longitudinal direction into at least two sections, d.
  • each of the coated sections is assigned a machine-readable code which identifies the respective section, and e. the coding is applied to the strip-shaped current collector and / or the electrode material applied to it or is introduced into the strip-shaped current collector in such a way that it can be called up on each of the subsections after passing through the at least one separating device, and the subsections can be assigned to the coded section enables.
  • the separated sections correspond to the electrodes of the cells to be produced; they can optionally be further processed immediately.
  • This particularly preferred first variant of the method makes it possible to assign electrodes to a current collector strip, a section on the current collector strip and possibly a track within the section after the cutting process in every stage of the method according to the invention.
  • the ribbon-shaped current collector is particularly preferably coated on both sides with a layer of the respective electrode material.
  • the method according to the invention is characterized by at least one of the immediately following features a. and b. from: a.
  • the machine-readable coding comprises a bar code or is a bar code.
  • the coding, in particular the bar code comprises lines or consists of lines which are applied perpendicularly or at an angle to the main direction of extent of the ribbon-shaped current collector on the ribbon-shaped current collector and / or the electrode material applied to it.
  • the use of a bar code has particular advantages.
  • the lines of the bar code can be divided by a corresponding longitudinal section in the main direction of extent of the ribbon-shaped stream collector without information being lost.
  • a bar code can accordingly identify all subsections of a coated section after passing through the at least one separating device.
  • the lines of the bar code are aligned obliquely, they preferably form an angle of 89.9 ° to 1 °, particularly preferably 89.9 ° to 25 °, in particular 89.9 ° to 45 °, with a longitudinal edge of the band-shaped current collector .
  • the layer of the electrode material is usually applied to the current collector in the form of a rectangular or strip-shaped area.
  • the coated sections thus preferably have a rectangular or strip-shaped geometry.
  • the lines of the bar code preferably have a length which corresponds to or exceeds the width of the coated surface.
  • the method according to the invention is characterized by at least one of the immediately following features a. to c. from: a.
  • the coding comprises several individual codes, which are offset from one another in the transverse direction and are applied to the band-shaped current collector and / or the electrode material applied to it.
  • the number of individual codes per coated section corresponds to the number of Operaab sections into which the section is separated.
  • the coding is a code from the group with barcode and 2D code.
  • the individual codes are preferably placed in such a way that their readability is not impaired after passing through the at least one separating device and that each of the subsections is identified with one of the individual codes.
  • the identification of each sub-section with an individual code has the advantage that, given the corresponding information content of the code, a distinction can in principle also be made between individual sub-sections of a section.
  • the bars of a bar code are aligned along the main direction of extension of the band-shaped current collector and not perpendicular or at an angle to it.
  • the particularly preferred first variant of the method is further characterized by the following additional feature a. distinguishes: a.
  • the coding assigned to a coated section is applied to the current collector in at least one of the uncoated sections immediately adjacent to this section.
  • the coding can also serve as a marking of a section to be coated and thus help to control the intermittent coating of the current collector.
  • the coating device can be assigned a device for recognizing the applied code.
  • the coding is particularly preferably placed on the current collector, in particular in the uncoated section, in such a way that it is not damaged in the transverse direction when the uncoated section is severed.
  • the coding of a section includes a number by means of which the section can be clearly identified.
  • the sections are particularly preferably numbered consecutively.
  • the coding is introduced into the ribbon-shaped current collector, the coding is preferably a string of two or more holes in the current collector. Such holes can be cut into the current collector by means of a laser or else mechanically introduced into the current collector, for example by punching.
  • a binary code can be introduced into the stream collector using two hole shapes which differ in their geometry and / or in their size.
  • one of the hole shapes stands for 0, the other for 1.
  • the method according to the invention for producing electrochemical cells capable of energy storage is characterized by the following features: a. At least one layer of an electrode material, for example one of the electrode materials described above, is applied to a coating device passing through the strip-shaped current collector, wherein b. the application of the at least one layer takes place in such a way that, after passing through the coating device, the current collector comprises at least one strip-shaped section oriented in the longitudinal direction and coated with electrode material and at least one uncoated strip-shaped section oriented in the longitudinal direction, c. the uncoated strip-shaped section or at least one of the uncoated strip-shaped sections is assigned a machine-readable code which identifies the respective section, and d.
  • the coding is introduced in the form of perforations in the uncoated strip-shaped section or in at least one of the uncoated strip-shaped sections, as already described, or the coding is applied to at least one of the uncoated strip-shaped sections, preferably also, as already described above would.
  • the at least one layer is applied in such a way that the current collector has an uncoated, strip-shaped section at the edge, oriented in the longitudinal direction, after it has passed through the coating device.
  • the code is introduced into this uncoated section or applied to this uncoated section.
  • the application of the at least one layer takes place in such a way that the current collector, after passing through the coating device, has a longitudinally oriented, uncoated, strip-shaped section between two longitudinally oriented, coated, strip-shaped sections.
  • the code is preferably introduced into this uncoated section or applied to this uncoated section.
  • the method according to the invention is characterized by the immediately following feature e. from: e.
  • the strip-shaped current collector coated with electrode material passes through at least one separating device in which the strip-shaped section coated with electrode material or at least one of the strip-shaped sections coated with electrode material and / or at least one uncoated strip-shaped section arranged between two strip-shaped sections coated with electrode material is or will be severed in the longitudinal direction.
  • the current collector has an uncoated, strip-shaped section oriented in the longitudinal direction after passing through the coating device between two longitudinally oriented coated strip-shaped sections
  • the coding is preferably introduced into this uncoated section or applied to this section, followed by a severing of the uncoated section takes place. Since the coding can be applied in such a way that it can be called up on each of the subsections resulting from the severing after it has passed through the at least one severing device.
  • the particularly preferred first variant of the method or the particularly preferred second variant of the method are characterized by at least one of the immediately following additional features a. and b. distinguishes: a. In addition to the identification of the section, the coding contains the result of at least one test to which the section was subjected. b. The coding contains, possibly in addition to the identification of the section, information on the length and / or width of the section.
  • the test can be, for example, a test of the thickness of the electrode coating.
  • An electrode produced according to the particularly preferred variant of the method according to the invention is characterized by the following feature a. from: a. It comprises a machine-readable code which contains information that enables the electrode to be assigned to a section of a strip-shaped current collector coated with electrode material, from which the electrode was manufactured.
  • the electrode is particularly preferably characterized by at least one of the immediately following features a. and b., in particular through a combination of the immediately following features a. and b., distinguishes: a.
  • the electrode is designed in the form of a band.
  • the coding in particular the bar code, comprises lines or consists of lines which are oriented perpendicular or obliquely to the main direction of extent of the electrode.
  • the coding is the above-mentioned stringing together of two or more holes in the current collector.
  • a plant suitable for carrying out the method according to the invention in particular a plant suitable for carrying out the particularly preferred first variant of the method according to the invention, is characterized in particular by a combination of the following features: a. It comprises a coating device in which a layer of an electrode material is applied intermittently to a strip-shaped current collector passing through the coating device. b. It comprises at least one separating device which is designed to cut through the strip-shaped current collector coated with electrode material in the longitudinal direction and / or in the transverse direction. c. It comprises a device for applying a machine-readable code to the strip-shaped current collector and / or the electrode material applied to it, which is designed to
  • the coating device can for example comprise a nozzle as described in EP 2775771 B1.
  • the cutting device can comprise mechanical means, for example a knife, and / or a laser, for cutting the current collector.
  • the device for applying the machine-readable code can be, for example, a printer.
  • the system according to the invention preferably comprises, instead of the device for applying a machine-readable code, a device for introducing the code into the strip-shaped current collector.
  • the device for introducing the coding can be, for example, a punching system or a laser.
  • the device for applying the machine-readable code can therefore also be a labeling device.
  • the label can also be an RFID tag that includes the machine-readable coding.
  • the coding can be read out by radio.
  • FIG. 1 shows an embodiment of a current collector provided with a barcode according to the particularly preferred variant of the method according to the invention and coated with a layer of an electrode material, and a current collector coated with a layer of an electrode material,
  • FIG. 3 shows an embodiment of a current collector provided with several individual codes according to the particularly preferred variant of the method according to the invention and coated with a layer of an electrode material
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a current collector provided with a plurality of individual codes according to the particularly preferred variant of the method according to the invention and coated with a layer of an electrode material
  • Fig. 5 shows an embodiment of a cylindrical composite body, on the jacket of a machine-readable code is applied.
  • FIG. 6 shows a further embodiment of a cylindrical composite body, on the jacket of which a machine-readable code is applied.
  • Fig. 7 shows a current collector which has an edge, aligned in the longitudinal direction, uncoated, strip-shaped and coded portion.
  • Fig. 8 shows a current collector which has an edge, aligned in the longitudinal direction, uncoated, strip-shaped and coded portion.
  • FIG. 9 shows a current collector which has a coded, longitudinally oriented, uncoated, strip-shaped section between two longitudinally oriented, coated, strip-shaped sections.
  • the current collector 100 shown in FIG. 1 comprises sections 101 and 103 coated with electrode material and uncoated sections 102 in an alternating sequence.
  • the current collector 100 is a strip-shaped metal foil.
  • the electrode material is applied to the current collector 100 in the form of a thin layer.
  • the uncoated section 102 separates the two coated sections 101 and 103.
  • a bar code 104 is applied directly to the current collector 100.
  • the barcode 104 consists of lines which are aligned perpendicular to the main direction of extent H of the current collector 101.
  • the bar code 104 is assigned to the section 103 and identifies it. It transports a number assigned to section 103.
  • the coated sections 101 and 103 are each subdivided into three subsections.
  • Each of the Sectionab sections resulting from the section 103 is also identified after the longitudinal section by the bar code 104, which is also severed in the longitudinal sections.
  • a cross section through a region of the section 102 not provided with the barcode 104 along the line 107 separates the sections 101 and 103 from one another.
  • the current collector 100 shown in FIG. 2 comprises sections 101 and 103 coated with electrode material and uncoated sections 102 in an alternating sequence.
  • the current collector 100 is a strip-shaped metal foil.
  • the electrode material is applied to the current collector 100 in the form of a thin layer.
  • the uncoated section 102 separates the two coated sections 101 and 103.
  • a bar code 104 is applied directly to the electrode material.
  • the bar code 104 consists of lines which are aligned perpendicular to the main extension direction H of the current collector 101.
  • the barcode 104 is assigned to the section 101 and identifies it. It transports a number assigned to section 101.
  • the coated sections 101 and 103 are each subdivided into three subsections.
  • Each of the Sectionab sections resulting from the section 101 is also identified after the longitudinal section by the bar code 104, which is also severed in the longitudinal sections.
  • the resulting subsections cannot be distinguished from one another using the barcode alone. It can therefore be provided that, in addition to the bar code, numbers or characters are applied to the current collector which enable the subsections to be differentiated.
  • the subsections resulting from the longitudinal sections are each numbered in Fig. 2, see reference number 111.
  • the number in front of the hyphen could, for example, correspond to section 101.
  • Such a supplementary identification would of course also be conceivable in the embodiment shown in Fig. 1.
  • a cross section through section 102 along line 107 separates sections 101 and 103 from one another.
  • the current collector 100 shown in FIG. 3 comprises sections 101 and 103 coated with electrode material and uncoated sections 102 in an alternating sequence.
  • the current collector 100 is a strip-shaped metal foil.
  • the electrode material is applied to the current collector 100 in the form of a thin layer.
  • the uncoated section 102 separates the two coated sections 101 and 103.
  • several individual codes 104 are applied directly to the current collector 100.
  • the individual codes 104 are each QR codes. They are assigned to section 101 and identify the sen. Each of the individual codes 104 transports a number assigned to this section 101. In addition, each of the individual codes 104 transports a further individual number which distinguishes it from all other individual codes 104 assigned to section 101.
  • the coated sections 101 and 103 are each subdivided into five subsections.
  • Each of the subsections resulting from section 101 is also identified by one of the individual codes 104 after the longitudinal sections and can be distinguished from other subsections with the aid of the further individual number.
  • a cross section through section 102 along line 107 separates sections 101 and 103 from one another.
  • the current collector 100 shown in FIG. 4 comprises sections 101 and 103 coated with electrode material and uncoated sections 102 in an alternating sequence.
  • the current collector 100 is a strip-shaped metal foil.
  • the electrode material is applied to the current collector 100 in the form of a thin layer.
  • the uncoated section 102 separates the two coated sections 101 and 103.
  • several individual codes 104 are applied directly to the electrode material.
  • the individual codes 104 are QR codes. They are assigned to section 101 and identify it. Each of the individual codes 104 transports a number assigned to this section 101. In addition, each of the individual codes 104 transports a further individual number which distinguishes it from all other individual codes 104 assigned to section 101.
  • the coated sections 101 and 103 are each subdivided into four subsections.
  • Each of the sectionab sections resulting from section 101 is also identified by one of the individual codes 104 after the longitudinal sections and can be distinguished from other subsections with the aid of the further individual number.
  • a cross section through section 102 along line 107 separates sections 101 and 103 from one another.
  • the cylindrical composite body 110 shown in FIG. 5, formed from electrodes and separators by spiral winding, is identified by a QR code 104.
  • the QR code 104 is applied to the outside of the shell of the composite body 110.
  • the outside of the jacket can be formed by an outer turn of one of the separators of the composite body 110 or by an adhesive film.
  • the QR code 104 (or another machine-readable code) can be applied directly to the outside, that is to say in particular to the winding of the separator or the adhesive film, for example by means of a printing process.
  • the QR code 104 (or some other machine readable code) can be on a label that has been affixed to the outside.
  • the QR code 104 (or another machine-readable code) is applied to an adhesive strip that is used to fix an outer turn of the composite body 110 formed by winding, for example a turn of a separator tape, on the outside of the Jacket of the composite body 110 is glued on.
  • an adhesive label with a QR code applied to it can be used to fix the roll.
  • the cylindrical composite body 110 shown in FIG. 6 is marked by a bar code 104.
  • the bar code 104 is applied to the jacket of the composite body 110.
  • the bars in the code are circular bars that encircle the jacket.
  • the current collector 100 shown in FIG. 7 has a longitudinally oriented, strip-shaped section 101 coated with electrode material and an uncoated, strip-shaped section 102 at the edge, oriented in the longitudinal direction.
  • a code 104 in the form of elongated lines is applied to the unbeschich ended portion 102.
  • the lines can represent a binary code, with the short lines standing for 0 and the long ones for 1 (or vice versa).
  • the coding can include elongated slots that have been introduced, for example, by means of a knife or a laser. This can have advantages in the subsequent processing.
  • the electrode material must be calendered in section 101.
  • the thickness of the current collector can also change in this area, while the thickness of the current collector in the uncoated area 102 remains unchanged. This can lead to stresses in the current collector, which result in a deformation of the electrode obtained after calendering. It has now been determined that the Bringing perforations into the uncoated area 102 in connection with the coding can have a stress-reducing effect.
  • the coding in the uncoated edge area thus fulfills several functions. It carries usable information and it reduces stresses that occur as a result of calendering.
  • the stress-reducing effect can be further increased by making the slots in the transverse direction or at an angle (and not in the longitudinal direction, as shown).
  • the current collector 100 shown in FIG. 8 has a longitudinally oriented, strip-shaped section 101 coated with electrode material and an uncoated, strip-shaped section 102 at the edge, oriented in the longitudinal direction.
  • a code 104 is introduced in the form of round and elongated holes.
  • the holes can, for example, represent a binary code, with the round holes standing for 0, the elongated holes for 1 (or vice versa).
  • the holes can also have a stress-reducing effect, like the slots in the case of FIG. 7.
  • the current collector 100 shown in FIG. 9 has a coated strip-shaped section 101 and 103 between two aligned in the longitudinal direction and an uncoated, strip-shaped section 102 aligned in the longitudinal direction.
  • a coding 104 is introduced into this uncoated section 101. It includes crescent-shaped recesses in two different sizes that have been cut into section 102 or punched into.
  • the crescent-shaped wells can represent a binary code, for example, with the smaller wells for 0 and the larger wells for 1 (or vice versa).

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Abstract

Bekannt sind zur Energiespeicherung befähigte elektrochemische Zellen mit einem einen Innenraum einschließenden, aus zwei oder mehr Gehäuseteilen zusammengesetztem Gehäuse, und einem in dem Innenraum angeordneten Verbundkörper, der aus mindestens zwei Elektroden und mindestens einem Separator gebildet ist. Es wird vorgeschlagen, bei der Herstellung der elektroche mischen Zellen eine maschinenlesbare Codierung auf mindestens eines der Gehäuseteile oder auf den Verbundkörper oder auf mindestens einen Bestandteil des Verbundkörpers aufzubringen. Insbesondere werden ein hierfür geeignetes Verfahren sowie eine hierfür geeignete Anlage sowie eine gemäß dem Verfahren herstellbare Elektrode vorgeschlagen.

Description

Verfahren und Anlage zur Herstellung elektrochemischer Zellen sowie Elektrode für eine elektro chemische Zelle
Die nachstehend beschriebene Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anlage zur Herstellung von zur Energiespeicherung befähigter elektrochemischer Zellen sowie eine Elektrode für eine solche elektrochemische Zelle.
Zur Energiespeicherung befähigte elektrochemische Zellen sind dazu in der Lage, gespeicherte che mische Energie durch eine Redoxreaktion in elektrische Energie umzuwandeln. Sie umfassen in der Regel eine positive und eine negative Elektrode, die von einem Separator voneinander getrennt sind. Bei einer Entladung werden an der negativen Elektrode durch einen Oxidationsprozess Elekt ronen freigesetzt. Hieraus resultiert ein Elektronenstrom, der von einem externen elektrischen Ver braucher abgegriffen werden kann, für den die elektrochemische Zelle als Energielieferant dient. Zugleich kommt es zu einem der Elektrodenreaktion entsprechenden lonenstrom innerhalb der Zelle. Dieser lonenstrom durchquert den Separator und wird durch einen Ionen leitenden Elektroly ten ermöglicht.
Wenn die Entladung reversibel ist, also die Möglichkeit besteht, die bei der Entladung erfolgte Um wandlung von chemischer Energie in elektrische Energie wieder umzukehren und damit die Zelle wieder zu laden, spricht man von einer sekundären Zelle. Die bei sekundären Zellen allgemein übli che Bezeichnung der negativen Elektrode als Anode und die Bezeichnung der positiven Elektrode als Kathode bezieht sich auf die Entladefunktion der elektrochemischen Zelle.
Die weitverbreiteten sekundären Lithium-Ionen-Zellen basieren auf dem Einsatz von Lithium, wel ches in Form von Ionen zwischen den Elektroden der Zelle hin und her wandern kann. Lithium-Io- nen-Zellen zeichnen sich durch eine hohe Energiedichte aus.
Bei der negativen und der positiven Elektrode einer Lithium-Ionen-Zelle handelt es sich in der Regel um sogenannte Kompositelektroden, die neben elektrochemisch aktiven Komponenten (insbeson dere Komponenten, die Lithium-Ionen reversibel interkalieren und deinterkalieren können) auch elektrochemisch inaktive Komponenten (Leitmittel, Elektrodenbinder, Stromkollektoren) umfas sen. Die Kompositelektroden werden bei der Herstellung einer Lithium-Ionen-Zelle mit einem oder mehreren Separatoren zu einem Verbundkörper kombiniert. Hierbei werden die Elektroden und Se paratoren meist unter Druck, gegebenenfalls auch durch Lamination oder durch Verklebung, mitei nander verbunden. In vielen Ausführungsformen ist derVerbundkörpereben ausgebildet, so dass mehrere Verbundkör perflach aufeinander gestapelt werden können. Sehr häufig wird derVerbundkörperaber in Form eines Wickels gebildet oder zu einem Wickel verarbeitet. In der Regel umfasst der Verbundkörper, unabhängig davon ob gewickelt oder nicht, die Sequenz positive Elektrode / Separator / negative Elektrode. Häufig werden Verbundkörper ais sogenannte Bizellen mitden möglichen Sequenzen ne gative Elektrode / Separator / positive Elektrode / Separator / negative Elektrode oder positive Elekt rode / Separator / negative Elektrode / Separator / positive Elektrode hergestellt.
Zur Herstellung der Kompositelektroden wird üblicherweise eine flache Schicht aus einem pasten förmigen Elektrodenmaterial, das neben einem Elektrodenbinder und gegebenenfalls einem Leit mittel eine elektrochemisch aktive Komponente (wird oft auch als Aktivmaterial bezeichnet) in Par tikelform enthält, auf einen geeigneten Stromkollektor aufgebracht und anschließend getrocknet. Bevorzugt wird das Elektrodenmaterial auf beide Seiten des Stromkollektors aufgebracht. Produk tionstechnisch wird dies meist realisiert, indem die Stromkollektoren als quasi endlose Bänder be reitgestellt werden, die anschließend eine Beschichtungsvorrichtung durchlaufen, in der durch in termittierende Beschichtung eine abgesetzte, in Laufrichtung in definierten Abständen unterbro chene Beschichtung des Stromkollektors erfolgt. Das aus der Beschichtungsvorrichtung austre tende Stromkollektorband weist entsprechend in Laufrichtung alternierend beschichtete und unbe- schichtete Abschnitte auf.
Eine Auftrennung des Stromkollektorbandes kann anschließend durch Zerschneiden des Bandes in den unbeschichteten Abschnitten erfolgen. Bei Bedarf kann das Stromkollektorband weiterhin in Streifen geschnitten werden. So lassen sich aus jedem der beschichteten Abschnitte zwei oder mehr einzelne Elektroden herstellen.
Nach Verarbeitung der so hergestellten Elektroden zu Verbundkörpern erfolgt deren Überführung in ein Gehäuse. Die grundsätzliche Funktionsfähigkeit der Zelle kann dann durch Tränkung des Ver bundkörpers mit einem Elektrolyten hergestellt werden. Die so gebildete Zelle kann dann einem Funktions- und Leistungstest unterzogen werden.
Für die Qualität einer Zelle ist die Fehlerfreiheit der hergestellten Elektroden von zentraler Bedeu tung. Die Verwendung fehlerhafter Elektroden bedeutet in der Regel, dass damit gebaute Zellen als Ausschussware aussortiert werden müssen. Es wäre wünschenswert, gegebenenfalls auftretende Fehler und Toleranzabweichungen zumindest fürdie relevantesten Bauteile einer elektrochemischen Zelle möglichst früh zu erkennen und im Ide alfall außerhalb einerToleranz befindliche oder fehlerhafte Bauteile möglichst schnell auszusortie ren zu können. Hierzu wäre eine Rückverfolgbarkeit der Bauteile in der Produktionskette erforder lich und natürlich eine entsprechende Möglichkeit zur eindeutigen Identifizierung. Aktuell lassen sich Einzelkomponenten elektrochemischer Zellen bestenfalls Chargen zuordnen.
Zur Lösung dieser Schwierigkeiten werden das nachfolgend beschriebene Verfahren, insbesondere die bevorzugte Ausführungsform des Verfahrens mit den Merkmalen des Anspruchs 1, sowie die nachfolgend beschriebene Anlage und Elektrode, insbesondere deren bevorzugte Ausführungsfor men gemäß den Ansprüchen 6 und 8, vorgeschlagen. Weitere bevorzugte Ausgestaltungen des Ver fahrens und der Anlage sowie der Elektrode ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
Gegenstand der Erfindung ist die Herstellung von zur Energiespeicherung befähigter elektrochemi scher Zellen mit einem Verbundkörper, der aus mindestens zwei Elektroden und mindestens einem Separator gebildet ist. Besonders bevorzugt umfassen die herzustellenden Zellen ein einen Innenraum einschließendes, bevorzugt aus zwei oder mehr Gehäuseteilen zusam mengesetztes Gehäuse, und den in dem Innenraum angeordneten, aus den mindestens zwei Elektroden und dem min destens einen Separator gebildeten Verbundkörper.
Erfindungsgemäß wird bei der Herstellungderelektrochemischen Zellen eine maschinenlesbare Co dierung, insbesondere ein Strichcode und/oderein 2D-Code, auf den Verbundkörper oder auf min destens ein Bestandteil des Verbundkörpers oder gegebenenfalls auf mindestens eines der Gehäu seteile oder ein sonstiges Bauteil der herzustellenden Zelle, beispielsweise eine Dichtung, aufgetra gen, oder in eine Komponentedes Verbundkörperseingebracht. Dies bringt diverse Vorteile mitsich:
Die Einzelkomponenten einer elektrochemischen Zelle sind gegebenenfalls bis hin zu den Einzelbestandteilen des Verbundkörpers rückverfolgbar.
Innerhalb einer Anlage zur Herstellung der elektrochemischen Zellen ist aufgrund der indi- viduellen Markierung jederzeit nachvollziehbar, wo sich beispielsweise eine einzelne Elektrode in nerhalb eines Produktionsprozesses befindet.
Beim Testen von Zellen können mögliche Korrelationen zwischen Produktionsparametern und der Funktion oder den Leistungswerten der fertigen Zellen hergestellt werden.
Unter einer maschinenlesbaren Codierung werden erfindungsgemäß sowohl ein einzelner maschi nenlesbarer Code, also beispielsweise ein einzelner Strichcode oder ein einzelner 2D-Code, als auch eine Mehrzahl an maschinenlesbaren Codes, also beispielsweise mehrere 2D-Codes in einer Reihe, verstanden.
In dem Verbundkörper sind die Elektroden in der Sequenz positive Elektrode / Separator / negative Elektrode angeordnet.
Bei den herzustellenden elektrochemischen Zellen handelt es sich bevorzugt um sekundäre Li- thium-lonen-Zellen mit den erwähnten Kompositelektroden aus mit Elektrodenmaterialien be schichteten Stromkollektoren.
Als Aktivmaterialien für Anode und Kathode der Zellen können im Grunde sämtliche für sekundäre Lithium-Ionen-Zellen bekannten elektrochemisch aktiven Komponenten verwendet werden.
In der negativen Elektrode können als Aktivmaterialien Partikel auf Kohlenstoffbasis wie graphiti scher Kohlenstoff oder zur Interkalation von Lithium befähigte, nicht-graphitische Kohlenstoffma terialien, bevorzugt ebenfalls in Partikelform, eingesetzt werden. Darüber hinaus können auch me tallische und halbmetallische Materialien, die mit Lithium legierbarsind, zum Einsatz kommen. So sind beispielsweise die Elemente Zinn, Aluminium, Antimon und Silizium in der Lage, mit Lithium intermetallische Phasen zu bilden. Auch einige Verbindungen von Silizium, Aluminium, Zinn und/o der Antimon können Lithium reversibel ein- und auslagern. Beispielsweise kann in einigen bevor zugten Ausführungsformen das Silizium in oxidischer Form in der negativen Elektrode enthalten sein. Alternativ oderzusätzlich kann auch Lithiumtitanat (Li Ti50i2) oder ein Derivat desselben in der negativen Elektrode enthalten sein, bevorzugt ebenfalls in Partikelform.
Für die positive Elektrode kommen als Aktivmaterialien beispielsweise Lithium-Metalloxid-Verbin- dungen und Lithium-Metallphosphat-Verbindungen wie LiCo02 und LiFeP04 in Frage. Weiterhin gut geeignet sind insbesondere Lithiumnickelmangancobaltoxid (NMC) mit der Summenformel Li- NixMnyCOz02 (wobei x + y + z typischerweise 1 ist), Lithiummanganspinell (LMO) mit der Summenfor mel LiMn204, oder Lithiumnickelcobaltaluminiumoxid (NCA) mit der Summenformel LiNixCoyAlz02 (wobei x + y + z typischerweise 1 ist). Auch Derivate hiervon, beispielsweise Lithiumnickelmangan- cobaltaluminiumoxid (NMCA) mit der Summenformel Lii.n(Nio.4oMno.39Coo.i6Alo.o5)o.8902 oder Lii+xM-0 Verbindungen und/oder Mischungen der genannten Materialien können eingesetzt werden.
Die Aktivmaterialien werden bevorzugt in eine Matrix aus einem Elektrodenbinder eingebettet, wo bei benachbarte Partikel in der Matrix bevorzugt in unmittelbarem Kontakt miteinander stehen. Üb liche Elektrodenbinder basieren beispielsweise auf Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polyacrylat oder Carboxymethylzellulose.
Weiterhin können den Elektroden Leitmittel zugesetzt werden. Leitmittel dienen dazu, die elektri sche Leitfähigkeit der Elektroden zu erhöhen. Übliche Leitmittel sind Ruß und Metallpulver.
In der fertigen Zelle ist derVerbundkörper bevorzugt mit einem Elektrolyten getränkt, bevorzugt ei nem Elektrolyten auf der Basis mindestens eines Lithiumsalzes wie beispielsweise Lithiumhexaflu- orophosphat (LiPF6), das in einem organischen Lösungsmittel gelöst vorliegt (z. B. in einer Mischung organischer Carbonate oder einem cyclischen Ether wie THF oder einem Nitril). Andere einsetzbare Lithium-Salze sind beispielsweise Lithiumtetrafluoroborat (LiBF ), Lithiumbis(trifluoromethansul- fonyl)imid (LiTFSI), Lithiumbis(fluorosulfonyl)imid (LiFSI) und Lithiumbis(oxalato)borat (LiBOB).
Die Stromkollektoren dienen dazu, im Elektrodenmaterial enthaltene elektrochemisch aktive Kom ponenten möglichst großflächig elektrisch zu kontaktieren. Bevorzugt bestehen die Stromkollekt oren als einem Metall oder sind zumindest oberflächlich metallisiert. Als Metall für den Anoden stromkollektor eignen sich beispielsweise Kupfer oder Nickel oder auch andere elektrisch leitfähige Materialien, insbesondere Kupfer- und Nickellegierungen oder mit Nickel beschichtete Metalle. Auch Edelstahl kommt grundsätzlich in Frage. Als Metall für den Kathodenstromkollektor eignen sich bei spielsweise Aluminium oder auch andere elektrisch leitfähige Materialien, insbesondere auch Alu- miniumlegierungen.
Bevorzugt werden als Anodenstromkollektor und/oder als Kathodenstromkollektor jeweils Metall folien, beispielsweise mit einer Dicke im Bereich von 4 pm bis 30 pm, eingesetzt.
Neben Folien können als Stromkollektoren allerdings auch andere Substrate wie metallische oder metallisierte Vliese oder offenporige Schäume oder Streckmetalle verwendet werden. Als Separator kann beispielsweise eine elektrisch isolierende Kunststofffolie verwendet werden. Da mit diese von dem Elektrolyten durchdrungen werden kann, weist sie bevorzugt Mikroporen auf. Die Folie kann beispielsweise aus einem Polyolefin oder aus einem Polyetherketon gebildet sein. Nicht ausgeschlossen ist, dass auch Vliese und Gewebe aus solchen oder ähnlichen Kunststoffmaterialien als Separatoren zum Einsatz kommen können.
Bei der herzustellenden elektrochemischen Zelle, insbesondere der herzustellenden Lithium-Ionen- Zelle, kann es sich um eine Knopfzelle handeln. Knopfzellen sind zylindrisch ausgebildet und weisen eine Höhe auf, die geringer als ihr Durchmesser ist. Bevorzugt liegt die Höhe der herzustellenden Knopfzelle im Bereich von 4 mm bis 15 mm. Weiter ist es bevorzugt, dass die herzustellende Knopf zelle einen Durchmesserim Bereich von 5 mm bis 25 mm aufweist. Knopfzellen eignen sich beispiels weise zur Versorgung von kleinen elektronischen Geräten wie Uhren, Hörgeräten und kabellosen Kopfhörern mit elektrischer Energie.
Die Nennkapazität einer gemäß dem Verfahren hergestellten, als Knopfzelle ausgebildeten Lithium- lonen-Zelle beträgt in der Regel bis zu 1500 mAh. Bevorzugt liegt die Nennkapazität im Bereich von 100 mAh bis 1000 mAh, besonders bevorzugt im Bereich von 100 bis 800 mAh.
Besonders bevorzugt ist die herzustellende elektrochemische Zelle, insbesondere die herzustel lende Lithium-Ionen-Zelle, eine zylindrische Rundzelle. Zylindrische Rundzellen weisen eine Höhe auf, die größer als ihr Durchmesser ist. Sie eignen sich insbesondere für Anwendungen im Automo bilbereich, für E-Bikes oder auch für andere Anwendungen mit hohem Energiebedarf.
Die Höhe herzustellender zylindrischer Rundzellen liegt bevorzugt im Bereich von 15 mm bis 150 mm. Der Durchmesser der zylindrischen Rundzellen liegt bevorzugt im Bereich von 10 mm bis 60 mm. Innerhalb dieser Bereiche sind Formfaktoren von beispielsweise 18 x 65 (Durchmesser mal Höhe in mm) oder 21 x 70 (Durchmesser mal Höhe in mm) besonders bevorzugt. Zylindrische Rund zellen mit diesen Formfaktoren eignen sich insbesondere zur Stromversorgung elektrischer Antriebe von Kraftfahrzeugen.
Die Nennkapazität einer gemäß dem Verfahren hergestellten zylindrischen Rundzelle auf Lithium- lonen-Basis beträgt bevorzugt bis zu 90000 mAh. Mit dem Formfaktor von 21 x 70 hat die Zelle in einer Ausführungsform als Lithium-Ionen-Zelle bevorzugt eine Nennkapazität im Bereich von 1500 mAh bis 7000 mAh, besonders bevorzugt im Bereich von 3000 bis 5500 mAh. Mit dem Formfaktor von 18 x 65 hat die Zelle in einer Ausführungsform als Lithium-Ionen-Zelle bevorzugt eine Nennkapazität im Bereich von 1000 mAh bis 5000 mAh, besonders bevorzugt im Bereich von 2000 bis 4000 mAh.
In der Europäischen Union sind Herstellerangaben zu Angaben betreffend die Nennkapazitäten von sekundären Batterien streng reglementiert. So haben etwa Angaben zur Nennkapazität von sekun dären Nickel-Cadmium-Batterien auf Messungen gemäß den Normen IEC/EN 61951-1 und IEC/EN 60622, Angaben zur Nennkapazität von sekundären Nickel-Metallhydrid-Batterien auf Messungen gemäß der Norm IEC/EN 61951-2, Angaben zur Nennkapazität von sekundären Lithium-Batterien auf Messungen gemäß der Norm IEC/EN 61960 und Angaben zur Nennkapazität von sekundären Blei- Säure-Batterien auf Messungen gemäß der Norm IEC/EN 61056-1 zu basieren. Jegliche Angaben zu Nennkapazitäten in der vorliegenden Anmeldung basieren bevorzugt ebenfalls auf diesen Normen.
In allen Ausführungsformen, in denen die herzustellende Zelle eine Knopfzelle odereine zylindrische Rundzelle ist, ist der in dem Innenraum angeordneten Verbundkörper bevorzugt zylindrisch ausge bildet, insbesondere als zylindrischer Wickel, der spiralförmig aufgerollte Elektroden- und Separa torschichten umfasst. Er weist entsprechend bevorzugt zwei endständige, im Wesentlichen kreis runde Stirnseiten und einen umlaufenden Mantel auf.
Die zur Herstellung eines solchen Verbundkörpers benötigten Stromkollektoren und Separatoren sind bevorzugt bandförmig ausgebildet und weisen bevorzugt die folgenden Dimensionen auf:
Eine Länge im Bereich von 0,3 m bis 25 m Eine Breite im Bereich 30 mm bis 145 mm
Im Falle einer zylindrischen Rundzelle mit dem Formfaktor 18 x65 weisen die Stromkollektoren bei spielsweise bevorzugt eine Breite von 56 mm bis 62 mm, bevorzugt von 60 mm, und eine Länge von nicht mehr als 1,5 m auf.
Im Falle einer zylindrischen Rundzelle mit dem Formfaktor 21 x 70 weisen die Stromkollektoren bei spielsweise bevorzugt eine Breite von 56 mm bis 68 mm, bevorzugt von 65 mm, und eine Länge von nicht mehr als 2,5 m auf.
Das Gehäuse der Knopfzelle und der Rundzellen ist bevorzugt im Wesentlichen zylindrisch ausgebil- det. In einer bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse beispielsweise ein becherförmiges erstes Gehäuseteil mit einem Boden und einer umlaufenden Seitenwand und einer Öffnung und ein zweites Gehäuseteil, das die Öffnung verschließt, auf. In vielen weiteren bevorzugten Ausführungs formen sind die Gehäuseteile durch eine Kunststoffdichtung elektrisch voneinander isoliert.
Grundsätzlich können die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens herzustellenden Ver- bundkörper auch in einem prismatischen Gehäuse angeordnet werden, insbesondere in der ein gangs erwähnten gestapelten Form. Das Gehäuse ist in diesen Ausführungsformen nicht von einer elektrochemischen Zelle umfasst. Vielmehr umschließt es bevorzugt eine Vielzahl von Verbindkör pern.
Wenn das Gehäuse prismatisch ausgebildet ist, dann umfasst das Gehäuse in aller Regel mehrere rechteckige Seitenwände sowie ein polygonales, insbesondere rechteckiges Oberteil und ein poly gonales, insbesondere rechteckiges Unterteil. Bevorzugt wird es aus einem ersten und einem zwei ten Gehäuseteil zusammengesetzt, wobei das erste Gehäuseteil bevorzugt die Seitenwände und das polygonale Unterteil umfasst während das zweite Gehäuseteil bevorzugt dem polygonalen Oberteil entspricht. Bevorzugt zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren durch mindestens eines der unmittelbar folgenden Merkmale a. bis e. aus: a. Der Verbundkörper ist zylindrisch ausgebildet und weist die zwei endständigen, im Wesent lichen kreisrunde Stirnseiten und den umlaufenden Mantel aus. b. Der maschinenlesbare Code ist auf den Mantel aufgebracht. c. Die Außenseite des Mantels wird zumindest teilweise, bevorzugt vollständig, durch eine Se paratorwindung und/oder durch eine Klebefolie gebildet. d. Die maschinenlesbare Codierung umfasst einen Strichcode oder ist ein Strichcode. e. Bei den Strichen des Codes handelt es sich um kreisförmige Striche, die den Mantel umlau fen.
Besonders bevorzugt sind die unmittelbar vorstehenden Merkmale a., b., d. und e. in Kombination realisiert.
Die umlaufend aufgebrachte Codierung ermöglicht eine automatisierte Lesbarkeit bei der Verarbei tung des Verbundkörpers von allen Seiten.
Bei einem erfindungsgemäß verwendbaren Strichcode kann es sich insbesondere um einen Code handeln, der in einer der folgenden internationalen Normen festgelegt ist:
ISO/I EC 15420 (Handelsstrichcodes EAN, UPC, IAN, JAN)
ISO/I EC 16390 (Code der 2/5-Familie)
ISO/I EC 16388 (Code 39)
ISO/I EC 15417 (Codel28)
In einigen Ausführungsformen ist es bevorzugt, einen anderen Code als einen Strichcode, beispiels weise einen 2D-Code, auf den Verbundkörper oder ein anderes Bauteil der herzustellenden Zelle aufzubringen. Als 2D-Codes kommen beispielsweise Codes in Frage, die in einer derfolgenden inter nationalen Normen festgelegt sind:
ISO/I EC 18004 (QR-Code)
ISO/IEC 16022 (DataMatrix-Code)
ISO/I EC JTC1 SC31 (Han-Xin-Code)
ISO/IEC 15417
In einigen Ausführungsformen kann es sich bei dem maschinenlesbaren Code auch um einen Com- posite-Code handeln, also einen Code, der sich aus einem linearen Barcode und einem 2D-Code zu sammensetzt. In weiteren Ausführungsformen kann es sich bei dem Code auch um eine alphanumerische Zeichen umfassende Codierung, also beispielsweise eine aus Zahlen bestehende Codierung, eine aus Buch staben bestehende Codierung oder um eine gemischte, also Zahlen und Buchstaben und gegebe nenfalls auch Sonderzeichen (beispielsweise Satzzeichen wie Punkt und Komma, Plus und Minus zeichen, Klammern oder Buchstaben mit Diakritika) umfassende Codierung, handeln. Selbstver ständlich kann die Codierung auch Zeichen aus nicht-europäischen Sprachen, beispielsweise chine sische, japanische, koreanische oder kyrillische Zeichen umfassen.
In einigen besonders bevorzugten Ausführungsformen ist es auch möglich, dass die maschinenles bare Codierung einen Strichcode oder einen 2D-Code oder einen Composite-Code in Kombination mit einem oder mehreren alphanumerischen Zeichen oder einer Abfolge alphanumerischer Zeichen u mfasst.
Weitere Bestandteile der herzustellenden Zelle, die erfindungsgemäß bevorzugt mit der maschinen lesbaren Codierung versehen werden, sind die Gehäuseteile sowie gegebenenfalls die erwähnte Dichtung, die zwischen den Gehäuseteilen angeordnet werden kann.
In vielen Fällen ist es bevorzugt, die maschinenlesbare Codierung unmittelbar auf den Verbundkör per, den mindestens einen Bestandteil des Verbundkörpers oder das mindestens eine der Gehäuse teile oder eines der erwähnten sonstigen Bauteile der herzustellenden Zelle aufzubringen. Es kann aber auch bevorzugt sein, die Codierung auf mindestens ein Etikett aufzubringen, das dann auf den Verbundkörper, auf mindestens eines seiner Bestandteile oder auf ein sonstiges Bauteil der Zelle aufgebracht wird, insbesondere durch Verklebung.
In besonders bevorzugten Varianten des erfindungsgemäßen Verfahrens wird mindestens eine der Elektroden des Verbundkörpers mit einer maschinenlesbaren Codierung versehen. Insbesondere werden sowohl die positive als auch die negative Elektrode mit einer maschinenlesbaren Codierung versehen.
So ist es besonders bevorzugt, dass in einer besonders bevorzugten ersten Variante zur Herstellung der Elektroden der elektrochemischen Zellen a. mindestens eine Schicht aus einem Elektrodenmaterial auf einen eine Beschickungsvor richtung durchlaufenden bandförmigen Stromkollektor aufgebracht wird, b. das Aufbringen der Schicht intermittierend erfolgt, so dass der Stromkollektor nach Durch laufen der Beschichtungsvorrichtung in Längsrichtung in mit Elektrodenmaterial beschichtete Ab schnitte und dazwischen liegende unbeschichtete Abschnitte unterteilbar ist, und c. der mit Elektrodenmaterial beschichtete bandförmige Strom ko llektor mindestens eine T rennvorrichtung durchläuft, in der in Längsrichtung die beschichteten und die unbeschichteten Abschnitte und in Querrichtung die unbeschichteten Abschnitte durchtrennt werden, so dass aufeinanderfolgende der mit Elektrodenmaterial beschichteten Ab schnitte voneinander separiert werden und jeder der beschichteten Abschnitte in Längsrichtung in mindestens zwei Teilabschnitte aufgetrennt wird, wobei d. jedem der beschichteten Abschnitte eine maschinenlesbare Codierung zugeordnet wird, die den jeweiligen Abschnitt kennzeichnet, und e. die Codierung derart auf den bandförmigen Stromkollektor und/oder das darauf aufge brachte Elektrodenmaterial aufgebracht wird oder in den bandförmigen Stromkollektor einge bracht wird, dass sie nach dem Durchlaufen der mindestens einen T rennvorrichtung auf jedem der Teilabschnitte abrufbar ist und eine Zuordenbarkeit derTeilabschnitte zu dem codierten Abschnitt ermöglicht.
Die abgetrennten Teilabschnitte entsprechen den Elektroden der herzustellenden Zellen, sie kön nen gegebenenfalls unmittelbar weiterverarbeitet werden.
Diese besonders bevorzugte erste Variante des Verfahrens ermöglicht es, Elektroden nach dem Schneidprozess in jedem Stadium des erfindungsgemäßen Verfahrens einem Stromkollektorband, einem Abschnitt auf dem Stromkollektorband und gegebenenfalls einer Spur innerhalb des Ab schnitts zuzuordnen.
Besonders bevorzugt wird der bandförmige Strom kollektor beidseitig mit einer Schicht aus dem je weiligen Elektrodenmaterial beschichtet. In einer Weiterbildung der besonders bevorzugten ersten Variante zeichnet sich das erfindungsge mäße Verfahren durch mindestens eines der unmittelbar folgenden Merkmale a. und b. aus: a. Die maschinenlesbare Codierung umfasst einen Strichcode oder ist ein Strichcode. b. Die Codierung, insbesondere der Strichcode, umfasst Linien oder besteht aus Linien, die senkrecht oder schräg zur Haupterstreckungsrichtung des bandförmigen Stromkollektors auf den bandförmigen Stromkollektor und/oder das darauf aufgebrachte Elektrodenmaterial aufgebracht werden.
Besonders bevorzugt sind die unmittelbar vorstehenden Merkmale a. und b. in Kombination mitei nander realisiert.
Die Verwendung eines Strichcodes bringt bei der besonders bevorzugten Variante besondere Vor teile mit sich. So können die Linien des Strichcodes durch einen entsprechenden Längsschnitt in Haupterstreckungsrichtung des bandförmigen St ro m ko llektors zerteilt werden, ohne dass Informa tion verloren geht. Ein Strichcode kann entsprechend nach Durchlaufen der mindestens einen Trennvorrichtung alle Teilabschnitte eines beschichteten Abschnitts kennzeichnen.
Einfacher wäre es, die Linien des Strichcodes in der Haupterstreckungsrichtung des bandförmigen Stromkollektorsaufzu bringen. Die beschriebenen Vorteile überwiegen aber die Schwierigkeiten, die sich bei der Aufbringung senkrecht oder schräg ausgerichteter Linien ergeben.
Bei einer schrägen Ausrichtung der Linien des Strichcodes schließen diese mit einem Längsrand des bandförmigen Stromkollektors bevorzugt einen Winkel von 89,9° bis 1°, besonders bevorzugt von 89,9° bis 25°, insbesondere von 89,9° bis 45°, ein.
Die Schicht aus dem Elektrodenmaterial wird meist in Form einer rechteckigen oder streifenförmi gen Fläche auf den Stromkollektor aufgebracht. Die beschichteten Abschnitte weisen somit bevor zugt eine rechteckige oder streifenförmige Geometrie auf. In der besonders bevorzugten Variante weisen die Linien des Strichcodes bevorzugt eine Länge auf, welche der Breite der beschichteten Fläche entspricht oder diese überschreitet.
In einer alternativen Weiterbildung der besonders bevorzugten ersten Variante zeichnet sich das er findungsgemäße Verfahren durch mindestens eines der unmittelbar folgenden Merkmale a. bis c. aus: a. Die Codierung umfasst mehrere Einzelcodes, welche in Querrichtung versetzt zueinander auf den bandförmigen Stromkollektor und/oder dem darauf aufgebrachte Elektrodenmaterial auf gebrachtwerden. b. Die Anzahl der Einzelcodes je beschichtetem Abschnitt entspricht der Anzahl der Teilab schnitte, in welche der Abschnitt aufgetrennt wird. c. Bei der Codierung handelt es sich um einen Code aus der Gruppe mit Strichcode und 2D- Code.
Besonders bevorzugt sind die unmittelbar vorstehenden Merkmale a. bis c. in Kombination mitei nander realisiert.
Die Einzelcodes sind in dieser Weiterbildung bevorzugt derart platziert, dass ihre Lesbarkeit nach dem Durchlaufen der mindestens einen T rennvorrichtung nicht beeinträchtigt ist und dass jeder der Teilabschnitte mit einem der Einzelcodes gekennzeichnet ist. Die Kennzeichnung eines jeden Teil abschnitts mit einem Einzelcode hat den Vorteil, dass bei entsprechendem Informationsgehalt des Codes grundsätzlich auch zwischen einzelnen Teilabschnitten eines Abschnitts unterschieden wer den kann.
In dieser Weiterbildung ist es bevorzugt, dass die Striche eines Strichcodes längs zur Haupterstre ckungsrichtung des bandförmigen Stromkollektors ausgerichtet sind und nicht senkrecht oder schräg dazu.
Es ist bevorzugt, dass sich die besonders bevorzugte erste Variante des Verfahrens weiter durch das folgende zusätzliche Merkmal a. auszeichnet: a. Die einem beschichteten Abschnitt zugeordnete Codierung wird in mindestens einem der diesem Abschnitt unmittelbar angrenzenden unbeschichteten Abschnitte auf den Stromkollektor aufgebracht.
Es ist bevorzugt, die Codierung nach dem Aufbringen des Elektrodenmaterials auf den Stromkollek tor aufzubringen. Es ist aber durchaus auch möglich, die Codierung bereits vordem Durchlaufen der Beschichtungsvorrichtungauf den Stromkollektor aufzubringen. Dies kann sogar besonders vorteil haftsein, die Codierung kann in dieser Ausführungsform nämlich auch als Markierung eines zu be schichteten Abschnitts dienen und somit helfen, die intermittierende Beschichtung des Stromkol lektors zu steuern. Der Beschichtungsvorrichtung kann in dieser Ausführungsform eine Einrichtung zur Erkennung des aufgebrachten Codes zugeordnet sein.
Besonders bevorzugt wird dieCodierungauf dem Stromkollektor, insbesondere in dem unbeschich teten Abschnitt, derart platziert, dass sie beim Durchtrennen des unbeschichteten Abschnitts in Qu errichtung nicht beschädigt wird.
In einem einfachen Fall umfasst die Codierung eines Abschnitts eine Nummer, anhand der der Ab schnitt eindeutig identifiziert werden kann. Besonders bevorzugt werden die Abschnitte laufend durchnummeriert.
Wenn die Codierung in den bandförmigen Stromkollektor eingebracht wird, so handelt es sich bei der Codierung bevorzugt um eine Aneinanderreihung von zwei oder mehr Löchern im Stromkollek tor. Derartige Löcher können in den Stromkollektor mittels eines Lasers eingeschnitten werden oder aber mechanisch in den Strom ko llektor eingebracht werden, beispielsweise durch Stanzen.
Beispielsweise kann unterVerwendungzweier Lochformen, die sich durch eine unterschiedliche Ge ometrie und/oder in ihrer Größe unterscheiden, ein Binärcode in den Strom ko llektor eingebracht werden. Eine der Lochformen steht in diesem Fall für 0, die andere für 1.
In einer besonders bevorzugten zweiten Variante zur Herstellung der Elektroden der elektrochemi schen Zellen zeichnet sich das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellungzur Energiespeicherung befähigter elektrochemischer Zellen durch die folgenden Merkmale aus: a. Es wird mindestens eine Schicht aus einem Elektrodenmaterial, beispielsweise eines der oben beschriebenen Elektrodenmaterialien, auf einen eine Beschichtungsvorrichtung durchlaufen den bandförmigen Stromkollektor aufgebracht, wobei b. das Aufbringen der mindestens einen Schicht derart erfolgt, dass der Stromkollektor nach Durchlaufen der Beschichtungsvorrichtung mindestens einen in Längsrichtung ausgerichteten, mit Elektrodenmaterial beschichteten streifenförmigen Abschnitt und mindestens einen in Längsrich tung ausgerichteten, unbeschichteten streifenförmigen Abschnitt umfasst, c. dem unbeschichteten streifenförmigen Abschnitt oder mindestens einem der unbeschichte ten streifenförmigen Abschnitte wird eine maschinenlesbare Codierung zugeordnet, die den jewei ligen Abschnitt kennzeichnet, und d. die Codierung wird in Form von Durchbrechungen in den unbeschichteten streifenförmigen Abschnitt oder in mindestens einen der unbeschichteten streifenförmigen Abschnitte eingebracht, wie es bereits beschrieben wurde, oder die Codierung wird auf mindestens einen der unbeschichte ten streifenförmigen Abschnitte aufgebracht, bevorzugt ebenfalls, wie es oben bereits beschrieben wurde.
In einer bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Aufbringen der mindestens einen Schicht derart, dass der Stromkollektor nach Durchlaufen der Beschichtungsvorrichtung einen randständigen, in Längsrichtungausgerichteten, unbeschichteten, streifenförmigen Abschnitt aufweist. In diesem Fall wird die Codierung in diesen unbeschichteten Abschnitt eingebracht oder auf diesen unbeschichte ten Abschnitt aufgebracht.
In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform erfolgt das Aufbringen der mindestens einen Schicht derart, dass der Stromkollektor nach Durchlaufen der Beschichtungsvorrichtung einen zwi schen zwei in Längsrichtung ausgerichteten beschichteten streifenförmigen Abschnitten einen in Längsrichtungausgerichteten, unbeschichteten, streifenförmigen Abschnitt aufweist. In diesem Fall wird die Codierung bevorzugt in diesen unbeschichteten Abschnitt eingebracht oder auf diesen un beschichteten Abschnitt aufgebracht.
In einer Weiterbildung der besonders bevorzugten zweiten Variante zeichnet sich das erfindungsge mäße Verfahren durch das unmittelbar folgende Merkmal e. aus: e. Der mit Elektrodenmaterial beschichtete bandförmige Stromkollektor durchläuft mindes tens eine Trennvorrichtung, in der der mit Elektrodenmaterial beschichtete streifenförmige Abschnitt oder mindestens einer der mit Elektrodenmaterial beschichteten streifenförmigen Abschnitte und/oder mindestens ein zwischen zwei mit Elektrodenmaterial beschichteten streifenförmigen Ab schnitten angeordneter unbeschichteter streifenförmiger Abschnitt in Längsrichtung durchtrennt wird oder werden.
Wenn beispielsweise der Stromkollektor nach Durchlaufen der Beschichtungsvorrichtung einen zwi schen zwei in Längsrichtung ausgerichteten beschichteten streifenförmigen Abschnitten einen in Längsrichtung ausgerichteten, unbeschichteten, streifenförmigen Abschnitt aufweist, so wird be vorzugt die Codierung in diesen unbeschichteten Abschnitt eingebracht oder auf diesen Abschnitt aufgebracht, wobei anschließend eine Durchtrennung des unbeschichteten Abschnitts erfolgt. Da bei kann die Codierung derart aufgebracht werden, dass sie nach dem Durchlaufen der mindestens einen Trennvorrichtung auf jedem der aus der Durchtrennung resultierenden Teilabschnitte abruf bar ist.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass sich die besonders bevorzugte erste Variante des Verfahrens oder die besonders bevorzugte zweite Variante des Verfahrens durch mindestens eines der unmittelbar folgenden zusätzlichen Merkmale a. und b. auszeichnet: a. Die Codierung beinhaltet, gegebenenfalls neben der Kennzeichnung des Abschnitts, das Er gebnis mindestens einer Prüfung, der der Abschnitt unterzogen wurde. b. Die Codierung beinhaltet, gegebenenfalls neben der Kennzeichnung des Abschnitts, Infor mationen zur Länge und/oder zur Breite des Abschnitts.
Bei der Prüfung kann es sich beispielsweise um eine Prüfung der Dicke der Elektrodenbeschichtung handeln.
Eine gemäß der besonders bevorzugten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens hergestellte Elektrode zeichnet sich durch das folgende Merkmal a. aus: a. Sie umfasst einen maschinenlesbaren Code, welcher Informationen beinhaltet, die eine Zu- ordenbarkeit der Elektrode zu einem mit Elektrodenmaterial beschichteten Abschnitt eines band förmigen Stromkollektors, aus dem die Elektrode gefertigt wurde, ermöglichen.
Betreffend bevorzugte Ausführungsformen der Elektrode, ihrer Einzelbestandteile, des Codes und dessen Positionierung wird zur Vermeidung von Wiederholungen auf obenstehende Ausführungen Bezug genommen. Ungeachtet dessen ist aber noch einmal zu betonen, dass sich die Elektrode be sonders bevorzugt durch mindestens eines der unmittelbar folgenden Merkmale a. und b., insbe sondere durch eine Kombination der unmittelbar folgenden Merkmale a. und b., auszeichnet: a. Die Elektrode ist bandförmig ausgebildet. b. Die Codierung, insbesondere der Strichcode, umfasst Linien oder besteht aus Linien, die senkrecht oder schräg zur Haupterstreckungsrichtung der Elektrode ausgerichtet sind. c. Bei der Codierung handelt es sich um die oben erwähnte Aneinanderreihung von zwei oder mehr Löchern im Strom ko llektor.
Eine zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens geeignete Anlage, insbesondere eine zur Durchführung der besonders bevorzugten ersten Variante des erfindungsgemäßen Verfahrens ge eignete Anlage, zeichnet sich insbesondere durch eine Kombination der folgenden Merkmale aus: a. Sie umfasst eine Beschichtungsvorrichtung, in der eine Schicht aus einem Elektrodenmate rial intermittierend auf einen die Beschichtungsvorrichtung durchlaufenden bandförmigen Strom kollektor aufgebracht wird. b. Sie umfasst mindestens eine Trennvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, den mit Elektroden material beschichteten bandförmigen Stromkollektor in Längsrichtung und/oder in Querrichtungzu durchtrennen. c. Sie umfasst eine Vorrichtung zur Aufbringung einer maschinenlesbaren Codierung auf den bandförmigen Stromkollektor und/oder das darauf aufgebrachte Elektrodenmaterial, welche dazu ausgebildet ist,
Linien senkrecht oder schräg zur Haupterstreckungsrichtung des bandförmigen Stromkollektors und/oder mehrere Einzelcodes in Querrichtung versetzt zueinander auf den bandförmigen Stromkollektor und/oder das darauf aufgebrachte Elektrodenmaterial aufzu bringen.
Die Beschichtungsvorrichtung kann beispielsweise eine Düse umfassen, wie sie in der EP 2775771 Bl beschrieben ist. Die Trennvorrichtung kann zum Zertrennen des Stromkollektors mechanische Mittel, beispielsweise ein Messer, und/oder einen Laser umfassen. Bei der Vorrichtung zur Aufbrin gung der maschinenlesbaren Codierung kann es sich beispielsweise um einen Drucker handeln.
Wenn die Codierung in den bandförmigen Stromkollektor eingebracht wird, insbesondere gemäß der besonders bevorzugten zweiten Variante des Verfahrens, dann umfasst die erfindungsgemäße Anlage bevorzugt an Stelle der Vorrichtung zur Aufbringung einer maschinenlesbaren Codierung eine Vorrichtung zur Einbringung der Codierung in den bandförmigen Stromkollektor. Bei der Vor richtung zur Einbringung der Codierung kann es sich beispielsweise um eine Stanzanlage oder um einen Laser handeln.
Ferner ist es möglich, die Codierung in Form eines Etiketts aufzubringen, insbesondere aufzukleben. Bei der Vorrichtung zur Aufbringung der maschinenlesbaren Codierung kann es sich somit auch um eine Etikettiervorrichtung handeln.
Bei dem Etikett kann es sich in einigen bevorzugten Ausführungsformen auch um einen RFID-Tag, der die maschinenlesbare Codierung umfasst, handeln. Die Codierung kann in diesem Fall über Funk ausgelesen werden.
Weitere Merkmale der Erfindung sowie aus der Erfindung resultierende Vorteile ergeben sich aus den Zeichnungen sowie aus der nachfolgenden Beschreibung der Zeichnungen. Die nachfolgend be schriebenen Ausführungsformen dienen lediglich zur Erläuterung und zum besseren Verständnis der Erfindung und sind in keiner Weise einschränkend zu verstehen.
In den Zeichnungen zeigen schematisch
Fig. 1 eine Ausführungsform eines gemäß der besonders bevorzugten Variante des erfindungsge mäßen Verfahrens mit einem Strichcode versehenen und mit einer Schicht aus einem Elektroden material beschichteten Stromkollektors, Fig. 2 eine weitere Ausführungsform eines gemäß der besonders bevorzugten Variante des erfin dungsgemäßen Verfahrens mit einem Strichcode versehenen und miteinerSchichtauseinem Elekt rodenmaterial beschichteten Stromkollektors,
Fig. 3 eine Ausführungsform eines gemäß der besonders bevorzugten Variante des erfindungsge mäßen Verfahrens mit mehrere Einzelcodes versehenen und mit einer Schicht aus einem Elektro- denmaterial beschichteten Stromkollektors,
Fig. 4 eine weitere Ausführungsform eines gemäß der besonders bevorzugten Variante des erfin dungsgemäßen Verfahrens mit mehrere Einzelcodes versehenen und mit einer Schicht aus einem Elektrodenmaterial beschichteten Stromkollektors, Fig. 5 eine Ausführungsform eines zylindrischen Verbundkörpers, auf dessen Mantel ein maschi nenlesbarer Code aufgetragen ist.
Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines zylindrischen Verbundkörpers, auf dessen Mantel ein maschinenlesbarer Code aufgetragen ist. Fig. 7 einen Stromkollektor, der einen randständigen, in Längsrichtung ausgerichteten, unbe schichteten, streifenförmigen und codierten Abschnitt aufweist.
Fig. 8 einen Stromkollektor, der einen randständigen, in Längsrichtung ausgerichteten, unbe schichteten, streifenförmigen und codierten Abschnitt aufweist.
Fig. 9 einen Stromkollektor, der einen zwischen zwei in Längsrichtung ausgerichteten beschichte- ten streifenförmigen Abschnitten einen codierten, in Längsrichtung ausgerichteten, unbeschichte ten, streifenförmigen Abschnitt aufweist.
Der in Fig. 1 dargestellte Stromkollektor 100 umfasst in alternierender Abfolge mit Elektrodenmate rial beschichtete Abschnitte 101 und 103 sowie unbeschichtete Abschnitte 102. Bei dem Stromkol lektor 100 handelt es sich um eine bandförmige Metallfolie. Das Elektrodenmaterial ist in Form einer dünnen Schicht auf den Strom ko llektor 100 aufgebracht. Der unbeschichtete Abschnitt 102 trennt die beiden beschichteten Abschnitte 101 und 103. In dem unbeschichteten Abschnitt 102 ist ein Strichcode 104 unmittelbarauf den Stromkollektor 100 aufgebracht. DerStrichcode 104 bestehtaus Linien, die senkrecht zur Haupterstreckungsrichtung H des Strom kollektors 101 ausgerichtet sind. DerStrichcode 104 ist dem Abschnitt 103 zugeordnet und kennzeichnet diesen. Er transportiert eine dem Abschnitt 103 zugeordnete Nummer.
Bei zwei Längsschnitten entlang den parallel zur Haupterstreckungsrichtung H ausgerichteten Li nien 105 und 106 durch den Stromkollektor 100 werden die beschichteten Abschnitte 101 und 103 in jeweils drei Teilabschnitte unterteilt. Jeder der aus dem Abschnitt 103 resultierenden Teilab schnitte ist auch nach dem Längsschnitt durch den Strichcode 104 gekennzeichnet, der bei den Längsschnitten ebenfalls durchtrennt wird.
Ein Querschnitt durch einen nicht mit dem Strichcode 104 versehenen Bereich des Abschnitts 102 entlang der Linie 107 trennt die Abschnitte 101 und 103 voneinander. Der in Fig. 2 dargestellte Stromkollektor 100 umfasst in alternierender Abfolge mit Elektrodenmate rial beschichtete Abschnitte 101 und 103 sowie unbeschichtete Abschnitte 102. Bei dem Stromkol lektor 100 handelt es sich um eine bandförmige Metallfolie. Das Elektrodenmaterial ist in Form einer dünnen Schicht auf den Strom ko llektor 100 aufgebracht. Der unbeschichtete Abschnitt 102 trennt die beiden beschichteten Abschnitte 101 und 103. In dem beschichteten Abschnitt 101 ist ein Strich code 104 unmittelbar auf das Elektrodenmaterial aufgebracht. Der Strichcode 104 besteht aus Li nien, die senkrecht zur Hau pterstreckungsrichtungH des Stromkollektors 101 ausgerichtet sind. Der Strichcode 104 ist dem Abschnitt 101 zugeordnet und kennzeichnet diesen. Er transportiert eine dem Abschnitt 101 zugeordnete Nummer.
Bei zwei Längsschnitten entlang den parallel zur Haupterstreckungsrichtung H ausgerichteten Li nien 105 und 106 durch den Stromkollektor 100 werden die beschichteten Abschnitte 101 und 103 in jeweils drei Teilabschnitte unterteilt. Jeder der aus dem Abschnitt 101 resultierenden Teilab schnitte ist auch nach dem Längsschnitt durch den Strichcode 104 gekennzeichnet, der bei den Längsschnitten ebenfalls durchtrennt wird.
Die resultierenden Teilabschnitte sind lediglich anhand des Strichcodes nicht voneinander unter scheidbar. Es kann daher vorgesehen sein, zusätzlich zu dem Strichcode Nummern oder Zeichen auf den Stromkollektor aufzubringen, die eine Unterscheidung der Teilabschnitte ermöglichen. Bei spielhaftsind die aus den Längsschnitten resultierenden Teilabschnitte in Fig. 2jeweils nummeriert, siehe Bezugszeichen 111. Hier könnte die Zahl vor dem Bindestrich beispielsweise eine dem Ab schnitt 101. Eine derartige ergänzende Kennzeichnung wäre natürlich auch bei der in Fig. 1 darge stellten Ausführungsform denkbar.
Ein Querschnitt durch den Abschnitt 102 entlang der Linie 107 trennt die Abschnitte 101 und 103 voneinander.
Der in Fig. 3 dargestellte Stromkollektor 100 umfasst in alternierender Abfolge mit Elektrodenmate rial beschichtete Abschnitte 101 und 103 sowie unbeschichtete Abschnitte 102. Bei dem Stromkol lektor 100 handelt es sich um eine bandförmige Metallfolie. Das Elektrodenmaterial ist in Form einer dünnen Schicht auf den Stromkollektor 100 aufgebracht. Der unbeschichtete Abschnitt 102 trennt die beiden beschichteten Abschnitte 101 und 103. In dem unbeschichteten Abschnitt 102 sind meh rere Einzelcodes 104 unmittelbarauf den Stromkollektor 100 aufgebracht. Bei den Einzelcodes 104 handelt es sich jeweils um QR-Codes. Sie sind dem Abschnitt 101 zugeordnet und kennzeichnen die- sen. Jeder der Einzelcodes 104 transportiert eine diesem Abschnitt 101 zugeordnete Nummer. Dar über hinaus transportiert jeder der Einzelcodes 104 eine weitere individuelle Nummer, die ihn von allen anderen dem Abschnitt 101 zugeordneten Einzelcodes 104 unterscheidet.
Bei vier Längsschnitten entlang der parallel zur Haupterstreckungsrichtung H des Stromkollektors 101 ausgerichteten Linien 105, 106. 108 und 109 durch den Stromkollektor 100 werden die beschich teten Abschnitte 101 und 103 in jeweils fünf Teilabschnitte unterteilt. Jeder der aus dem Abschnitt 101 resultierenden Teilabschnitte istauch nach den Längsschnitten durch einen der Einzelcodes 104 gekennzeichnet und kann von anderen Teilabschnitten mit Hilfe der weiteren individuellen Nummer unterschieden werden.
Ein Querschnitt durch den Abschnitt 102 entlang der Linie 107 trennt die Abschnitte 101 und 103 voneinander.
Der in Fig. 4 dargestellte Stromkollektor 100 umfasst in alternierender Abfolge mit Elektrodenmate rial beschichtete Abschnitte 101 und 103 sowie unbeschichtete Abschnitte 102. Bei dem Stromkol lektor 100 handelt es sich um eine bandförmige Metallfolie. Das Elektrodenmaterial ist in Form einer dünnen Schicht auf den Strom ko llektor 100 aufgebracht. Der unbeschichtete Abschnitt 102 trennt die beiden beschichteten Abschnitte 101 und 103. In dem beschichteten Abschnitt 101 sind mehrere Einzelcodes 104 unmittelbarauf das Elektrodenmaterial aufgebracht. Bei den Einzelcodes 104 han delt es sich jeweils um QR-Codes. Sie sind dem Abschnitt 101 zugeordnet und kennzeichnen diesen. Jeder der Einzelcodes 104 transportiert eine diesem Abschnitt 101 zugeordnete Nummer. Darüber hinaus transportiert jeder der Einzelcodes 104 eine weitere individuelle Nummer, die ihn von allen anderen dem Abschnitt 101 zugeordneten Einzelcodes 104 unterscheidet.
Bei drei Längsschnitten entlang der parallel zur Haupterstreckungsrichtung ausgerichteten Linien 105, 106 und 108 durch den Strom ko llektor 100 werden die beschichteten Abschnitte 101 und 103 in jeweils vier Teilabschnitte unterteilt. Jeder der aus dem Abschnitt 101 resultierenden Teilab schnitte ist auch nach den Längsschnitten durch einen der Einzelcodes 104 gekennzeichnet und kann von anderen Teilabschnitten mit Hilfe der weiteren individuellen Nummer unterschieden wer den.
Ein Querschnitt durch den Abschnitt 102 entlang der Linie 107 trennt die Abschnitte 101 und 103 voneinander. Der in Fig. 5 dargestellte, aus Elektroden und Separatoren durch spiralförmige Aufwicklung gebil dete zylind rische Verbundkörper 110 ist durch einen QR-Code 104 gekennzeichnet. DerQR-Code 104 ist auf die Außenseite des Mantels des Verbund körpers 110 aufgebracht.
Die Außenseite des Mantels kann durch eine äußere Windung eines der Separatoren des Verbund- körpers 110 oder durch eine Klebefolie gebildet sein. Der QR-Code 104 (oder auch ein anderer ma schinenlesbarer Code) kann unmittelbar auf die Außenseite, also insbesondere auf die Windung des Separators oder die Klebefolie, aufgebracht sein, beispielsweise mittels eines Druckverfahrens. Al ternativ kann sich derQR-Code 104 (oderauch ein anderer maschinenlesbarerCode) auch auf einem Etikett befinden, das auf die Außenseite aufgeklebt wurde. Es ist auch möglich, dass der QR-Code 104 (oder auch ein anderer maschinenlesbarer Code) auf ei nen Klebestreifen aufgebracht ist, der zur Fixierung einer außenliegenden Windung des durch Wick lunggebildeten Verbund körpers 110, beispielsweise einer Windung eines Separatorbandes, auf die Außenseite des Mantels des Verbundkörpers 110 aufgeklebt ist. Oder mit anderen Worten, ein Kle beetikett mit einem darauf aufgebrachten QR-Code kann zur Fixierung des Wickels eingesetzt wer- den.
Der in Fig. 6 dargestellte zylindrische Verbundkörper 110 ist durch einen Strichcode 104 gekenn zeichnet. Der Strichcode 104 ist auf den Mantel des Verbundkörpers 110 aufgebracht. Bei den Stri chen des Codes handelt es sich um kreisförmige Striche, die den Mantel umlaufen.
Der in Fig. 7 dargestellte Stromkollektor 100 weist einen in Längsrichtung ausgerichteten, mit Elekt rodenmaterial beschichteten streifenförmigen Abschnitt 101 und einen randständigen, in Längs richtung ausgerichteten, unbeschichteten, streifenförmigen Abschnitt 102 auf. Auf den unbeschich teten Abschnitt 102 ist eine Codierung 104 in Form von länglichen Linien aufgebracht. Die Linien können beispielsweise einen Binärcode darstellen, wobei die kurzen Linien für 0, die langen für 1 stehen (oder umgekehrt). Alternativ kann die Codierung an Stelle der Linien längliche Schlitze um fassen, die beispielsweise mittels eines Messers oder mittels eines Lasers eingebracht wurden. Dies kann Vorteile bei der anschließenden Verarbeitung haben. In aller Regel muss das Elektrodenmate rial in dem Abschnitt 101 kalandriert werden. Dabei kann sich auch die Dicke des Stromkollektors in diesem Bereich ändern, während die Dicke des Stromkollektors in dem unbeschichteten Bereich 102 unverändert bleibt. Dies kann zu Spannungen im Stromkollektor führen, die in einer Verformung der nach der Kalandrierung erhaltenen Elektrode resultieren. Es wurde nun festgestellt, dass das Ein- bringen von Durchbrechungen in den unbeschichteten Bereich 102 im Zusammenhang mit der Co dierung spannungsreduzierend wirken kann. Die Codierung in den unbeschichteten Randbereich erfüllt also mehrere Funktionen. Sie trägt eine verwertbare Information, und sie reduziert in Folge der Kalandrierung auftretende Spannungen. Die spannungsreduzierende Wirkung kann noch ver stärktwerden, indem die Schlitze in Querrichtung oder schräg (und nicht in Längsrichtung, wie dar gestellt) eingebracht werden.
Der in Fig. 8 dargestellte Stromkollektor 100 weist einen in Längsrichtung ausgerichteten, mit Elekt rodenmaterial beschichteten streifenförmigen Abschnitt 101 und einen randständigen, in Längs richtung ausgerichteten, unbeschichteten, streifenförmigen Abschnitt 102 auf. In den unbeschich teten Abschnitt 102 ist eine Codierung 104 in Form von runden und länglichen Löchern eingebracht. Die Löcher können beispielsweise einen Binärcode darstellen, wobei die runden Löcher für 0, die länglichen für 1 stehen (oder umgekehrt). Auch die Löcher können spannungsreduzierend wirken, wie die Schlitze im Fall von Fig. 7.
Der in Fig. 9 dargestellte Stromkollektor 100 weist einen zwischen zwei in Längsrichtung ausgerich teten beschichteten streifenförmigen Abschnitten 101 und 103 sowie einen in Längsrichtung ausge richteten, unbeschichteten, streifenförmigen Abschnitt 102 auf. Auch in diesem Fall ist eine Codie rung 104 in diesen unbeschichteten Abschnitt 101 eingebracht. Sie umfasst halbmondförmige Ver tiefungen in zwei unterschiedlichen Größen auf, die in den Abschnitt 102 eingeschnitten oder einge stanzt wurden. Die halbmondförmigen Vertiefungen können beispielsweise einen Binärcode dar stellen, wobei die kleineren Vertiefungen für 0 und die größeren Vertiefungen für 1 stehen (oder um gekehrt). Durch einen Schnitt durch den Strom ko llektor entlang der Linie S in einer T rennvorrich- tung können zwei bandförmige Elektroden erhalten werden. Da die halbmondförmigen Vertiefun gen hierbei symmetrisch zertrennt werden, sind ihre Informationen auch nach dem Schnitt noch abrufbar.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung zur Energiespeicherung befähigter elektrochemischer Zellen mit einem Gehäuse, das einen Innenraum einschließt, und einem in dem Innenraum angeordneten Verbundkörper, der aus mindestens zwei Elektro den und mindestens einem Separator gebildet ist, wobei zur Herstellung der Elektroden a. mindestens eine Schicht aus einem Elektrodenmaterial auf einen eine Beschichtungsvor richtung durchlaufenden bandförmigen Stromkollektor aufgebracht wird, b. das Aufbringen der Schicht intermittierend erfolgt, so dass der Stromkollektor nach Durch laufen der Beschichtungsvorrichtung in Längsrichtung in mit Elektrodenmaterial beschich tete Abschnitte und dazwischen liegende unbeschichtete Abschnitte unterteilbar ist, und c. der mit Elektrodenmaterial beschichtete bandförmige Stromkollektor mindestens eine T rennvorrichtung durchläuft, in der in Längsrichtung die beschichteten und die unbeschichteten Abschnitte und in Querrichtung die unbeschichteten Abschnitte durchtrennt werden, so dass aufeinanderfolgende der mit Elektrodenmaterial beschichte ten Abschnitte voneinander separiert werden und jeder der beschichteten Abschnitte in Längsrichtung in mindestens zwei Teilabschnitte aufgetrennt wird, dadurch gekennzeichnet, dass d. jedem der beschichteten Abschnitte eine maschinenlesbare Codierung zugeordnet wird, die den jeweiligen Abschnitt kennzeichnet, und e. die Codierung derart auf den bandförmigen Stromkollektor und/oder das darauf aufge brachte Elektrodenmaterial aufgebracht oder in den bandförmigen Stromkollektor einge bracht wird, dass sie nach dem Durchlaufen der mindestens einen Trennvorrichtung auf jedem derTeilabschnitte abrufbar ist und eine Zuordenbarkeit derTeilabschnitte zu dem codierten Abschnitt ermöglicht.
2. Verfahren nach Anspruch 1 mit mindestens einem derfolgenden zusätzlichen Merkmale: a. Die maschinenlesbare Codierung umfasst einen Strichcode oder ist ein Strichcode. b. Die Codierung, insbesondere der Strichcode, umfasst Linien oder besteht aus Linien, die senkrecht oder schräg zur Haupterstreckungsrichtung des bandförmigen Stromkollektors auf den bandförmigen Stromkollektor und/oder das darauf aufgebrachte Elektrodenma terial aufgebracht werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 mit den folgenden zusätzlichen Merkmalen: a. Die Codierung umfasst mehrere Einzelcodes, welche in Querrichtung versetzt zueinander auf den bandförmigen Stromkollektor und/oder dem darauf aufgebrachte Elektrodenma terial aufgebracht werden. b. Die Anzahl der Einzelcodes je beschichtetem Abschnitt entspricht der Anzahl der Teilab schnitte, in welche der Abschnitt aufgetrennt wird. c. Bei der Codierung handelt es sich um einen Code aus der Gruppe mit Strichcode und 2D- Code.
4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche mit dem folgenden zusätzlichen Merkmal: a. Die einem beschichteten Abschnitt zugeordnete Codierung wird in mindestens einem der diesem Abschnitt unmittelbar angrenzenden unbeschichteten Abschnitte auf den Strom kollektor aufgebracht.
5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche mit dem folgenden zusätzlichen Merkmal: a. Die Codierung beinhaltet, gegebenenfalls neben der Kennzeichnung des Abschnitts, das Ergebnis mindestens einer Prüfung, der der Abschnitt unterzogen wurde. b. Die Codierung beinhaltet, gegebenenfalls neben der Kennzeichnungdes Abschnitts und/o der des Ergebnisses der mindestens einen Prüfung, Informationen zur Länge und/oder zur Breite des Abschnitts.
6. Elektrode, hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit dem folgenden Merkmal: a. Sie umfasst einen maschinenlesbaren Code, welcher Informationen beinhaltet, die eine Zuordenbarkeit der Elektrode zu einem mit Elektrodenmaterial beschichteten Abschnitt eines bandförmigen Strom ko llektors, aus dem die Elektrode gefertigt wurde, ermöglichen.
7. Elektrode nach Anspruch 6 mit mindestens einem der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Die Elektrode ist bandförmig ausgebildet. b. Die Codierung, insbesondere der Strichcode, umfasst Linien oder besteht aus Linien, die senkrecht oder schräg zur Haupterstreckungsrichtung der Elektrode ausgerichtet sind.
8. Anlage zur Herstellung von zur Energiespeicherung befähigten elektrochemischen Zellen mit den folgenden Merkmalen: a. Sie umfasst eine Beschichtungsvorrichtung, in der eine Schicht aus einem Elektrodenma terial intermittierend auf einen die Beschichtungsvorrichtung durchlaufenden bandförmi gen Stromkollektor aufgebracht wird. b. Sie umfasst mindestens eine T rennvorrichtung, die dazu ausgebildet ist, den mit Elektro denmaterial beschichteten bandförmigen Strom ko llektor in Längsrichtung und/oder in Querrichtung zu durchtrennen. c. Sie umfasst eine Vorrichtung zur Aufbringung einer maschinenlesbaren Codierung auf den bandförmigen Strom ko llektor und/oder das da rauf aufgebrachte Elektrodenmaterial, wel che dazu ausgebildet ist,
Linien senkrecht oder schräg zur Haupterstreckungsrichtung des bandförmigen
Stromkollektors und/oder mehrere Einzelcodes in Querrichtung versetzt zueinander auf den bandförmigen Strom ko llektor und/oder das darauf aufgebrachte Elektrodenma terial aufzubringen.
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