EP4371185A1 - Verfahren zur herstellung eines verbundelements sowie korrespondierendes zwischenprodukt und maschine - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines verbundelements sowie korrespondierendes zwischenprodukt und maschine

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EP4371185A1
EP4371185A1 EP22747654.6A EP22747654A EP4371185A1 EP 4371185 A1 EP4371185 A1 EP 4371185A1 EP 22747654 A EP22747654 A EP 22747654A EP 4371185 A1 EP4371185 A1 EP 4371185A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
pouch
sealing seam
seam
composite element
sealing
Prior art date
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Pending
Application number
EP22747654.6A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Jan Kreysern
Nils Hofmann
Manfred Folger
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.)
Koerber Technologies GmbH
Original Assignee
Koerber Technologies GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Koerber Technologies GmbH filed Critical Koerber Technologies GmbH
Publication of EP4371185A1 publication Critical patent/EP4371185A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0404—Machines for assembling batteries
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
    • H01M50/10—Primary casings; Jackets or wrappings
    • H01M50/102—Primary casings; Jackets or wrappings characterised by their shape or physical structure
    • H01M50/105—Pouches or flexible bags
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    • H01M50/609—Arrangements or processes for filling with liquid, e.g. electrolytes
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    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a composite element of the energy cell producing industry in a pouch, a corresponding machine for producing a composite element of the energy cell producing industry in a pouch, and a corresponding intermediate product.
  • a pouch In certain types of battery cell production, layers of electrodes and separators are built up and enclosed in a cover, called a pouch.
  • the pouch is filled with an electrolyte so that, for example, a lithium-ion battery or a corresponding preliminary stage of a lithium-ion battery is formed.
  • electrolyte By sealing the pouch, electrodes, separators and electrolyte are protected from environmental influences to such an extent that special climate control of the environment for further processing and/or use can be dispensed with.
  • the object of the invention is to provide a method, an intermediate product and a machine. len, which reduces the costs for the production environment and enables greater flexibility in production.
  • a method for producing a composite element with the features of claim 1 a machine for producing a composite element with the features of claim 12, an intermediate product for producing a composite element with the features of claim 13, and a Ver drive for the production of a composite element from an intermediate product with the features of claim 17 and a cor responding machine for the production of a composite element from an intermediate product with the features of An entitlement 22 proposed.
  • a composite element is, for example, an arrangement of segments consisting of at least one electrode and at least one separator.
  • dry composite refers to the composite not being saturated and/or wetted by a liquid electrolyte and thus non-operational.
  • a composite element preferably comprises at least one conductor foil with a cathode material, a separator and a conductor foil with an anode material in a layered structure.
  • Composite elements can also be precursors, for example be of battery cells or, for example, represent their basic structure.
  • a pouch is a cover or bag for accommodating at least one composite element or a cell stack.
  • the pouch consists of a flexible material, in particular a film that is referred to as a pouch film.
  • the pouch is expediently sealed in an electrolyte-tight manner.
  • the temporary sealing of the pouch makes it possible to significantly simplify the air conditioning of the environment.
  • the anode and cathode materials can be protected from humidity by the pouch.
  • significantly simplified environmental conditions can prevail up to the further production steps in conveying, transport and/or buffering.
  • the volume to be air-conditioned with the corresponding ambient conditions can be significantly reduced, which reduces costs and energy consumption.
  • parts of the production plant can be operated outside of a special air conditioning system, for example in relation to the relative humidity, which can reduce the costs of the production plant and its maintenance costs.
  • the section of the sealed seam which is a preliminary sealed seam, is intended and set up for a later opening of the sealed seam or for separating the sealed seam in this section.
  • the temporary sealing seam thus serves to temporarily seal the dry composite element in the pouch.
  • the dry composite element is preferably free of a liquid electrolyte.
  • the dry composite element is here for a later impregnation provided in a liquid electrolyte in this pouch in order to ultimately form a composite element or battery with an electrolyte in a pouch.
  • the sealed seam encloses the dry composite element with a peripheral seam.
  • several intersecting seam courses can be provided, which together form a circumferential seam.
  • the pouch film is folded over so that a completely circumferential seam is not required to close the pouch.
  • a sealed seam can, for example, be a seam that is produced by welding the pouch film and that connects the pouch film along the seam. The welding can take place thermally, for example.
  • the pouch film or pouch films are therefore preferably welded to one another, forming a sealed seam. It is proposed that the section of the sealing seam that forms the preliminary sealing seam is formed at a distance from the dry composite element, the distance being, for example, at least 2 cm, further, for example, at least 4 cm, and/or the distance being at least 25% of the extent of the dry composite element in this direction.
  • a kind of overhang of the pouch is thus preferably formed by the provisional sealing seam and its distance from the dry composite elements.
  • the following step is proposed: - Production of a first interrupted sealing seam with at least one interruption, wherein the first interrupted sealing seam is arranged between the provisional sealing seam and the dry composite element in the pouch.
  • the first interrupted sealing seam connects the pouch film along the seam, with the course of the interrupted sealing seam having at least one interruption, for example two or three interruptions.
  • the arrangement between the temporary sealing seam and the dry composite element in the pouch results in the interruptions in the first interrupted sealing seam being surrounded by the temporary sealing seam, so that the interruptions in the first interrupted sealing seam are eliminated due to the arrangement of the temporary sealing seam Depict the opening of the pouch to the outside.
  • the second interrupted sealing seam connects the pouch film along the seam, with at least one interruption, for example two or three interruptions, in the course of the interrupted sealing seam.
  • the arrangement between the preliminary sealing seam and the dry composite element in the pouch leads to the fact that the interruptions in the second interrupted sealing seam are surrounded by the temporary sealing seam, so that the interruptions in the second interrupted sealing seam do not represent an opening of the pouch to the outside due to the arrangement of the temporary sealing seam.
  • the interruptions in the first and second interrupted sealing seam can correspond, for example, with regard to their number, arrangement and/or alignment.
  • the at least one interruption of the second interrupted sealing night also preferably corresponds to the at least one interruption of the interrupted sealing seam, preferably forming a common opening axis. More preferably, the opening axis runs perpendicular to the course of the first and second interrupted sealing seam.
  • the passage element can be a tube or a shaped element with a bore, for example, which keeps the interruption of the first and/or second sealing seam open, so that the two inner surfaces of the pouch film preferably do not touch in the area of the interruption. Accordingly, the passage element has a passage.
  • the passage element with its passage perpendicular to the course of the first and/or second interrupted sealing seam is preferably in the adjoining one use area. Furthermore, it is preferable to provide several passage elements, for example three passage elements.
  • the passage element is preferably used in two corresponding interruptions in the first and second interrupted sealing seam. These two corresponding interruptions can have a common opening axis, for example, so that a passage element, such as a small tube, preferably with a straight passage opening, can be used in a simple manner. Furthermore, it is advantageous if the opening axis formed runs perpendicularly to the course of the first and second interrupted sealing seam in the adjoining area.
  • the passage element can be welded to the pouch film, for example. This fixes the position of the passage element relative to the pouch, and the possible opening of the pouch can be defined solely via the passage of the passage element. According to a further development, the following step is proposed:
  • the valve in the provisional sealing seam can prevent gas exchange between the pouch and the environment, so that the pouch with the dry composite element can be transported or stored in a wide climate-controlled area. According to a further development, the following step is proposed:
  • the sealed pouch with the dry composite element is preferably transported in a vertical orientation with the temporary sealing seam at the top, so that the dry composite element does not slip towards the temporary sealing seam. This is particularly advantageous if a larger distance is provided between the preliminary sealing seam and the dry composite element.
  • the sealed pouch with the dry composite element can be transported, for example, to a further processing station, with the ambient conditions, such as air humidity, being possible within extended limits.
  • the sealed pouch with the dry composite element can be an advantageous intermediate product for the production of a composite element in the energy cell producing industry with an electrolyte in a pouch, which in possible embodiments can be an independent product.
  • the sealed pouch with the dry composite element is preferably returned to a controlled atmosphere with appropriate air conditioning.
  • the separating and/or detaching can be done, for example, by cutting the pouch, with the area of the pouch being opened or severed in which the provisional sealing seam is arranged. Accordingly, this section of the sealing seam is removed.
  • the pouch is then no longer closed, but has an opening corresponding to a dividing line for detaching or corresponding to the temporary sealing seam.
  • the temporary sealed seam When separating and/or separating, the temporary sealed seam is severed at least in two places. Accordingly, a remainder of the provisional sealing seam can remain on the open pouch with the dry composite element when it is separated. This can be the case, in particular, if a circumferential sealed seam is formed with the temporary section made up of several crossing seam runs. Furthermore, a connecting piece can also remain when the pouch is separated, so that the pouch film remains in one piece in this sense, but the sealed pouch is nevertheless opened.
  • the temporary sealed seam is preferably separated and/or separated between the temporary sealed seam and the first interrupted sealed seam. This results in an opening of the pouch with the dry composite element corresponding to the first and possibly also the second interrupted sealing seam.
  • the pouch can be filled with a liquid electrolyte via the valve in the preliminary sieve be done.
  • the provisional sealing seam is accordingly preferably not to be opened before the pouch is filled with a liquid electrolyte.
  • the pouch can be filled via the at least one interruption in the first interrupted sealing seam or via the at least one interruption in the first and second interrupted sealing seam after the temporary sealing seam has been severed. Furthermore, in possible embodiments, the pouch can be filled via the at least one passage element of the first interrupted sealing seam or via the at least one passage element in the first and second interrupted sealing seam.
  • the final sealing seam closes the pouch after it has been filled with the liquid electrolyte.
  • the final sealed seam therefore preferably runs between the composite element in the pouch and the preliminary sealed seam, for example when at least one valve is integrated for filling. More preferably, the final sealed seam runs between the composite element in the pouch and the first interrupted sealed seam and/or the second interrupted sealed seam.
  • the provisional sealed seam is preferably separated between the provisional sealed seam and the final sealed seam. This is particularly advantageous after filling via at least one valve in the preliminary sealing seam. Any valves in the preliminary seal can therefore be severed together with the preliminary seal.
  • the provisional sealing seam When separating, the provisional sealing seam is severed at least in two places. Accordingly, a remainder of the preliminary sealing seam can remain on the sealed pouch with the composite element with the electrolyte.
  • the first and/or second sealed seam is preferably separated between the first and/or the second interrupted sealed seam and the final sealed seam. This is particularly advantageous after filling via at least one interruption in the first and/or second interrupted sealing seam. Any passage elements in the first and/or second interrupted sealing seam can therefore be severed together with the temporary sealing seam.
  • a machine for the production of a composite element of the energy cell producing industry in a pouch is also proposed, the machine is set up to carry out the method steps according to one of Claims 1 to 11.
  • a machine which is set up to carry out the method steps according to one of claims 1 to 5 for the production of a corresponding intermediate product for the production of a composite element of the energy cell-producing industry in a pouch.
  • a corresponding intermediate product for producing a composite element in a pouch can be transported in a simple manner with extended atmospheric tolerances.
  • the corresponding intermediate product can be further processed in another machine, which is advantageously simplified by the preliminary sealed seam.
  • an intermediate product for producing a composite element in a pouch is also proposed, with a dry composite element being sealed in a pouch film with a sealed seam, with at least one section of the sealed seam being a temporary sealed seam.
  • the section of the sealing seam that forms a preliminary sealing seam is at a distance from the dry composite element, the distance being, for example, at least 2 cm, further, for example, at least 4 cm, or alternatively the distance being at least 25% of the extent of the dry composite element in this direction.
  • a kind of overhang of the pouch is thus preferably formed by the provisional sealing seam and its spacing.
  • at least one interrupted sealing seam is provided between the preliminary sealing seam and the dry composite element.
  • the interrupted sealing seam is at a distance from the dry composite element, the distance being for example at least 1 cm, further for example at least 2 cm or alternatively the distance being at least 15% of the extension of the dry composite element in this direction.
  • At least one passage element is introduced into the at least one interrupted sealing seam.
  • the passage element has a passage and is preferably welded to a first and/or second interrupted sealing seam.
  • At least one valve be provided in the preliminary sealing seam.
  • a method for producing a composite element of the energy cells produced by the industry with an electrolyte in a pouch made of an intermediate product is also required, with a dry composite element in the intermediate product being sealed in a pouch film with a sealing seam, with at least one Section of the seal is a preliminary seal, with the suggested step:
  • a corresponding method enables an intermediate product, which was transported, for example, through an environment that is not air-conditioned, to be processed further in an advantageous manner, so that further method steps can be carried out spatially separately, for example.
  • the pouch is opened in controlled environmental conditions.
  • the entire volume to be air-conditioned can be reduced as a result.
  • a machine for the production of a composite element of the energy cell producing industry with an electrolyte in a pouch made of a Proposed intermediate product wherein the machine is set up for carrying out the method steps according to one of claims 17 to 21.
  • the corresponding machine can further process the composite element in a pouch, for example at a remote position in a production plant, without a corresponding air-conditioning area being required over the entire distance.
  • the machine can also be provided separately from in another production plant with a further enlarged spatial and/or organizational separation.
  • FIG. 3 shows a pouch sealed with a final sealing seam with a composite element, an electrolyte and a further dividing line
  • 4 shows a dry composite element in a pouch with a preliminary sealed seam and a first interrupted sealed seam
  • 5 shows a dry composite element in a pouch with a preliminary sealed seam and a first interrupted sealed seam with a dividing line
  • 6 shows a pouch sealed with a final sealing seam, with a composite element, an electrolyte, a first interrupted sealing seam and a further dividing line
  • 7 shows a dry composite element in a pouch with a preliminary sealed seam and interrupted sealed seams and passage elements
  • FIG. 9 shows a pouch sealed with a final sealing seam, with a composite element, an electrolyte, interrupted sealing seams, passage elements and a further dividing line;
  • 11 shows a pouch sealed with a final sealing seam with a composite element, an electrolyte and a dividing line; 12 shows a schematic representation of a machine for carrying out the method; and 13 shows two machines for carrying out the method with a transport path.
  • FIG. 1 shows a composite element 20 in a pouch 10 .
  • the pouch 10 is formed by a pouch film 11 which closes the composite element 20 from both sides with a circumferential sealing seam 12 and thus seals the composite element 20 in the pouch 10 .
  • the pouch 10 also has two contact tabs 23 which are guided through the sealing seam 12 and produce the electrical connection to the electrodes of the composite element 20 in the pouch 10 .
  • the electrodes of opposite polarity of the composite element 20 are each separated from one another by a separator or a separator layer of the composite element 20 .
  • the pouch 10 has a dry composite element 20, i.e. there is no liquid electrolyte 21 in the sealed pouch 10.
  • an intermediate product 22 in particular for the production of a battery cell, which is sealed by the te pouch 10 is sealed in a gas-tight manner, so that the pouch 10 or the intermediate product 22 can be stored or transported in the ambient air without requiring special air conditioning of the ambient air to protect the materials of the composite element 20, in particular the active cathode and/or or anode materials, required.
  • a section of the sealing seam 12 is a temporary sealing seam 13, which seals the pouch 10 but is only intended for a temporary sealing.
  • the preliminary sealing seam 13 is arranged for this purpose at a distance from the contour of the composite element 20 in the pouch 10, so that the composite element 20 does not completely fill the base area enclosed by the sealing seam 12.
  • the composite element 20 can cover, for example, 50% to 70% of the area enclosed by the sealing seam 12 with the temporary sealing seam 13 . The remaining free base area results in a free pocket in the pouch 10.
  • the peripheral sealed seam 12 has a rectangular shape, with the preliminary sealed seam 13 forming at least one side of the sealed seam 12 .
  • the section of the sealed seam 12 that forms the preliminary sealed seam 13 can also include parts of the two short sides of the rectangle, for example, in accordance with the exemplary embodiments in the figures.
  • the pouch 10 in the exemplary embodiment in FIG. 1 does not yet have any liquid electrolyte 21, but the preliminary sealing makes it possible to carry out the pouch 10 in this state as an intermediate product 22 from an area with strictly controlled atmospheric conditions.
  • the intermediate product 22 can be transported accordingly, for example within a machine 30 or a production plant, or from one machine 30 to another machine 31, see FIGS. 12 and 13, for further processing, with the environmental conditions being able to be kept within wider limits.
  • FIG. 2 shows the pouch 10 or the intermediate product 22 of FIG. 1, the pouch 10 again being in controlled atmospheric conditions, so that the pouch 10 can be opened without damaging active materials of the composite element 20, for example due to excessive humidity.
  • the intermediate The product 22 or the pouch 10 is therefore opened again at a dividing line 24, the sealing seam 12 being cut through at two points and the temporary sealing seam 13 being severed.
  • the opened pouch 10 can then be filled with a liquid electrolyte 21 .
  • the pouch 10 filled with a liquid electrolyte is then sealed with a final sealing seam 14 .
  • the final sealing seam 14 is preferably a section of the sealing seam 12 which connects the two parts of the pouch film 11 to one another, for example by fusing them.
  • the composite element 20 with a liquid electrolyte 21 is thus sealed in the pouch 10 with a sealing seam 12, 14 close to the contour.
  • the protruding remainder of the pouch 10 which is separated from the pouch 10 filled with electrolyte 21 by the final sealing seam 14 , is then separated at the further separating line 25 .
  • the composite element 20 with a liquid electrolyte 21 in the pouch 10 can then be fed to further production steps, for example formation for a battery.
  • FIGS. 4, 5 and 6 show another exemplary embodiment of an intermediate product 21 with a dry composite element 20 in a pouch film 11 with a sealed seam 12, a section of the sealed seam 12 representing a temporary sealed seam 13.
  • the intermediate product 22 which can be transported under expanded atmospheric conditions is shown in FIG.
  • the intermediate product 22 has an additional first interrupted sealing seam 15 which runs through the pocket in the pouch 10 formed by the temporary sealing seam 13 .
  • the first interrupted sealing seam 15 has three interruptions 17 in this exemplary embodiment. Hence the first interrupted sealing seam 15 does not close the pouch 10 or does not close it completely.
  • FIG. 5 shows the intermediate product 22 from FIG. 4, which is to be opened again after transport or storage for filling with a liquid electrolyte 21 .
  • the pouch 10 is separated and opened along the symbolic dividing line 24 which is arranged between the provisional sealing seam 13 and the first interrupted sealing seam 15 .
  • the three interruptions 17 in the first interrupted sealing seam 15 form openings in the pouch 10 through which a liquid electrolyte 21 can be filled.
  • the first interrupted sealing seam 15 can increase the stability of the pouch 10 when it is filled with a liquid electrolyte 21 .
  • the pouch 10 After filling with a liquid electrolyte 21, the pouch 10 is closed with a final sealing seam 14, which runs as close as possible to the contour of the composite element 20.
  • the remaining part of the pouch 10 or the pouch film 11 is separated at the symbolic dividing line 25, which runs between the final sealed seam 14 and the first interrupted sealed seam 15, whereby the composite element 20 with an electrolyte 21 in a pouch 10 is completed.
  • FIGS. 7, 8 and 9 show an exemplary embodiment analogous to FIGS. 4, 5 and 6, a second interrupted sealing seam 16 being provided in the pouch 10 parallel to the first interrupted sealing seam 15 .
  • the second interrupted sealing seam 16 is arranged between the composite element 20 and the first interrupted sealing seam 15 .
  • the first and second interrupted seal seam 15, 16 each have three interruptions 17, which again rum correspond to each other, so that three opening axes through the first and second interrupted sealing seam 15, 16 result.
  • Three passage elements 18 are inserted into the three interruptions 17 and are held in the first and second interrupted sealing seam 15 , 16 .
  • the passage elements 18 keep the interruptions 17 open.
  • the passage elements 18 are arranged within the pouch 10 which is closed or sealed by the provisional sealing seam 13 .
  • a symbolic separating line 24 is drawn in FIG. This exposes the passage elements 18 through which the pouch 10 with the dry composite element 20 can be filled with a liquid electrolyte 21 .
  • the passage elements 18 in particular simplify automatic filling of the pouch 10.
  • the pouch 10 is then closed with a final sealing seam 14 which is arranged between the composite element 20 and the second interrupted sealing seam 16 .
  • the remainder of the pouch film 11 with the first and second interrupted sealing seam 15 , 16 and the passage elements 18 can be separated along a further symbolic separating line 25 .
  • Figure 10 shows a further exemplary embodiment of an intermediate product 22 with a dry composite element 20 in a pouch 10, the pouch 10 being closed with a temporary sealing seam 13 which is at a distance from the composite element 20 is arranged.
  • Three valves 19 are inserted in the provisional sealing seam 13 , which close the pouch 10 but still allow the pouch 10 to be filled with a liquid electrolyte 21 .
  • the pouch 10 is finally closed with the final sealing seam 14, the final sealing seam 14 being provided close to the contour of the composite element 20.
  • the provisional sealing seam 13 can then be severed from the pouch 10 at the dividing line 25 together with the valves 19 used
  • FIG. 12 shows schematically a machine 30, 31 for carrying out the method for producing a composite element 20 with a preferably liquid electrolyte 21 in a pouch 10.
  • a machine 30, 31 for carrying out the method for producing a composite element 20 with a preferably liquid electrolyte 21 in a pouch 10.
  • Inside the machine 30, 31, which, for example, is a production plant for battery cells or The method steps for production can be carried out as part of this, it being possible for the pouch 10 to be produced with a dry composite element 20 from a particularly controlled atmosphere due to the preliminary sealing seam 13 .
  • FIG. 13 shows a further schematic exemplary embodiment, in which a machine 30 only carries out the method steps for producing an intermediate product 22 .
  • the intermediate product 22 can be taken out of the machine 30 and conveyed to another machine 31 without further protective measures, e.g. against normal humidity, where the intermediate product 22 or the pouch 10 is filled with a liquid electrolyte 21 and then sealed with a final sealing seam 14 is sealed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundelements (20) der Energiezellen produzierenden Industrie in einer Pouch (10) mit dem Schritt: Verschließen eines trockenen Verbundelements (20) in einer Pouchfolie (11) mit mindestens einer Siegelnaht (12) unter Herstellung einer versiegelten Pouch (10), wobei mindestens ein Abschnitt der Siegelnaht (12) eine vorläufige Siegelnaht (13) ist, sowie ein korrespondierendes Zwischenprodukt (22) und Maschine (31, 32).

Description

Verfahren zur Herstellung eines Verbundelements sowie korrespondierendes Zwischenprodukt und Maschine
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung ei nes Verbundelements der Energiezellen produzierenden Industrie in einer Pouch, eine korrespondierende Maschine für die Herstellung eines Verbundelements der Energiezellen produzierenden Industrie in einer Pouch, und ein korrespondierendes Zwischenprodukt.
Bei bestimmten Herstellungsarten von Batteriezellen werden Schich ten aus Elektroden und Separatoren aufgebaut und mit einer Hülle, Pouch genannt, umschlossen. Die Pouch wird mit einem Elektroly ten befüllt, so dass beispielsweise eine Lithium-Ionen-Batterie oder eine entsprechende Vorstufe einer Lithium-Ionen-Batterie gebildet wird. Durch das Versiegeln der Pouch sind Elektroden, Separatoren und Elektrolyt vor Umwelteinflüssen soweit geschützt, dass auf eine spezielle Klimatisierung der Umgebung für die Weiterverarbeitung und/oder den Einsatz verzichtet werden kann.
Die entsprechende Klimatisierung bei der Produktion bis zum Ver siegeln der Pouch, um die aktiven Materialien des Verbundelements beispielsweise vor Feuchtigkeit zu schützen, erfordert große Auf wände und verursacht hohe Kosten. Zudem wird nur eine geringe Flexibilität bei der Produktion von Batteriezellen und/oder Energie zellen ermöglicht.
Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren, ein Zwischenprodukt und eine Maschine bereitzustel- len, welche die Kosten für die Produktionsumgebung senkt und eine höhere Flexibilität bei der Produktion ermöglicht.
Zur Lösung der Aufgabe wird ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundelements mit den Merkmalen von Anspruch 1 , eine Maschi ne für die Herstellung eines Verbundelements mit den Merkmalen von Anspruch 12, ein Zwischenprodukt zur Herstellung eines Ver bundelements mit den Merkmalen des Anspruchs 13, sowie ein Ver fahren für die Herstellung eines Verbundelements aus einem Zwi schenprodukt mit den Merkmalen des Anspruchs 17 und eine kor respondierende Maschine für die Herstellung eines Verbundele ments aus einem Zwischenprodukt mit den Merkmalen des An spruchs 22 vorgeschlagen.
Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundelements der Energiezellen produzierenden Industrie in einer Pouch mit folgenden Schritten vorgeschlagen:
- Verschließen eines trockenen Verbundelements in einer Pouchfolie mit mindestens einer Siegelnaht unter Herstellung einer versiegelten Pouch, wobei mindestens ein Abschnitt der Siegelnaht eine vorläufi ge Siegelnaht ist.
Ein Verbundelement ist beispielsweise eine Anordnung von Seg menten bestehend aus mindestens einer Elektrode und mindestens einem Separator. Der Begriff trockenes Verbundelement bezieht sich darauf, dass das Verbundelement nicht von einem flüssigen Elektrolyten durchtränkt und/oder benetzt und somit nicht betriebs fähig ist. Vorzugsweise umfasst ein Verbundelement wenigstens eine Leiterfolie mit einem Kathodenmaterial, einen Separator und eine Leiterfolie mit einem Anodenmaterial in einem geschichteten Aufbau. Verbundelemente können auch beispielsweise Vorprodukte von Batteriezellen sein bzw. beispielsweise deren Grundaufbau dar stellen.
Eine Pouch ist eine Hülle oder Tasche zur Aufnahme mindestens eines Verbundelements oder eines Zellstapels. Die Pouch besteht aus einem flexiblen Material, insbesondere einer Folie, die als Pouchfolie bezeichnet wird. Im mit Elektrolyten gefüllten Endprodukt zur Anwendung in einer Energie- oder Batteriezelle ist die Pouch zweckmäßigerweise elektrolytdicht verschlossen.
Die vorläufige Versiegelung der Pouch ermöglicht es, die Klimatisie rung der Umgebung deutlich zu vereinfachen. Beispielsweise kön nen die Anoden- und Kathodenmaterialien vor Luftfeuchtigkeit durch die Pouch geschützt werden. Dementsprechend können bis zu den weiteren Produktionsschritten bei Förderung, Transport und/oder Pufferung deutlich vereinfachte Umgebungsbedingungen vorliegen. Hierdurch kann das mit den entsprechenden Umgebungsbedingun gen zu klimatisierende Volumen erheblich verkleinert werden, was die Kosten und den Energieverbrauch senkt. Ferner können auf die se Weise Teile der Produktionsanlage außerhalb einer speziellen Klimatisierung, beispielsweise in Bezug auf die relative Luftfeuchtig keit betrieben werden, was die Kosten für die Produktionsanlage sowie deren Wartungskosten reduzieren kann.
Der Abschnitt der Siegelnaht, welcher eine vorläufige Siegelnaht ist, ist für ein späteres Öffnen der Siegelnaht oder für ein Abtrennen der Siegelnaht in diesem Abschnitt vorgesehen und eingerichtet. Die vorläufige Siegelnaht dient somit zu einer vorläufigen Versiegelung des trockenen Verbundelements in der Pouch. Das trockene Ver bundelement ist vorzugsweise frei von einem flüssigen Elektrolyten. Das trockene Verbundelement ist hierbei für eine spätere Tränkung in einem flüssigen Elektrolyten in dieser Pouch vorgesehen, um letztendlich ein Verbundelement bzw. Batterie mit einem Elektroly ten in einer Pouch zu bilden. In einer vorteilhaften Ausführungsform umschließt die Siegelnaht das trockene Verbundelement mit einer umlaufenden Naht. Ferner können mehrere sich kreuzende Nahtverläufe vorgesehen sein, die insgesamt eine umlaufende Naht bilden. In einer alternativen vor teilhaften Ausführungsform ist die Pouchfolie umgeschlagen, so dass keine vollständig umlaufende Naht zum Verschließen der Pouch erforderlich ist.
Eine Siegelnaht kann beispielsweise eine Naht sein, die durch Ver schweißen der Pouchfolie hergestellt wird, und die die Pouchfolie entlang der Naht verbindet. Das Verschweißen kann beispielsweise thermisch erfolgen. Die Pouchfolie bzw. die Pouchfolien werden da her vorzugsweise unter Ausbildung einer Siegelnaht miteinander verschweißt. Es wird vorgeschlagen, dass der Abschnitt der Siegelnaht, welcher die vorläufige Siegelnaht bildet, in einem Abstand zu dem trockenen Verbundelement gebildet wird, wobei der Abstand beispielsweise wenigstens 2 cm, weiter beispielsweise wenigstens 4 cm beträgt und/oder der Abstand wenigstens 25% der Erstreckung des trocke- nen Verbundelements in dieser Richtung beträgt. Es wird somit vor zugsweise eine Art Überhang der Pouch durch die vorläufige Sie gelnaht und deren Abstand zu dem trockenen Verbundelemente ge bildet.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird folgender Schritt vorgeschla gen: - Herstellen einer ersten unterbrochenen Siegelnaht mit mindestens einer Unterbrechung, wobei die erste unterbrochene Siegelnaht zwi schen der vorläufigen Siegelnaht und dem trockenen Verbundele ment in der Pouch angeordnet ist.
Die erste unterbrochene Siegelnaht verbindet die Pouchfolie entlang der Naht, wobei die im Verlauf der unterbrochenen Siegelnaht we nigstens eine Unterbrechung, beispielsweise zwei oder drei Unter brechungen, aufweist. Die Anordnung zwischen der vorläufigen Sie gelnaht und dem trockenen Verbundelement in der Pouch führt da zu, dass die Unterbrechungen in der ersten unterbrochenen Siegel naht von der vorläufigen Siegelnaht umschlossen werden, so dass die Unterbrechungen in der ersten unterbrochenen Siegelnaht auf grund der Anordnung vorläufigen Siegelnaht keine Öffnung der Pouch nach außen darstellen.
Es wird gemäß einer Weiterentwicklung folgender Schritt vorge schlagen:
- Herstellen einer zweiten unterbrochenen Siegelnaht mit mindes tens einer Unterbrechung, wobei die zweite unterbrochene Siegel naht zwischen der vorläufigen Siegelnaht und dem trockenen Ver bundelement in der Pouch angeordnet ist, wobei die mindestens eine Unterbrechung der zweiten unterbrochenen Siegelnacht mit der wenigstens einen Unterbrechung der ersten unterbrochenen Siegel naht korrespondiert.
Die zweite unterbrochene Siegelnaht verbindet die Pouchfolie ent lang der Naht, wobei die im Verlauf der unterbrochenen Siegelnaht wenigstens eine Unterbrechung, beispielsweise zwei oder drei Un terbrechungen, aufweist. Die Anordnung zwischen der vorläufigen Siegelnaht und dem trockenen Verbundelement in der Pouch führt dazu, dass die Unterbrechungen in der zweiten unterbrochenen Sie gelnaht von der vorläufigen Siegelnaht umschlossen werden, so dass die Unterbrechungen in der zweiten unterbrochenen Siegelnaht aufgrund der Anordnung der vorläufigen Siegelnaht keine Öffnung der Pouch nach außen darstellen.
Die Unterbrechungen in der ersten und zweiten unterbrochenen Siegelnaht können beispielsweise in Bezug auf deren Anzahl, An ordnung und/oder Ausrichtung korrespondieren. Die mindestens ei ne Unterbrechung der zweiten unterbrochenen Siegelnacht korres pondiert weiter vorzugsweise mit der wenigstens einen Unterbre chung der unterbrochenen Siegelnaht vorzugsweise unter Bildung einer gemeinsamen Öffnungsachse. Weiter vorzugsweise verläuft die Öffnungsachse senkrecht zum Verlauf der ersten und zweiten unterbrochenen Siegelnaht.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird der Schritt vorgeschlagen:
- Einlegen mindestens eines Durchlasselements vor dem Herstellen der ersten und/oder zweiten unterbrochenen Siegelnaht zur Bildung einer Unterbrechung in der ersten und/oder zweiten unterbrochenen Siegelnaht.
Das Durchlasselement kann beispielsweise ein Röhrchen oder ein Formelement mit einer Bohrung sein, welches die Unterbrechung der ersten und/oder zweiten Siegelnaht offenhält, so dass sich die beiden inneren Flächen der Pouchfolie im Bereich der Unterbre chung vorzugsweise nicht berühren. Das Durchlasselement weist dementsprechend einen Durchlass auf. Es ist bevorzugt das Durch lasselement mit seinem Durchlass senkrecht zum Verlauf der ersten und/oder zweiten unterbrochenen Siegelnaht in dem angrenzenden Bereich einzusetzen. Ferner ist es bevorzugt mehrere Durchlass elemente bspw. drei Durchlasselemente vorzusehen.
Das Durchlasselement wird vorzugweise in zwei korrespondierende Unterbrechungen der ersten und zweiten unterbrochenen Siegelnaht eingesetzt. Diese zwei korrespondierenden Unterbrechungen kön nen beispielsweise eine gemeinsame Öffnungsachse aufweisen, so dass in einfacher Weise ein Durchgangselement, wie beispielsweise ein Röhrchen vorzugsweise mit einer geradlinigen Durchgangsöff- nung eingesetzt werden kann. Ferner ist es vorteilhaft, wenn die gebildete Öffnungsachse senkrecht zu dem Verlauf der ersten und zweiten unterbrochenen Siegelnaht in dem angrenzenden Bereich verläuft. Das Durchlasselement kann beispielsweise mit der Pouchfolie ver schweißt werden. Dies fixiert die Position des Durchlasselements zu der Pouch, und die mögliche Öffnung der Pouch kann allein über den Durchlass des Durchlasselements definiert werden. Gemäß einer Weiterentwicklung wird folgender Schritt vorgeschla gen:
- Einsetzen mindestens eines Ventils vor dem Herstellen der vorläu figen Siegelnaht zur Integration des Ventils in der vorläufigen Sie gelnaht.
Das Ventil in der vorläufigen Siegelnaht kann einen Gasaustausch der Pouch mit der Umgebung verhindern, so dass ein Transport oder eine Lagerung der Pouch mit dem trockenen Verbundelement in einem weiten Klimatisierungsbereich möglich ist. Gemäß einer Weiterentwicklung wird folgender Schritt vorgeschla gen:
- Transport der versiegelten Pouch mit dem trockenen Verbundele ment.
Der Transport der versiegelten Pouch mit dem trockenen Verbund element erfolgt vorzugsweise in einer vertikalen Ausrichtung mit der vorläufigen Siegelnaht nach oben, so dass das trockene Verbund element nicht zur vorläufigen Siegelnaht hin verrutscht. Dies ist ins- besondere vorteilhaft, wenn ein größerer Abstand zwischen der vor läufigen Siegelnaht und dem trockenen Verbundelement vorgesehen ist. Der Transport der versiegelten Pouch mit dem trockenen Ver bundelement kann beispielsweise zu einer weiteren Bearbeitungs station erfolgen, wobei die Umgebungsbedingungen, wie beispiels- weise Luftfeuchtigkeit, in erweiterten Grenzen möglich sind. Die versiegelte Pouch mit dem trockenen Verbundelement kann ein vor teilhaftes Zwischenprodukt für die Herstellung eines Verbundele ments der Energiezellen produzierenden Industrie mit einem Elek trolyten in einer Pouch sein, welches in möglichen Ausführungsfor- men ein eigenständiges Produkt sein kann. Für mögliche anschlie ßende Weiterverarbeitungsschritte wird die versiegelte Pouch mit dem trockenen Verbundelement vorzugsweise wieder einer kontrol lierten Atmosphäre mit einer entsprechenden Klimatisierung zuge führt.
Es wird ferner folgender Schritt vorgeschlagen:
- Auftrennen und/oder Abtrennen der vorläufigen Siegelnaht der versiegelten Pouch vor dem Befüllen der Pouch, um die Pouch wie der zu öffnen. Das Auftrennen und/oder Abtrennen kann beispielsweise durch Schneiden der Pouch erfolgen, wobei der Bereich der Pouch auf - oder abgetrennt wird, in dem die vorläufige Siegelnaht angeordnet ist. Dementsprechend wird dieser Abschnitt der Siegelnaht entfernt. Die Pouch ist danach nicht mehr geschlossen, sondern weist eine Öffnung entsprechend einer Trennlinie für das Abtrennen bzw. ent sprechend der vorläufigen Siegelnaht auf.
Beim Auftrennen und/oder Abtrennen wird die vorläufige Siegelnaht wenigstens an zwei Stellen durchtrennt. Es kann dementsprechend beim Abtrennen ein Rest der vorläufigen Siegelnaht an der offenen Pouch mit dem trockenen Verbundelement verbleiben. Dies kann insbesondere der Fall sein, wenn eine umlaufende Siegelnaht mit dem vorläufigen Abschnitt aus mehreren sich kreuzenden Nahtver läufen gebildet wird. Ferner kann beim Auftrennen auch ein Verbin dungsstück bestehen bleiben, so dass die Pouchfolie in diesem Sin ne einstückig bleibt, aber die versiegelte Pouch dennoch geöffnet wird.
Das Abtrennen und/oder Auftrennen der vorläufigen Siegelnaht er folgt vorzugsweise zwischen der vorläufigen Siegelnaht und der ers ten unterbrochenen Siegelnaht. Hieraus ergibt sich eine Öffnung der Pouch mit dem trockenen Verbundelement entsprechend der ersten und ggf. auch zweiten unterbrochenen Siegelnaht.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird folgender Schritt vorgeschla gen:
- Befüllen der Pouch mit einem flüssigen Elektrolyten.
In vorteilhaften Ausführungsformen kann das Befüllen der Pouch mit einem flüssigen Elektrolyten über das Ventil in der vorläufigen Sie- gelnaht erfolgen. In dieser Ausführungsform ist dementsprechend bevorzugt die vorläufige Siegelnaht nicht vor einem Befüllen der Pouch mit einem flüssigen Elektrolyten zu öffnen.
In alternativen Ausführungsformen kann das Befüllen der Pouch über die mindestens eine Unterbrechung der ersten unterbrochenen Siegelnaht oder über die mindestens eine Unterbrechung der ersten und zweiten unterbrochenen Siegelnaht nach dem Abtrennen der vorläufigen Siegelnaht erfolgen. Ferner kann in möglichen Ausfüh rungsformen das Befüllen der Pouch über das mindestens eine Durchlasselement der ersten unterbrochenen Siegelnaht oder über das mindestens eine Durchlasselement in der ersten und zweiten unterbrochenen Siegelnaht erfolgen.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird folgender Schritt vorgeschla gen:
- Versiegeln der Pouch mit einer finalen Siegelnaht.
Die finale Siegelnaht verschließt die Pouch nach dem Befüllen mit dem flüssigen Elektrolyten. Die finale Siegelnaht verläuft daher vor zugsweise zwischen dem Verbundelement in der Pouch und der vor läufigen Siegelnaht, beispielsweise bei einer Integration mindestens eines Ventils für das Befüllen. Weiter vorzugsweise verläuft die fina le Siegelnaht zwischen dem Verbundelement in der Pouch und der ersten unterbrochenen Siegelnaht und/oder der zweiten unterbro chenen Siegelnaht.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird folgender Schritt vorgeschla gen:
- Abtrennen der vorläufigen Siegelnaht nach dem Versiegeln der Pouch mit der finalen Siegelnaht. Das Abtrennen der vorläufigen Siegelnaht erfolgt vorzugsweise zwi schen der vorläufigen Siegelnaht und der finalen Siegelnaht. Dies ist insbesondere vorteilhaft nach einem Befüllen über wenigstens ein Ventil in der vorläufigen Siegelnaht. Etwaige Ventile in der vor läufigen Siegelnaht können daher zusammen mit der vorläufigen Siegelnaht abgetrennt werden.
Beim Abtrennen wird die vorläufige Siegelnaht wenigstens an zwei Stellen durchtrennt. Es kann dementsprechend ein Rest der vorläu figen Siegelnaht an der versiegelten Pouch mit dem Verbundele ment mit dem Elektrolyten verbleiben.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird folgender Schritt vorgeschla gen:
- Abtrennen der ersten und/oder zweiten unterbrochenen Siegelnaht nach dem Versiegeln der Pouch mit der finalen Siegelnaht.
Das Abtrennen der ersten und/oder zweiten Siegelnaht erfolgt vor zugsweise zwischen der ersten und/oder der zweiten unterbroche nen Siegelnaht und der finalen Siegelnaht. Dies ist insbesondere vorteilhaft nach einem Befüllen über wenigstens eine Unterbrechung in der ersten und/oder zweiten unterbrochenen Siegelnaht. Etwaige Durchlasselemente in der ersten und/oder zweiten unterbrochenen Siegelnaht können daher zusammen mit der vorläufigen Siegelnaht abgetrennt werden.
Zur Lösung der Aufgabe der Erfindung wird weiter eine Maschine für die Herstellung eines Verbundelements der Energiezellen produzie renden Industrie in einer Pouch vorgeschlagen, wobei die Maschine zur Durchführung der Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 11 eingerichtet ist.
Es wird insbesondere eine Maschine vorgeschlagen, welche zur Durchführung der Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 1 bis 5 zur Herstellung eines entsprechenden Zwischenprodukts für die Herstellung eines Verbundelements der Energiezellen produzie renden Industrie in einer Pouch eingerichtet ist. Ein entsprechendes Zwischenprodukt zur Herstellung eines Verbundelements in einer Pouch kann in einfacher Weise in erweiterten Atmosphärentoleran zen transportiert werden. Entsprechend einer möglichen System grenze kann das entsprechende Zwischenprodukt in einer weiteren Maschine weiterverarbeitet werden, was durch die vorläufige Sie gelnaht in vorteilhafter Weise vereinfacht wird.
Zur Lösung der Aufgabe der Erfindung wird weiter ein Zwischenpro dukt zur Herstellung eines Verbundelements in einer Pouch vorge schlagen, wobei ein trockenes Verbundelement in einer Pouchfolie mit einer Siegelnaht verschlossen ist, wobei mindestens ein Ab- schnitt der Siegelnaht eine vorläufige Siegelnaht ist.
Es wird vorgeschlagen, dass der Abschnitt der Siegelnaht, welcher eine vorläufige Siegelnaht bildet, einen Abstand zu dem trockenen Verbundelement aufweist, wobei der Abstand beispielsweise we- nigstens 2 cm, weiter beispielsweise wenigstens 4 cm beträgt oder alternativ der Abstand wenigstens 25% der Erstreckung des trocke nen Verbundelements in dieser Richtung beträgt. Es wird somit vor zugsweise eine Art Überhang der Pouch durch die vorläufige Sie gelnaht und deren Abstand gebildet. Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass mindes tens eine unterbrochene Siegelnaht zwischen der vorläufigen Sie gelnaht und dem trockenen Verbundelement vorgesehen ist.
Es wird vorgeschlagen, dass die unterbrochene Siegelnaht einen Abstand zu dem trockenen Verbundelement aufweist, wobei der Ab stand beispielsweise wenigstens 1 cm, weiter beispielsweise we nigstens 2 cm beträgt oder alternativ der Abstand wenigstens 15% der Erstreckung des trockenen Verbundelements in dieser Richtung beträgt.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass in der mindestens einen unterbrochenen Siegelnaht mindestens ein Durch lasselement eingebracht ist.
Das Durchlasselement weist einen Durchlass auf und ist vorzugs weise mit einer ersten und/oder zweiten unterbrochenen Siegelnaht verschweißt.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass in der vorläufigen Siegelnaht wenigstens ein Ventil vorgesehen ist.
Zur Lösung der Aufgabe der Erfindung wird zudem ein Verfahren zur Herstellung eines Verbundelements der Energiezellen produzieren den Industrie mit einem Elektrolyten in einer Pouch aus einem Zwi schenprodukt, wobei in dem Zwischenprodukt ein trockenes Ver bundelement in einer Pouchfolie mit einer Siegelnaht verschlossen ist, wobei mindestens ein Abschnitt der Siegelnaht eine vorläufige Siegelnaht ist, mit dem Schritt vorgeschlagen:
- Auftrennen und/oder Abtrennen der vorläufigen Siegelnaht der Pouch, um die Pouch wieder zu öffnen. Ein entsprechendes Verfahren ermöglicht ein Zwischenprodukt, wel ches beispielsweise durch eine nicht klimatisierte Umgebung trans portiert wurde, in vorteilhafter Weise weiter zu verarbeiten, so dass weitere Verfahrensschritte beispielsweise räumlich getrennt erfolgen können. Das Öffnen der Pouch erfolgt hierbei wiederum in kontrol lierten Umgebungsbedingungen. Zudem kann das gesamte zu klima tisierende Volumen hierdurch reduziert werden.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird folgender Schritt vorgeschla gen:
- Befüllen der Pouch mit einem flüssigen Elektrolyten nach dem Auf trennen und/oder Abtrennen der vorläufigen Siegelnaht.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird folgender Schritt vorgeschla gen:
- Versiegeln der Pouch mit einer finalen Siegelnaht.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird folgender Schritt vorgeschla gen:
- Abtrennen der vorläufigen Siegelnaht nach dem Versiegeln der Pouch mit der finalen Siegelnaht.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird folgender Schritt vorgeschla gen:
- Abtrennen einer ersten und/oder zweiten unterbrochenen Siegel naht nach dem Versiegeln der Pouch mit der finalen Siegelnaht.
Zur Lösung der Aufgabe der Erfindung wird weiter eine Maschine für die Herstellung eines Verbundelements der Energiezellen produzie renden Industrie mit einem Elektrolyten in einer Pouch aus einem Zwischenprodukt vorgeschlagen, wobei die Maschine zur Durchfüh rung der Verfahrensschritte nach einem der Ansprüche 17 bis 21 eingerichtet ist. Die entsprechende Maschine kann das Verbundelement in einer Pouch beispielsweise an einer entfernten Position in einer Ferti gungsanlage weiterbearbeiten, ohne dass ein entsprechender Kli matisierungsbereich über die gesamte Entfernung erforderlich ist. Ferner kann die Maschine auch getrennt von in einer weiteren Ferti- gungsanlage mit einer weiter vergrößerten räumlichen und/oder or ganisatorischen Trennung vorgesehen sein.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungs formen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 ein trockenes Verbundelement in einer Pouch mit einer vorläufigen Siegelnaht;
Fig. 2 ein trockenes Verbundelement in einer Pouch mit einer vorläufigen Siegelnaht mit einer Trennlinie;
Fig. 3 eine mit einer finalen Siegelnaht versiegelte Pouch mit einem Verbundelement, einem Elektrolyten und einer weiteren Trennlinie;
Fig. 4 ein trockenes Verbundelement in einer Pouch mit einer vorläufigen Siegelnaht und einer ersten unterbroche nen Siegelnaht; Fig. 5 ein trockenes Verbundelement in einer Pouch mit einer vorläufigen Siegelnaht und einer ersten unterbroche nen Siegelnaht mit einer Trennlinie; Fig. 6 eine mit einer finalen Siegelnaht versiegelte Pouch mit einem Verbundelement, einem Elektrolyten, einer ers ten unterbrochenen Siegelnaht und einer weiteren T rennlinie; Fig. 7 ein trockenes Verbundelement in einer Pouch mit einer vorläufigen Siegelnaht und unterbrochenen Siegelnäh te und Durchlasselementen;
Fig. 8 ein trockenes Verbundelement in einer Pouch mit einer vorläufigen Siegelnaht, unterbrochenen Siegelnähten und Durchlasselementen mit einer Trennlinie;
Fig. 9 eine mit einer finalen Siegelnaht versiegelte Pouch mit einem Verbundelement, einem Elektrolyten, unterbro- chenen Siegelnähten, Durchlasselementen und einer weiteren Trennlinie;
Fig. 10 ein trockenes Verbundelement in einer Pouch mit Ven tilen in einer vorläufigen Siegelnaht;
Fig. 11 eine mit einer finalen Siegelnaht versiegelte Pouch mit einem Verbundelement, einem Elektrolyten und einer T rennlinie; Fig. 12 schematische Darstellung einer Maschine zur Durch führung des Verfahrens; und Fig. 13 zwei Maschinen zur Durchführung des Verfahrens mit einer Transportstrecke.
In Figur 1 ist ein vorteilhaftes Ausführungsbeispiel eines Zwischen produkts 22 gezeigt, welches ein Verbundelement 20 in einer Pouch 10 zeigt. Die Pouch 10 ist durch eine Pouchfolie 11 gebildet, welche das Verbundelement 20 mit einer umlaufenden Siegelnaht 12 von beiden Seiten verschließt und somit das Verbundelement 20 in der Pouch 10 versiegelt.
Die Pouch 10 weist zudem zwei Kontaktlaschen 23 auf, welche durch die Siegelnaht 12 geführt sind und die elektrische Verbindung zu Elektroden des Verbundelements 20 in der Pouch 10 hersteilen. Die gegenpoligen Elektroden des Verbundelements 20 sind jeweils durch einen Separator bzw. eine Separatorschicht des Verbundele ments 20 voneinander getrennt. Die Pouch 10 weist im Ausfüh rungsbeispiel der Figur 1 ein trockenes Verbundelement 20 auf, d.h. es befindet sich kein flüssiger Elektrolyt 21 in der versiegelten Pouch 10. Es liegt daher ein Zwischenprodukt 22, insbesondere für die Herstellung einer Batteriezelle, vor, welches durch die versiegel te Pouch 10 gasdicht abgeschlossen ist, so dass die Pouch 10 bzw. das Zwischenprodukt 22 an Umgebungsluft gelagert oder transpor tiert werden kann, ohne dass es einer besonderen Klimatisierung der Umgebungsluft zum Schutz der Materialen des Verbundele ments 20, insbesondere der aktive Kathoden- und/oder Anodenma terialien, bedarf.
Ein Abschnitt der Siegelnaht 12 ist eine vorläufige Siegelnaht 13, welche die Pouch 10 zwar versiegelt, aber lediglich für eine tempo räre Versiegelung vorgesehen ist. Die vorläufige Siegelnaht 13 ist hierzu in einem Abstand zur Kontur des Verbundelements 20 in der Pouch 10 angeordnet, so dass das Verbundelement 20 die von der Siegelnaht 12 umschlossene Grundfläche nicht vollständig ausfüllt. Das Verbundelement 20 kann beispielsweise 50% bis 70% der von der Siegelnaht 12 mit der vorläufigen Siegelnaht 13 umschlossenen Fläche abdecken. Die übrige freie Grundfläche ergibt dadurch eine freie Tasche in der Pouch 10.
Die umlaufende Siegelnaht 12 hat in dieser vorteilhaften Ausfüh rungsform eine Rechteckform, wobei die vorläufige Siegelnaht 13 wenigstens eine Seite der Siegelnaht 12 bildet. Der Abschnitt der Siegelnaht 12, der die vorläufige Siegelnaht 13 bildet, kann zudem beispielsweise auch Teile der beiden kurzen Rechteckseiten ent sprechend der Ausführungsbeispiele in den Figuren umfassen.
Die Pouch 10 im Ausführungsbeispiel der Figur 1 weist noch keinen flüssigen Elektrolyten 21 auf, die vorläufige Versiegelung ermöglicht es aber die Pouch 10 in diesem Zustand als Zwischenprodukt 22 aus einem Bereich mit streng kontrollierten Atmosphärenbedingun gen auszuführen. Das Zwischenprodukt 22 kann entsprechend transportiert, beispielsweise innerhalb einer Maschine 30 oder einer Produktionsanlage, oder von einer Maschine 30 zu einer weiteren Maschine 31, siehe Figuren 12 und 13, für die weitere Verarbeitung, wobei die Umweltbedingungen in weiteren Grenzen gehalten werden können.
Figur 2 zeigt die Pouch 10 bzw. das Zwischenprodukt 22 der Figur 1 , wobei sich die Pouch 10 wieder in kontrollierten Atmosphärenbe dingungen befindet, so dass die Pouch 10 geöffnet werden kann ohne aktive Materialien des Verbundelements 20 beispielsweise durch eine zu hohe Luftfeuchtigkeit zu schädigen. Das Zwischen- Produkt 22 oder die Pouch 10 wird daher an einer Trennlinie 24 wie der geöffnet, wobei die Siegelnaht 12 an zwei Stellen durchschnitten und die vorläufige Siegelnaht 13 abgetrennt wird. Die geöffnete Pouch 10 kann anschließend mit einem flüssigen Elektrolyten 21 befüllt werden.
Die mit einem flüssigen Elektrolyten befüllte Pouch 10 wird an schließend mit einer finalen Siegelnaht 14 versiegelt. Die finale Sie gelnaht 14 ist hierbei vorzugweise ein Abschnitt der Siegelnaht 12, welcher die beiden Teile der Pouchfolie 11 miteinander verbindet, beispielsweise durch Verschmelzen. Das Verbundelement 20 mit einem flüssigen Elektrolyten 21 ist somit in der Pouch 10 mit einer konturnahen Siegelnaht 12, 14 versiegelt. Der überstehende Rest der Pouch 10, welcher durch die finale Siegelnaht 14 von der mit Elektrolyt 21 befüllten Pouch 10 abgetrennt ist, wird anschließend an der weiteren Trennlinie 25 abgetrennt.
Das Verbundelement 20 mit einem flüssigen Elektrolyten 21 in der Pouch 10 kann anschließend weiteren Herstellungsschritten zuge führt werden, beispielsweise einer Formierung für eine Batterie.
Die Figuren 4, 5 und 6 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel ei nes Zwischenprodukts 21 mit einem trockenen Verbundelement 20 in einer Pouchfolie 11 mit einer Siegelnaht 12, wobei ein Abschnitt der Siegelnaht 12 eine vorläufige Siegelnaht 13 darstellt. Das unter erweiterten Atmosphärenbedingungen transportfähige Zwischenpro dukt 22 ist in der Figur 4 dargestellt. Das Zwischenprodukt 22 weist eine zusätzliche erste unterbrochene Siegelnaht 15 auf, welche durch die von der vorläufigen Siegelnaht 13 gebildete Tasche in der Pouch 10 verläuft. Die erste unterbrochene Siegelnaht 15 weist in diesem Ausführungsbeispiel drei Unterbrechungen 17 auf. Daher verschließt die erste unterbrochene Siegelnaht 15 die Pouch 10 nicht bzw. nicht vollständig.
Die Figur 5 zeigt das Zwischenprodukt 22 der Figur 4, welches nach einem Transport oder einer Lagerung für ein Befüllen mit einem flüssigen Elektrolyten 21 wieder geöffnet werden soll. Hierfür wird die Pouch 10 entlang der symbolischen Trennlinie 24, welche zwi schen der vorläufigen Siegelnaht 13 und der ersten unterbrochenen Siegelnaht 15 angeordnet ist, abgetrennt und geöffnet. Dementspre chend bilden die drei Unterbrechungen 17 in der ersten unterbro chenen Siegelnaht 15 Öffnungen in der Pouch 10, über die ein flüs siger Elektrolyt 21 eingefüllt werden kann. Die erste unterbrochene Siegelnaht 15 kann hierbei die Stabilität der Pouch 10 bei einem Befüllen mit einem flüssigen Elektrolyten 21 erhöhen.
Nach dem Befüllen mit einem flüssigen Elektrolyten 21 wird die Pouch 10 mit einer finalen Siegelnaht 14 verschlossen, welche mög lichst nah an der Kontur des Verbundelements 20 verläuft. An der symbolischen Trennlinie 25, welche zwischen der finalen Siegelnaht 14 und der ersten unterbrochenen Siegelnaht 15 verläuft, wird der restliche Teil der Pouch 10 bzw. der Pouchfolie 11 abgetrennt, wodurch das Verbundelement 20 mit einem Elektrolyten 21 in einer Pouch 10 fertiggestellt ist.
Die Figuren 7, 8 und 9 zeigen ein analoges Ausführungsbeispiel zu den Figuren 4, 5 und 6, wobei parallel zu der ersten unterbrochenen Siegelnaht 15 eine zweite unterbrochene Siegelnaht 16 in der Pouch 10 vorgesehen ist. Die zweite unterbrochene Siegelnaht 16 ist zwi schen dem Verbundelement 20 und der ersten unterbrochenen Sie gelnaht 15 angeordnet. Die erste und zweite unterbrochene Siegel naht 15, 16 weisen jeweils drei Unterbrechungen 17 auf, die wiede- rum jeweils miteinander korrespondieren, so dass sich drei Öff nungsachsen durch die erste und zweite unterbrochene Siegelnaht 15, 16 ergeben.
In die drei Unterbrechungen 17 sind drei Durchlasselemente 18, beispielsweise Röhrchen, eingesetzt, welche in der ersten und zwei ten unterbrochenen Siegelnaht 15, 16 gehalten werden. Die Durch lasselemente 18 halten hierbei die Unterbrechungen 17 offen. Im Zwischenprodukt 22 sind die Durchlasselemente 18 innerhalb der von der vorläufigen Siegelnaht 13 verschlossenen bzw. versiegelten Pouch 10 angeordnet.
In Figur 8 ist eine symbolische Trennlinie 24 angezeichnet, an wel cher die Pouch 10 zum Befüllen mit einem flüssigen Elektrolyten 21 durch Aufschneiden der Pouch 10 geöffnet wird. Dadurch werden die Durchlasselemente 18 freigelegt, durch welche die Pouch 10 mit dem trockenen Verbundelement 20 mit einem flüssigen Elektrolyten 21 befüllt werden kann. Die Durchlasselemente 18 vereinfachen insbesondere eine automatische Befüllung der Pouch 10.
Anschließend wird die Pouch 10 mit einer finalen Siegelnaht 14 ver schlossen, welche zwischen dem Verbundelement 20 und der zwei ten unterbrochenen Siegelnaht 16 angeordnet ist. Entlang einer wei teren symbolischen Trennlinie 25 kann die übrige Pouchfolie 11 mit der ersten und zweiten unterbrochenen Siegelnaht 15, 16 sowie den Durchlasselementen 18 abgetrennt werden.
Die Figur 10 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Zwi schenprodukts 22 mit einem trockenen Verbundelement 20 in einer Pouch 10, wobei die Pouch 10 mit einer vorläufigen Siegelnaht 13 verschlossen ist, die in einem Abstand zu dem Verbundelement 20 angeordnet ist. In der vorläufigen Siegelnaht 13 sind drei Ventile 19 eingesetzt, die die Pouch 10 verschließen, aber dennoch ein Befül len der Pouch 10 mit einem flüssigen Elektrolyten 21 ermöglichen. Nach einem Befüllen mit einem flüssigen Elektrolyten 21 wird die Pouch 10 mit der finalen Siegelnaht 14 abschließend verschlossen, wobei die finale Siegelnaht 14 nah an der Kontur des Verbundele ments 20 vorgesehen ist. Die vorläufige Siegelnaht 13 kann an schließend zusammen mit den eingesetzten Ventilen 19 von der Pouch 10 an der Trennlinie 25 abgetrennt werden
Die Figur 12 zeigt schematisch eine Maschine 30, 31 zur Durchfüh rung des Verfahrens zur Herstellung eines Verbundelements 20 mit einem, vorzugsweise flüssigen, Elektrolyten 21 in einer Pouch 10. Innerhalb der Maschine 30, 31 , welche beispielsweise eine Ferti- gungsanlage für Batteriezellen oder ein Teil davon sein kann, kön nen die Verfahrensschritte zur Herstellung durchgeführt werden, wobei aufgrund der vorläufigen Siegelnaht 13 die Pouch 10 mit ei nem trockenen Verbundelement 20 aus einer besonders kontrollier ten Atmosphäre ausgeführt werden kann.
Figur 13 zeigt ein weiteres schematisches Ausführungsbeispiel, wo bei eine Maschine 30 lediglich die Verfahrensschritte zur Herstel lung eines Zwischenprodukts 22 durchführt. Das Zwischenprodukt 22 kann aus der Maschine 30 ausgeführt werden und ohne weitere Schutzmaßnahmen, z.B. gegen übliche Luftfeuchtigkeit, zu einer weiteren Maschine 31 gefördert werden, wo das Zwischenprodukt 22 bzw. die Pouch 10 mit einem flüssigen Elektrolyten 21 befüllt und anschließend mit einer finalen Siegelnaht 14 versiegelt wird.

Claims

Ansprüche:
1. Verfahren zur Herstellung eines Verbundelements (20) der Energiezellen produzierenden Industrie in einer Pouch (10), gekennzeichnet durch die Schritte:
- Verschließen eines trockenen Verbundelements (20) in einer Pouchfolie (11) mit mindestens einer Siegelnaht (12) unter Herstellung einer versiegelten Pouch (10), wobei mindestens ein Abschnitt der Siegelnaht (12) eine vorläufige Siegelnaht (13) ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , gekennzeichnet durch den Schritt:
- Herstellen einer ersten unterbrochenen Siegelnaht (15) mit mindestens einer Unterbrechung (17), wobei die erste unter brochene Siegelnaht (15) zwischen der vorläufigen Siegelnaht (13) und dem trockenen Verbundelement (20) in der Pouch (10) angeordnet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch den Schritt:
- Herstellen einer zweiten unterbrochenen Siegelnaht (16) mit mindestens einer Unterbrechung (17), wobei die zweite unter brochene Siegelnaht (16) zwischen der vorläufigen Siegelnaht (13) und dem trockenen Verbundelement (20) in der Pouch (10) angeordnet ist, wobei die mindestens eine Unterbrechung (17) der zweiten unterbrochenen Siegelnaht (16) mit der we nigstens einen Unterbrechung (17) der ersten unterbrochenen Siegelnaht (15) korrespondiert.
4. Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, gekennzeichnet durch den Schritt:
- Einlegen mindestens eines Durchlasselements (18) vor dem Herstellen der ersten und/oder zweiten unterbrochenen Siegel naht (15,16) zur Bildung einer Unterbrechung (17) in der ersten und/oder zweiten unterbrochenen Siegelnaht (15,16).
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekenn zeichnet durch den Schritt:
- Einsetzen mindestens eines Ventils (19) vor dem Herstellen der vorläufigen Siegelnaht (13) zur Integration des Ventils (19) in der vorläufigen Siegelnaht (13).
6. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekenn zeichnet durch den Schritt:
- Transport der versiegelten Pouch (10) mit dem trockenen Verbundelement (20).
7. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekenn zeichnet durch den Schritt:
- Auftrennen und/oder Abtrennen der vorläufigen Siegelnaht (13) der versiegelten Pouch (10) vor dem Befüllen der Pouch (10), um die Pouch (10) wieder zu öffnen.
8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, gekennzeichnet durch den Schritt:
- Befüllen der Pouch (10) mit einem flüssigen Elektrolyten (21).
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekenn zeichnet durch:
- Versiegeln der Pouch (10) mit einer finalen Siegelnaht (14).
10. Verfahren nach Anspruch 9, gekennzeichnet durch den Schritt:
- Abtrennen der vorläufigen Siegelnaht (13) nach dem Versie- geln der Pouch (10) mit der finalen Siegelnaht (14).
11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, gekennzeichnet durch den Schritt: - Abtrennen der ersten und/oder zweiten unterbrochenen Sie gelnaht (13) nach dem Versiegeln der Pouch (10) mit der fina len Siegelnaht (14).
12. Maschine (30,31) für die Herstellung eines Verbundelements (20) der Energiezellen produzierenden Industrie in einer Pouch
(10), dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (30,31) zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorangehen den Ansprüche eingerichtet ist.
13. Zwischenprodukt (22) zur Herstellung eines Verbundelements
(20) in einer Pouch (10), dadurch gekennzeichnet, dass ein trockenes Verbundelement (20) in einer Pouchfolie (11) mit ei ner Siegelnaht (12) verschlossen ist, wobei mindestens ein Abschnitt der Siegelnaht (12) eine vorläufige Siegelnaht (13) ist.
14. Zwischenprodukt (22) nach Anspruch 13, dadurch gekenn zeichnet, dass mindestens eine unterbrochene Siegelnaht (15,16) zwischen der vorläufigen Siegelnaht (13) und dem tro- ckenen Verbundelement (20) vorgesehen ist.
15. Zwischenprodukt (22) nach Anspruch 14, dadurch gekenn zeichnet, dass in der mindestens einen unterbrochenen Sie gelnaht (15) mindestens ein Durchlasselement (18) einge- bracht ist.
16. Zwischenprodukt (22) nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass in der vorläufigen Siegelnaht (13) wenigstens ein Ventil (19) vorgesehen ist.
17. Verfahren zur Herstellung eines Verbundelements (20) der
Energiezellen produzierenden Industrie mit einem Elektrolyten (21) in einer Pouch (10) aus einem Zwischenprodukt (22) nach einem der Ansprüche 13 bis 16, gekennzeichnet durch die Schritte: - Auftrennen und/oder Abtrennen der vorläufigen Siegelnaht
(13) der Pouch (10), um die Pouch (10) wieder zu öffnen.
18. Verfahren nach Anspruch 17, gekennzeichnet durch den Schritt: - Befüllen der Pouch (10) mit einem flüssigen Elektrolyten (21) nach dem Auftrennen und/oder Abtrennen der vorläufigen Sie gelnaht (13).
19. Verfahren nach Anspruch 18, gekennzeichnet durch den Schritt:
- Versiegeln der Pouch (10) mit einer finalen Siegelnaht (14).
20. Verfahren nach Anspruch 19, gekennzeichnet durch den Schritt: - Abtrennen der vorläufigen Siegelnaht (13) nach dem Versie geln der Pouch (10) mit der finalen Siegelnaht (14).
21. Verfahren nach Anspruch 19 oder 20, gekennzeichnet durch den Schritt: - Abtrennen der ersten und/oder zweiten unterbrochenen Sie gelnaht (15,16) nach dem Versiegeln der Pouch (10) mit der fi- nalen Siegelnaht (14).
22. Maschine (31) für die Herstellung eines Verbundelements (20) der Energiezellen produzierenden Industrie mit einem Elektro- lyten (21) in einer Pouch (10) aus einem Zwischenprodukt (22), dadurch gekennzeichnet, dass die Maschine (31) zur Durchfüh rung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 17 bis 21 eingerichtet ist.
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