EP4387819A1 - Schneidvorrichtung und verfahren zur herstellung von elektrodenblättern aus einer elektrodenfolie - Google Patents

Schneidvorrichtung und verfahren zur herstellung von elektrodenblättern aus einer elektrodenfolie

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Publication number
EP4387819A1
EP4387819A1 EP22744143.3A EP22744143A EP4387819A1 EP 4387819 A1 EP4387819 A1 EP 4387819A1 EP 22744143 A EP22744143 A EP 22744143A EP 4387819 A1 EP4387819 A1 EP 4387819A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
roller
cutting
electrode foil
electrode
cutting device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP22744143.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Kartik Jamadar
Sebastian DERSCH
Sven Schopf
Henrike Schünemann
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.)
Powerco SE
Original Assignee
Volkswagen AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP4387819A1 publication Critical patent/EP4387819A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D7/00—Details of apparatus for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D7/26—Means for mounting or adjusting the cutting member; Means for adjusting the stroke of the cutting member
    • B26D7/2614—Means for mounting the cutting member
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D11/00—Combinations of several similar cutting apparatus
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D7/00—Details of apparatus for cutting, cutting-out, stamping-out, punching, perforating, or severing by means other than cutting
    • B26D7/20—Cutting beds
    • B26D7/204—Anvil rollers
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D1/00—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor
    • B26D1/01—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor involving a cutting member which does not travel with the work
    • B26D1/12—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor involving a cutting member which does not travel with the work having a cutting member moving about an axis
    • B26D1/25—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor involving a cutting member which does not travel with the work having a cutting member moving about an axis with a non-circular cutting member
    • B26D1/34—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor involving a cutting member which does not travel with the work having a cutting member moving about an axis with a non-circular cutting member moving about an axis parallel to the line of cut
    • B26D1/40—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor involving a cutting member which does not travel with the work having a cutting member moving about an axis with a non-circular cutting member moving about an axis parallel to the line of cut and coacting with a rotary member
    • B26D1/405—Cutting through work characterised by the nature or movement of the cutting member or particular materials not otherwise provided for; Apparatus or machines therefor; Cutting members therefor involving a cutting member which does not travel with the work having a cutting member moving about an axis with a non-circular cutting member moving about an axis parallel to the line of cut and coacting with a rotary member for thin material, e.g. for sheets, strips or the like
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B26—HAND CUTTING TOOLS; CUTTING; SEVERING
    • B26D—CUTTING; DETAILS COMMON TO MACHINES FOR PERFORATING, PUNCHING, CUTTING-OUT, STAMPING-OUT OR SEVERING
    • B26D2210/00—Machines or methods used for cutting special materials

Definitions

  • the invention relates to a cutting device and a method for producing electrode sheets from an electrode foil.
  • the electrode sheets are used in particular in a battery cell, preferably a secondary battery cell.
  • Batteries in particular lithium-ion batteries, are increasingly being used to drive motor vehicles. Batteries are usually assembled from cells, each cell having a stack of electrode sheets, namely anode, cathode and separator sheets. At least some of the anode and cathode sheets are designed as current collectors to divert the current provided by the cell to a consumer arranged outside the cell.
  • a carrier material in particular a strip-shaped carrier material, e.g. B. a carrier film, preferably coated on both sides with at least one active material.
  • the carrier film forms a current collector for the battery cell.
  • the coated carrier material forms an electrode foil.
  • the electrode foil is an endless material that can be divided into electrode sheets by cutting processes. These electrode sheets can be used in battery cells.
  • collector tabs which as uncoated components of the carrier foil protrude laterally from the coated part of the electrode sheet
  • electrode separation also referred to as "separation”; i.e. the production of electrode sheets from the electrode foil
  • These operations are carried out either mechanically or by laser. Due to the separate machines for slotting and notching or separating, a higher investment and floor space is required.
  • Laser notching is an energy-intensive process (approx. 6 kW power requirement of the system) and creates a heat-affected zone.
  • the laser process is inefficient because most of the concentrated light rays are reflected off the copper surface of the electrode foil.
  • a special green laser is needed to achieve better light adsorption by copper. This type of laser is expensive and does not allow speeds higher than 80 m/min.
  • the movement of the electrode foil in the z-direction (thickness direction of the electrode foil, transverse to the conveying direction) during the slitting process causes waves at the slit edge. It is not possible to control this ripple as there is no counter tool.
  • the movement of the electrode foil in the y-direction is not restricted. This leads to a ripple in the y-direction.
  • Burr formation occurs due to the lack of a counterforce when slotting and mechanically notching.
  • Both slotting and notching are the largest sources of particles in the electrode manufacturing process. Both operations require the installation of web face, edge and tool cleaning equipment, resulting in double costs.
  • a device for cutting an electrode foil is known from EP 2 648 264 B1.
  • the device includes a knife that cuts through the electrode foil as a result of a movement directed transversely to the surface of the electrode foil.
  • a cutting device for electrode foils is known from JP 3619618 B2 and KR 101211804 B1. In this case, an endless material of an electrode foil is guided through two rollers which have circular cutting edges. The circular blades cooperate to make a line of cut so that the electrode foil can be divided into narrower ribbons.
  • a cutting device for electrode foils is known from KR 2006-0080092 A.
  • the electrode foil is guided through a pair of rollers, one of which is cylindrical and serves as a support surface for the electrode foil.
  • the other roll has a cutting contour and spacers. The distance between the rollers is fixed via the spacers.
  • the cutting contour generates cutting lines on the electrode foil that run lengthwise and crosswise to the conveying direction. The cutting contour does not contact the support surface of the opposite roll.
  • the object of the present invention is to at least partially solve the problems cited with reference to the prior art.
  • a cutting device and a method for producing electrode sheets from an electrode foil are to be proposed, by means of which a high effectiveness of the production process can be achieved at the same time as low costs and high product quality.
  • a cutting device for producing electrode sheets from an electrode foil comprises at least one first roller with a first axis of rotation and at least one second roller arranged opposite the first roller with a second axis of rotation parallel to the first axis of rotation.
  • the first roller has a continuously cylindrical first support surface for contacting an electrode foil that can be guided through a first gap between the rollers.
  • the at least one second roller has a cutting contour through which at least one cutting line runs into the first gap when the rollers are rotating Electrode foil can be introduced.
  • the second roller has a second support surface surrounding the cutting contour for contacting the electrode foil that can be guided through the first gap, the second support surface being elastically deformable at least with respect to a radial direction running transversely to the second axis of rotation.
  • the cutting device serves in particular to process a coated electrode foil.
  • the coating comprises at least one active material for storing ions, in particular lithium ions.
  • the coating on the electrode foil can be carried out on one side or on both sides.
  • the coating has a thickness of at least 5 ⁇ m [microns], in particular between 5 ⁇ m and 40 ⁇ m, preferably between 8 ⁇ m and 25 ⁇ m, particularly preferably at most 40 ⁇ m or even at most 25 ⁇ m.
  • the electrode foil is fed to the cutting device in particular as an endless material.
  • the electrode foil is guided through the cutting device along a conveying direction.
  • the conveying direction runs, in particular, transversely to the axes of rotation of the rollers and through the first gap between the rollers.
  • a plurality of electrode sheets are produced from the endless material with the cutting device.
  • An electrode sheet produced with the cutting device has, in particular, a geometry that is intended and suitably designed for use in a battery cell.
  • the coating is arranged particularly continuously along the conveying direction, preferably on both sides, on the carrier material of the electrode foil. Uncoated areas can be provided on the sides of the electrode foil, which is designed as an endless material, optionally also continuously along the conveying direction. These uncoated areas can form the conductor lugs of the electrode sheets.
  • a width of the first gap is designed in particular in such a way that it is greater than the extension of the electrode foil.
  • the height of the first gap is matched to the electrode foil.
  • the cutting contour is always arranged at a distance from the first support surface.
  • the second roller with the cutting contour is arranged relative to the first roller that the cutting contour never comes into contact with the (non-elastically deformable) first support surface of the first roller during operation of the cutting device, ie when the rollers are rotating.
  • the cutting contour extends so far through the first gap and towards the first roller that at least the carrier material of the electrode foil is completely severed.
  • the cutting contour has a minimum distance from the first support surface of at least 5 ⁇ m, in particular at least 10 ⁇ m, preferably at most 40 ⁇ m, particularly preferably at most 25 ⁇ m or even at most 15 ⁇ m.
  • the second roller has a second support surface surrounding the cutting contour.
  • This second support surface is elastically deformable along the radial direction.
  • the non-deformed second support surface extends along the radial direction in particular so far outwards that the deformation of the second support surface takes place through the electrode foil arranged in the first gap. In the area of the first gap, the second support surface is displaced towards the second axis of rotation by the electrode foil.
  • the second support surface is in particular undeformed.
  • the cutting device extends in the radial direction beyond the second support surface and can thus produce the at least one cutting line in the electrode foil.
  • the undeformed second support surface extends in the radial direction at least as far as the cutting contour or even beyond the cutting contour.
  • the first support surface is elastically deformable at least in relation to the radial direction.
  • the first support surface can be made of an elastically deformable material of the same type as the second support surface or of a different elastically deformable material.
  • the undeformed first support surface extends along the radial direction in particular so far outwards that the first support surface is deformed by the electrode foil arranged in the first gap. In the area of the first gap, the first support surface is displaced by the electrode foil towards the first axis of rotation.
  • an elastically deformable support surface allows a coating of the electrode foil to remain undamaged during the cutting processes outside of the cutting lines.
  • a compressive force acting on the electrode foil from the rollers can be adjusted as precisely as possible via the elastically deformable support surface, with tolerances, e.g. B. the electrode foil or the thickness of the coating, can be easily compensated.
  • a conveying force acting on the electrode foil in the conveying direction can be uniformly transmitted via at least one driven roller.
  • the cutting device in the case of an elastically deformable first support surface, can be designed in such a way that the electrode foil is completely severed by the cutting contour.
  • the cutting contour then extends through the electrode foil and penetrates into the elastically deformable material of the first support surface.
  • the cutting contour is in particular not arranged at a distance from the first support surface.
  • the cutting depth or the projection of the cutting contour from the second support surface be set out.
  • the cutting device comprises at least a plurality of second rollers, with each second roller having a cutting contour that differs from one another and through which a different cutting line can be made in the electrode foil.
  • the second rollers are arranged at a distance from one another along a conveying direction of the electrode foil and thus in a circumferential direction and form the respective first gap with the one first roller.
  • the electrode foil is in particular guided at least partially around the first roller.
  • the electrode foil therefore contacts the first roller not only in the area of a single first gap, but also at least in the area of a second first gap, possibly also over an angular area of the first support surface of the first roller that extends between the at least two first gaps.
  • a cutting contour-free third roller with a third axis of rotation parallel to the second axis of rotation is arranged at least between two second rollers, preferably between each two second rollers.
  • the third roller has a third support surface Contacting an electrode foil that can be guided through a second gap between the third roller and the first roller.
  • the at least one third roller serves to press the electrode foil against the first roller and to generate tension in the section of the electrode foil that is (immediately) in front of the second gap or the third roller along the conveying direction.
  • first roller and a second roller are arranged one behind the other along the conveying direction, predetermined cutting lines being introduced into the electrode foil by each pair.
  • a first group of cutting lines can e.g. B. exclusively a slitting (also referred to as "slitting"; cutting line runs parallel to the conveying direction and extends in particular continuously; several electrode foils with a reduced width are produced from the electrode foil).
  • a second group of cutting line can e.g. B. exclusively a notching (also referred to as "notching", i.e. the production of conductor lugs, which protrude laterally from the coated part of the electrode sheet as uncoated components of the carrier film).
  • These cutting lines can run at least partially transversely to the conveying direction and at least partially parallel to the conveying direction.
  • the conductor lugs produced in this way are arranged at a distance from one another along the conveying direction on the electrode foil (present as endless material).
  • the areas of the electrode foil that are present along the conveying direction between the conductor lugs and are in particular uncoated are separated and removed as a result of these cutting lines (and in particular are not used as an electrode sheet).
  • a third group of cutting lines can e.g. B. exclusively an electrode detachment or a separation (also referred to as “separation”; i.e. the production of electrode sheets from the electrode foil).
  • These cutting lines run in particular (at least partially) transversely to the conveying direction or parallel to the axes of rotation, with individual electrode sheets being produced from the endless material of the electrode film as a result of the cutting lines.
  • the cutting contour produces at least one cutting line running parallel to the axes of rotation (the first axis of rotation, the at least one second axis of rotation, possibly a third axis of rotation) by means of which the electrode foil can be divided into separate electrode sheets.
  • slitting along the conveying direction always takes place in front of another pair of rollers, which has a cutting contour for notching and/or separating.
  • notching and/or slitting along the conveying direction always takes place in front of another pair of rollers, which has a cutting contour for separating.
  • each pair of rollers or a second roller is assigned to only one group of cutting lines.
  • each pair of rollers or a second roller is assigned to exactly two groups of cutting lines.
  • Preferably only one pair of rollers is provided, through which all groups of cutting lines and in particular also all cutting lines required for the production of the electrode sheets are produced.
  • the electrode sheets have a geometry intended for arrangement in battery cells.
  • the cutting contour is inseparable from the second roller, that is to say one piece with the second roller.
  • the cutting contour is designed to be separable from the second roller. A wear-dependent change in the cutting contour can thus take place in a simple manner.
  • the cutting contour can be fixed on the second roller at least by a magnetic force.
  • a material forming at least one of the support surfaces has such a texture that when the material is elastically deformed, a force directed away from the respective cutting line acts on the electrode foil from the material.
  • the texture can e.g. B. be designed spirally, so extend spirally around the axis of rotation of the respective role.
  • the elastic deformability of the material forming the support surface makes it possible in particular for the areas of the electrode foil separated by the cutting line to also be displaced as a result of the displacement of the elastically deformed material, so that the cutting effect of the cutting contour is supported. With a texture of the material, this effect can be intensified.
  • the elastically deformable material comprises in particular a polymer, preferably polyurethane.
  • the material can be designed as a coating on the respective roll.
  • the roller is in particular made of steel, in particular chromium-coated.
  • the cutting contour comprises a generally known hard metal material, preferably tungsten carbide.
  • the cutting device can be arranged in particular in a device for calendering.
  • the coated carrier material is guided through an arrangement of rollers, which are optionally temperature-controlled and can therefore heat the coated carrier material.
  • the coating is compacted by the rollers. There is usually an increase in the density of the coating of at least 20%.
  • the at least one first roller can be designed as a calendering roller.
  • the cutting device is preferably provided for processing completely coated and completely compacted electrode foils.
  • the cutting device represents the last method step for processing the electrode foil, through which the individual electrode sheets are then provided.
  • the cutting device can also be combined with known cutting devices.
  • a waviness in the area close to the cutting lines can be reduced or even prevented by a transverse tensile stress induced by the elastically deformable material of the support surfaces. Burr formation at the cut lines can be reduced or prevented by inducing a compressive stress on the electrode foil by the rollers.
  • the cutting device can be easily combined with a lamination to produce monocells in which an anode or a cathode is directly laminated with a separator material. Instead of the manufactured electrode sheets being stacked and collected in a magazine, each individual electrode sheet can be transported directly to the laminating process for the application of the separator material.
  • the cutting device can also be integrated into the calendering, whereby the calendering roll can serve as the first roll.
  • the cutting device comprises at least one first roller with a first axis of rotation and at least one second roller arranged opposite the first roller with a second axis of rotation parallel to the first axis of rotation.
  • the first roller has a continuously cylindrical first support surface for contacting an electrode foil that can be guided through a first gap between the rollers.
  • the at least one second roller has a cutting contour, through which at least one cutting line can be made in the electrode foil that is guided through the first gap when the rollers are rotating.
  • the second roller has a second support surface surrounding the cutting contour for contacting the electrode foil that can be guided through the first gap.
  • Either the second support surface is elastically deformable at least with respect to a radial direction running transversely to the second axis of rotation, or an elastically deformable support film is guided through the first gap together with the electrode film.
  • the method comprises at least the following steps: a) providing the cutting device; b) providing at least the electrode foil or additionally the supporting foil; c) Conveying at least the electrode foil or additionally the supporting foil through the rotating rollers of the cutting device along a conveying direction and thereby introducing the cutting lines into the electrode foil by at least one cutting contour, the cutting contour at least one cutting line running parallel to the axes of rotation produced, through which the electrode foil can be divided into separate electrode sheets, so that the plurality of electrode sheets is produced.
  • the cutting device includes
  • the supporting film serves exclusively to prevent the cutting contour from coming into contact with the first supporting surface, which in particular is not elastically deformable. In this way, the supporting film can only be used between the first roll and the second roll. If necessary, the electrode foil can then be conveyed on alone.
  • the cutting device thus corresponds to the cutting device described, with the elastically deformable second support surface not necessarily having to be implemented in the proposed method or in the cutting device used therein. Their function can be fulfilled by the elastically deformable support film.
  • the supporting film is arranged in particular between the electrode film and the first roller, so that the at least one cutting contour can extend through the electrode film and into the supporting film.
  • the cutting device in the case of an elastically deformable support foil, can be designed in such a way that the electrode foil is completely severed by the cutting contour.
  • the cutting contour then extends through the electrode foil and penetrates into the elastically deformable material of the supporting foil.
  • the cutting contour is always arranged at a distance from the first support surface.
  • the cutting depth or the projection of the cutting contour out of the electrode foil and into the supporting foil can be adjusted by adjusting a pressure force between the first roller and the second roller or by selecting the elastically deformable material of the supporting foil.
  • a battery cell is also proposed, at least comprising a housing and arranged therein at least one electrode sheet, which is produced by the method described.
  • the battery cell comprises in particular a housing enclosing a volume and arranged in the volume at least one first electrode sheet of a first type of electrode, a second electrode sheet of a second type of electrode and a separator material arranged in between and an electrolyte.
  • the battery cell is in particular a pouch cell (with a deformable housing consisting of a pouch film) or a prismatic cell (with a dimensionally stable housing).
  • a pouch film is a well-known deformable housing part that is used as a housing for so-called pouch cells. It is a composite material, e.g. B. comprising a plastic and aluminum.
  • the battery cell is in particular a lithium-ion battery cell.
  • the individual sheets of the plurality of electrode sheets are arranged one on top of the other and in particular form a stack.
  • the electrode sheets are each assigned to different types of electrodes, ie they are designed as an anode or a cathode. In this case, anodes and cathodes are arranged alternately and are each separated from one another by the separator material.
  • a battery cell is an electricity storage device that B. is used in a motor vehicle for storing electrical energy.
  • a motor vehicle has an electric machine for driving the motor vehicle (a traction drive), wherein the electric machine can be driven by the electrical energy stored in the battery cell.
  • a motor vehicle at least comprising a traction drive and a battery with at least one of the battery cells described, wherein the traction drive can be supplied with energy by the at least one battery cell.
  • the method can be carried out in particular by a control unit that is equipped, configured or programmed to carry out the method described. At least you can with the control unit
  • a rotational speed of at least one driven roller can be regulated.
  • the method can also be carried out by a computer or with a processor of a control unit.
  • a system for data processing which includes a processor which is adapted/configured in such a way that it carries out the method or part of the steps of the proposed method.
  • a computer-readable storage medium can be provided which comprises instructions which, when executed by a computer/processor, cause the latter to carry out the method or at least part of the steps of the proposed method.
  • the statements on the cutting device can be transferred in particular to the method, the battery cell, the motor vehicle, the control unit and the computer-implemented method (i.e. the computer or the processor, the data processing system, the computer-readable storage medium) and vice versa.
  • the computer-implemented method i.e. the computer or the processor, the data processing system, the computer-readable storage medium
  • indefinite articles (“a”, “an”, “an” and “an”), particularly in the claims and the description reflecting them, is to be understood as such and not as a numeral.
  • indefinite articles (“a”, “an”, “an” and “an”), particularly in the claims and the description reflecting them, is to be understood as such and not as a numeral.
  • Correspondingly introduced terms or components are to be understood in such a way that they are present at least once and in particular can also be present several times.
  • first”, “second”, ...) primarily (only) serve to distinguish between several similar objects, sizes or processes, i.e. in particular no dependency and/or sequence of these objects, sizes or make processes mandatory for each other. Should a dependency and/or order be necessary, this is explicitly stated here or it is obvious to the person skilled in the art when studying the specifically described embodiment. If a component can occur several times (“at least one”), the description of one of these components can apply equally to all or part of the majority of these components, but this is not mandatory.
  • FIG. 3 the cutting device according to FIG. 2 in a view along a conveying direction
  • FIG. 4 shows a section of FIG. 3
  • FIG. 9 the cutting device according to FIG. 8 in a view along a conveying direction
  • Fig. 10 a section of Fig. 9.
  • Fig. 1 shows a method for producing electrodes sheets 2 from an electrode foil 3.
  • the electrode foil 3 is present as a coated endless material.
  • the coating 20 comprises at least one active material for storing ions, in particular lithium ions.
  • the coating 20 is arranged continuously along the conveying direction 14 on the carrier material 25 of the electrode foil 3 .
  • uncoated areas are provided continuously along the conveying direction 14 . These uncoated areas form the collector lugs 21 of the electrode sheets 2 .
  • the cutting lines 11 of a first group 22 and a second group 23 are indicated.
  • a first group 22 of cutting lines 11 is assigned exclusively to slitting (also referred to as “slitting”; cutting line 11 runs parallel to the conveying direction 14 and extends continuously; a plurality of electrode foils 3 with a reduced width are produced from the electrode foil 3).
  • a second group 23 of cutting line 11 is assigned exclusively to notching (also referred to as “notching”; i.e. the production of output tabs 21 which, as uncoated components of the electrode foil 3, protrude laterally from the coated part of the electrode foil 3).
  • These cutting lines 11 run partially transversely to the conveying direction 14 and partially parallel to the conveying direction 14 .
  • the uncoated areas of the electrode foil 3 present between the conductor tabs 21 along the conveying direction 14 are separated and removed as a result of these cutting lines 11 and are not used as the electrode sheet 2 .
  • a third group 24 of cutting lines 11 is assigned exclusively to an electrode detachment or a separation (also referred to as “separation”; ie the production of electrode sheets 2 from the electrode foil 3). These cutting lines 11 run exclusively transversely to the conveying direction 14, as a result of the cutting lines 11 being produced from the continuous material of the electrode foil 3, individual electrode sheets 2 are produced.
  • FIG. 2 shows a first embodiment of a cutting device 1 in a side view.
  • FIG. 3 shows the cutting device 1 according to FIG. 2 in a view along a conveying direction 14.
  • FIG. 4 shows a section of FIG. 3.
  • FIGS. 2 to 4 are described together below. Reference is made to the statements relating to FIG.
  • the cutting device 1 comprises a first roller 4 with a first axis of rotation 5 and a second roller 6 arranged opposite the first roller 4 with a second axis of rotation 7 parallel to the first axis of rotation 5.
  • the first roller 4 has a continuously cylindrical first support surface 8 for contacting an electrode foil 3 guided through a first gap 9 between the rollers 4, 6.
  • the second roller 6 has a cutting contour 10 through which cutting lines 11 can be introduced into the electrode foil 3 guided through the first gap 9 when the rollers 4, 6 are rotating.
  • the cutting contour 10 is always arranged at a distance from the first support surface 8 .
  • the second roller 6 has a cutting contour 10 surrounding the second support surface 12 for contacting through the first Gap 9 guidable electrode film 3, wherein the second support surface 12 is elastically deformable at least with respect to a transverse to the second axis of rotation 7 radial direction 13.
  • the electrode foil 3 is fed to the cutting device 1 as an endless material.
  • the electrode foil 3 is guided through the cutting device 1 along a conveying direction 14 .
  • the conveying direction 14 runs transversely to the axes of rotation 5, 7 of the rollers 4, 6 and through the first gap 9 between the rollers 4, 6.
  • the electrode foil 3 is kept under tension in the conveying direction 14 in front of the cutting device 1 (see arrow on the left of the cutting device 1 in FIG. 2).
  • the cutting contour 10 includes all cutting lines 11 of the first group 22, the second group 23 and the third group 24, so that in the conveying direction 14 after the cutting device 1 there are separated electrode sheets 2 which are transported away on a conveying device 26.
  • the second roller 6 is arranged with the cutting contour 10 relative to the first roller 4 such that the cutting contour 10 never contacts the first support surface 8 of the first roller 4 during operation of the cutting device 1, i.e. when the rollers 4, 6 are rotating. In this case, however, the cutting contour 10 extends so far through the first gap 8 and towards the first roller 4 that at least the carrier material 25 of the electrode foil 3 is completely severed.
  • the second roller 6 has a second support surface 12 surrounding the cutting contour 10 .
  • This second support surface 12 is elastically deformable along the radial direction 13 .
  • the non-deformed second support surface 12 extends outwards along the radial direction 13 so far that the deformation of the second support surface 12 takes place through the electrode foil 3 arranged in the first gap 9 .
  • the second support surface 12 is displaced in the area of the first gap 9 by the electrode foil 3 towards the second axis of rotation 7 .
  • the cutting device 1 extends in the radial direction 13 beyond the second support surface 12 and can thus produce the cutting lines 11 in the electrode foil 3 .
  • the non-deformed second support surface 12 extends in the radial direction 13 beyond the cutting contour 10 .
  • FIG. 5 shows a second embodiment variant of a cutting device 1 in a side view. Reference is made to the statements relating to FIGS.
  • the first support surface 8 of the first roller 4 is also elastically deformable here, at least with respect to the radial direction 13 .
  • the undeformed first support surface 8 extends outwards along the radial direction 13 so far that the first support surface 8 is deformed by the electrode foil 3 arranged in the first gap 9 .
  • the first support surface 8 is displaced in the area of the first gap 9 by the electrode foil 3 towards the first axis of rotation 5 .
  • FIG. 6 shows a third embodiment variant of a cutting device 1 in a side view. Reference is made to the statements relating to FIGS.
  • the cutting device 1 comprises two pairs of a first roller 4 and a second roller 6, which are arranged one behind the other along the conveying direction 14, predetermined cutting lines 11 being introduced into the electrode foil 3 by each pair.
  • a pair of rollers consisting of a first roller 4 and a second roller 6, is used to slit, i.e. to introduce cutting lines 11 of the first group 22, along the conveying direction 14 in front of another pair of rollers, which have a cutting contour 10 for notching and separating, i.e for introducing cutting lines of the second group 23 and the third group 24 has.
  • FIG. 7 shows a fourth embodiment variant of a cutting device 1 in a side view. Reference is made to the statements relating to FIG.
  • the cutting device 1 comprises two second rollers 6, with each second roller 6 having a cutting contour 10 that differs from one another, through which a different cutting line 11 can be introduced into the electrode film 3 in each case.
  • the second rollers 6 are arranged at a distance from one another along a conveying direction 14 of the electrode foil 3 and thus in a circumferential direction 15 and form the respective first gap 9 with the one first roller 4 .
  • the electrode foil 3 is guided at least partially around the first roller 4 .
  • the electrode foil 3 therefore contacts the first roller 4 not only in the area of a single first gap 9, but also at least in the area of a second first gap 9, and also over an angular area of the first support surface 8 of the first roller 4, which extends between the two first columns 9 extends.
  • a third roller 16 Arranged between the two second rollers 6 is a third roller 16 which is free of cutting contours and has a third axis of rotation 17 which is parallel to the axes of rotation 5 , 7 .
  • the third roller 16 has a third support surface 18 for contacting an electrode foil 3 guided through a second gap 19 between the third roller 16 and the first roller 4 .
  • the third roller 16 serves to press the electrode foil 3 against the first roller 4 and to generate tension in the section of the electrode foil 3 that is located directly in front of the second gap 19 or the third roller 16 along the conveying direction 14 .
  • FIG. 8 shows a fifth embodiment variant of a cutting device 1 in a side view.
  • FIG. 9 shows the cutting device 1 according to FIG. 8 in a view along a conveying direction 14.
  • FIG. 10 shows a section of FIG. 9.
  • FIGS. 8 to 10 are described together below. Reference is made to the statements relating to FIGS.
  • the cutting device 1 used here does not have an elastically deformable second support surface 12 , but an elastically deformable support film 27 is guided through the first gap 9 together with the electrode film 3 .
  • the function of the deformable second support surfaces 12 is fulfilled by the elastically deformable support film 27 in the fifth embodiment variant or in the method described.
  • the support film 27 serves to prevent the cutting contour 10 from coming into contact with the non-elastically deformable first support surface 8.
  • the support film 27 is only to be used between the first roller 4 and the second roller 6, so that the electrode film 3 can then be conveyed on alone.
  • the supporting foil 27 is arranged between the electrode foil 3 and the first roller 4 so that the at least one cutting contour 10 extends through the electrode foil 3 and into the supporting foil 27 .
  • the cutting device 1 is designed in such a way that the electrode film 3 is completely severed by the cutting contour 10 .
  • the cutting contour 10 then extends through the electrode foil 3 and penetrates into the elastically deformable material of the supporting foil 27 .
  • the cutting contour 10 is always arranged at a distance from the first support surface 8 .
  • the cutting depth or the projection of the cutting contour 10 out of the electrode foil 3 and into the supporting foil 27 can be adjusted by adjusting a pressure force between the first roller 4 and the second roller 6 or by selecting the elastically deformable material of the supporting foil 27 .

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Abstract

Schneidvorrichtung (1) zur Herstellung von Elektrodenblättern (2) aus einer Elektrodenfolie (3), zumindest umfassend eine erste Rolle (4) mit einer ersten Drehachse (5) und mindestens eine zu der ersten Rolle (4) gegenüberliegend angeordnete zweite Rolle (6) mit einer zu der ersten Drehachse (5) parallelen zweiten Drehachse (7); wobei die erste Rolle (4) eine durchgehend zylindrische erste Abstützfläche (8) zur Kontaktierung einer durch einen ersten Spalt (9) zwischen den Rollen (4, 6) hindurch führbare Elektrodenfolie (3) aufweist; wobei die mindestens eine zweite Rolle (6) eine Schneidkontur (10) aufweist, durch die mindestens eine Schnittlinie (11) in die, durch den ersten Spalt (9) bei rotierenden Rollen (4, 6) hindurchgeführte Elektrodenfolie (3) einbringbar ist; wobei die zweite Rolle (6) eine die Schneidkontur (10) umgebende zweite Abstützfläche (12) zur Kontaktierung der durch den ersten Spalt (9) führbaren Elektrodenfolie (3) aufweist. Verfahren zur Herstellung von Elektrodenblättern (2) aus einer Elektrodenfolie (3).

Description

Beschreibung
Schneidvorrichtung und Verfahren zur Herstellung von Elektrodenblättern aus einer Elektrodenfolie
Die Erfindung betrifft eine Schneidvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Elektrodenblättern aus einer Elektrodenfolie. Die Elektrodenblätter werden insbesondere in einer Batteriezelle, bevorzugt einer Sekundärbatteriezelle eingesetzt.
Für den Antrieb von Kraftfahrzeugen werden vermehrt Batterien, insbesondere Lithium-Ionen- Batterien eingesetzt. Batterien werden üblicherweise aus Zellen zusammengesetzt, wobei jede Zelle einen Stapel von Elektrodenblättern, nämlich Anoden-, Kathoden- und Separator- Blätter, aufweist. Zumindest ein Teil der Anoden- und Kathodenblätter sind als Stromableiter ausgeführt, zur Ableitung des von der Zelle bereitgestellten Stroms hin zu einem außerhalb der Zelle angeordneten Verbraucher.
Bei der Herstellung einer Lithium-Ionen-Batteriezelle wird ein sogenanntes Trägermaterial, insbesondere ein bandförmiges Trägermaterial, z. B. eine Trägerfolie, bevorzugt beidseitig mit zumindest einem Aktivmaterial beschichtet. Die Trägerfolie bildet einen Stromableiter der Batteriezelle. Das beschichtete Trägermaterial bildet eine Elektrodenfolie. Die Elektrodenfolie ist dabei ein Endlosmaterial, dass durch Schneidprozesse in Elektrodenblätter zerteilt werden kann. Diese Elektrodenblätter können in Batteriezellen eingesetzt werden.
Üblicherweise wird beim Schneiden von Lithium-Ionen-Batterieelektroden das Scherprinzip genutzt, bei dem ein oberes Schneidmesser mit einem unteren Schneidmesser in Kontakt ist. Dies führt zu einer hohen Reibung und damit zu einem schnelleren Werkzeugverschleiß. Das Schlitzen (auch als „slitting“ bezeichnet; Schnittlinie verläuft parallel zur Förderrichtung; aus der Elektrodenfolie werden mehrere Elektrodenfolien mit verringerter Breite hergestellt) mit hohen Geschwindigkeiten vergrößert dieses Problem. Deshalb ist derzeit die Schlitzgeschwindigkeit auf maximal 120 m/min begrenzt. Der Schlitzvorgang wird z. B. durch obere und untere kreisförmige Messer aus Wolframkarbid ausgeführt. Diese Messer müssen etwa nach 200 km Schnittlinienlänge nachgeschliffen werden. Durch das Nachschleifen der Messer entstehen oft hohe Betriebskosten. Das Ausklinken (auch als „notching“ bezeichnet; also die Herstellung von Ableiterfähnchen, die als unbeschichtete Bestandteile der Trägerfolie seitlich von dem beschichteten Teil des Elektrodenblatts abstehen) und die Elektrodenabtrennung (auch als „separation“ bezeichnet; also das Herstellen von Elektrodenblättern aus der Elektrodenfolie) werden als separate Arbeitsgänge nach dem Schneiden durchgeführt. Diese Arbeitsgänge erfolgen entweder mechanisch oder per Laser. Aufgrund der separaten Maschinen für das Schlitzen und Ausklinken bzw. Abtrennen ist eine höhere Investition und Stellfläche erforderlich.
Das Laserausklinken ist ein energieintensiver Prozess (ca. 6 kW Leistungsbedarf der Anlage) und erzeugt eine Wärmeeinflusszone. Der Laserprozess ist ineffizient, da die meisten der konzentrierten Lichtstrahlen von der Kupferoberfläche der Elektrodenfolie reflektiert werden. Man benötigt insbesondere einen speziellen grünen Laser, um eine bessere Lichtadsorption durch Kupfer zu erreichen. Dieser Lasertyp ist teuer und erlaubt keine höheren Geschwindigkeiten als 80 m/min.
Mechanisches Ausklinken hat einen hohen Werkzeugverschleiß. Außerdem muss der Vorschub des Elektrodenfoliencoils in regelmäßigen Abständen angehalten werden, um den Prozessschritt auszuführen. Dies führt zu reduzierten Ausklinkgeschwindigkeiten.
Die Bewegung der Elektrodenfolie in z-Richtung (Dickenrichtung der Elektrodenfolie, quer zur Förderrichtung) während des Schlitzvorganges verursacht Wellen an der Schlitzkante. Es ist nicht möglich, diese Welligkeit zu kontrollieren, da es kein Gegenwerkzeug gibt.
Die Bewegung der Elektrodenfolie in y-Richtung (Breitenrichtung, quer zur Förderrichtung und zur Dickenrichtung) ist nicht eingeschränkt. Dies führt zu einer Welligkeit in y-Richtung.
Durch das Fehlen einer Gegenkraft beim Schlitzen und dem mechanischen Ausklinken kommt es zur Gratbildung.
Sowohl das Schlitzen als auch das Ausklinken sind die größten Partikelquellen im Elektrodenherstellungsprozess. Für beide Vorgänge muss eine Bahnflächen-, Kanten- und Werkzeugreinigungsanlage installiert werden, was zu doppelten Kosten führt.
Aus der EP 2 648 264 B1 ist eine Vorrichtung zum Schneiden einer Elektrodenfolie bekannt. Die Vorrichtung umfasst ein Messer, dass infolge einer quer zur Oberfläche der Elektrodenfolie gerichteten Bewegung die Elektrodenfolie durchtrennt. Aus der JP 3619618 B2 und der KR 101211804 B1 ist jeweils eine Schneidvorrichtung für Elektrodenfolien bekannt. Dabei wird ein Endlosmaterial einer Elektrodenfolie durch zwei Rollen geführt, die kreisförmige Schneiden aufweisen. Die kreisförmigen Schneiden wirken zum Durchführen einer Schnittlinie zusammen, so dass die Elektrodenfolie in schmalere Bänder aufgeteilt werden kann.
Aus der KR 2006-0080092 A ist eine Schneidvorrichtung für Elektrodenfolien bekannt. Die Elektrodenfolie wird durch ein Rollenpaar geführt, wobei die eine Rolle zylindrisch ausgeführt ist und als Abstützfläche für die Elektrodenfolie dient. Die andere Rolle weist eine Schneidkontur auf und Abstandhalter. Über die Abstandhalter wird der Abstand der Rollen zueinander fixiert. Die Schneidkontur erzeugt längs und quer zur Förderrichtung verlaufende Schnittlinien an der Elektrodenfolie. Die Schneidkontur kontaktiert nicht die Abstützfläche der gegenüberliegenden Rolle.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik angeführten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere soll eine Schneidvorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von Elektrodenblättern aus einer Elektrodenfolie vorgeschlagen werden, durch die bzw. das eine hohe Effektivität des Herstellungsprozesses bei gleichzeitig geringen Kosten und hoher Produktqualität erreicht werden.
Zur Lösung dieser Aufgaben trägt eine Schneidvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 sowie ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 10 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.
Es wird eine Schneidvorrichtung zur Herstellung von Elektrodenblättern aus einer Elektrodenfolie vorgeschlagen. Die Schneidvorrichtung umfasst zumindest eine erste Rolle mit einer ersten Drehachse und mindestens eine zu der ersten Rolle gegenüberliegend angeordnete zweite Rolle mit einer zu der ersten Drehachse parallelen zweiten Drehachse. Die erste Rolle weist eine durchgehend zylindrische erste Abstützfläche zur Kontaktierung einer durch einen ersten Spalt zwischen den Rollen hindurch führbaren Elektrodenfolie auf. Die mindestens eine zweite Rolle weist eine Schneidkontur auf, durch die mindestens eine Schnittlinie in die, durch den ersten Spalt bei rotierenden Rollen hindurchgeführte Elektrodenfolie einbringbar ist. Die zweite Rolle weist eine die Schneidkontur umgebende zweite Abstützfläche zur Kontaktierung der durch den ersten Spalt führbaren Elektrodenfolie auf, wobei die zweite Abstützfläche zumindest gegenüber einer quer zur zweiten Drehachse verlaufenden radialen Richtung elastisch verformbar ist.
Die Schneidvorrichtung dient insbesondere der Bearbeitung einer beschichteten Elektrodenfolie. Die Beschichtung umfasst zumindest ein Aktivmaterial zur Speicherung von Ionen, insbesondere von Lithiumionen.
Die Beschichtung auf der Elektrodenfolie kann einseitig oder beidseitig ausgeführt sein. Insbesondere weist die Beschichtung eine Dicke von mindestens 5 pm [Mikrometer], insbesondere zwischen 5 pm und 40 pm, bevorzugt zwischen 8 pm und 25 pm, besonders bevorzugt höchstens 40 pm oder sogar höchstens 25 pm auf.
Die Elektrodenfolie wird der Schneidvorrichtung insbesondere als Endlosmaterial zugeführt. Die Elektrodenfolie wird entlang einer Förderrichtung durch die Schneidvorrichtung hindurch geführt. Die Förderrichtung verläuft insbesondere quer zu den Drehachsen der Rollen und durch den ersten Spalt zwischen den Rollen hindurch.
Mit der Schneidvorrichtung werden aus dem Endlosmaterial eine Mehrzahl von Elektrodenblättern hergestellt. Ein mit der Schneidvorrichtung hergestelltes Elektrodenblatt weist insbesondere eine Geometrie auf, die für den Einsatz in einer Batteriezelle vorgesehen und geeignet ausgeführt ist.
Die Beschichtung ist entlang der Förderrichtung insbesondere durchgehend, bevorzugt beidseitig, auf dem Trägermaterial der Elektrodenfolie angeordnet. An den Seiten der als Endlosmaterial ausgeführten Elektrodenfolie können unbeschichtete Bereiche, ggf. auch durchgehend entlang der Förderrichtung, vorgesehen sein. Diese unbeschichteten Bereiche können die Ableiterfähnchen der Elektrodenblätter ausbilden.
Eine Breite des ersten Spalts ist insbesondere so ausgeführt, dass sie größer ist als die Erstreckung der Elektrodenfolie. Die Höhe des ersten Spalts ist auf die Elektrodenfolie abgestimmt.
Insbesondere ist die Schneidkontur stets beabstandet zu der ersten Abstützfläche angeordnet. Die zweite Rolle mit der Schneidkontur ist insbesondere so relativ zur ersten Rolle angeordnet, dass die Schneidkontur zu keinem Zeitpunkt während des Betriebs der Schneidvorrichtung, also bei rotierenden Rollen, die (nicht elastisch verformbare) erste Abstützfläche der ersten Rolle kontaktiert. Insbesondere erstreckt sich die Schneidkontur aber so weit durch den ersten Spalt und hin zur ersten Rolle, dass zumindest das Trägermaterial der Elektrodenfolie vollständig durchtrennt wird. Insbesondere weist die Schneidkontur einen minimalen Abstand zur ersten Abstützfläche von mindestens 5 pm, insbesondere von mindestens 10 pm, bevorzugt von höchstens 40 pm, besonders bevorzugt von höchstens 25 pm oder sogar von höchstens 15 pm, auf.
Die zweite Rolle weist eine die Schneidkontur umgebende zweite Abstützfläche auf. Diese zweite Abstützfläche ist entlang der radialen Richtung elastisch verformbar. Die unverformte zweite Abstützfläche erstreckt sich entlang der radialen Richtung insbesondere so weit nach außen, dass die Verformung der zweiten Abstützfläche durch die im ersten Spalt angeordnete Elektrodenfolie erfolgt. Die zweite Abstützfläche wird im Bereich des ersten Spalts durch die Elektrodenfolie hin zur zweiten Drehachse verdrängt.
Außerhalb des ersten Spalts, z. B. entlang einer Umfangsrichtung um die zweite Drehachse, in Bereichen, in denen die Elektrodenfolie die zweite Abstützfläche nicht kontaktiert, liegt die zweite Abstützfläche insbesondere unverformt vor.
Infolge der Verformung der zweiten Abstützfläche erstreckt sich die Schneidvorrichtung in der radialen Richtung über die zweite Abstützfläche hinaus und kann so die mindestens eine Schnittlinie in der Elektrodenfolie erzeugen.
Insbesondere erstreckt sich die unverformte zweite Abstützfläche in der radialen Richtung mindestens so weit wie die Schneidkontur oder sogar über die Schneidkontur hinaus.
Insbesondere ist die erste Abstützfläche zumindest gegenüber der radialen Richtung elastisch verformbar. Die erste Abstützfläche kann aus einem gleichartigen elastisch verformbaren Material wie die zweite Abstützfläche oder aus einem anders ausgeführten elastisch verformbaren Material ausgeführt sein. Die unverformte erste Abstützfläche erstreckt sich entlang der radialen Richtung insbesondere so weit nach außen, dass die Verformung der ersten Abstützfläche durch die im ersten Spalt angeordnete Elektrodenfolie erfolgt. Die erste Abstützfläche wird im Bereich des ersten Spalts durch die Elektrodenfolie hin zur ersten Drehachse verdrängt. Eine elastisch verformbare Abstützfläche ermöglicht insbesondere, dass eine Beschichtung der Elektrodenfolie während der Schneidprozesse außerhalb der Schnittlinien unbeschädigt bleibt. Über die elastisch verformbare Abstützfläche kann eine von den Rollen auf die Elektrodenfolie wirkende Druckkraft möglichst genau eingestellt werden, wobei Toleranzen, z. B. der Elektrodenfolie bzw. der Dicke der Beschichtung, einfach ausgeglichen werden können. Gleichzeitig kann über zumindest eine angetriebene Rolle eine in der Förderrichtung auf die Elektrodenfolie wirkende Förderkraft gleichmäßig übertragen werden.
Insbesondere kann bei einer elastisch verformbaren ersten Abstützfläche die Schneidvorrichtung so ausgeführt sein, dass die Elektrodenfolie durch die Schneidkontur vollständig durchtrennt wird. Dabei erstreckt sich dann die Schneidkontur durch die Elektrodenfolie hindurch und dringt in das elastisch verformbare Material der ersten Abstützfläche ein. In diesem Fall ist die Schneidkontur also insbesondere nicht beabstandet zu der ersten Abstützfläche angeordnet.
Über die Einstellung einer Andruckkraft zwischen erster Rolle und zweiter Rolle oder durch die Auswahl des elastisch verformbaren Materials (z. B. der elastisch verformbaren zweiten Abstützfläche und ggf. zusätzlich der ersten Abstützfläche) kann die Schnitttiefe bzw. die Projektion der Schneidkontur aus der zweiten Abstützfläche heraus eingestellt werden.
Insbesondere umfasst die Schneidvorrichtung zumindest eine Mehrzahl von zweiten Rollen, wobei jede zweite Rolle eine voneinander unterschiedliche Schneidkontur aufweist, durch die jeweils eine andere Schnittlinie in die Elektrodenfolie einbringbar ist. Die zweiten Rollen sind entlang einer Förderrichtung der Elektrodenfolie und damit in einer Umfangsrichtung beabstandet voneinander angeordnet und bilden mit der einen ersten Rolle den jeweiligen ersten Spalt aus.
Hier wird die Elektrodenfolie insbesondere zumindest teilweise um die erste Rolle herumgeführt. Die Elektrodenfolie kontaktiert die erste Rolle also nicht nur im Bereich eines einzigen ersten Spalts, sondern zumindest auch im Bereich eines zweiten ersten Spalts, ggf. auch über einen Winkelbereich der ersten Abstützfläche der ersten Rolle, der sich zwischen den mindestens zwei ersten Spalten erstreckt.
Insbesondere ist zumindest zwischen zwei zweiten Rollen, bevorzugt zwischen jeweils zwei zweiten Rollen, eine schneidkonturfreie dritte Rolle mit einer zu den zweiten Drehachsen parallelen dritte Drehachse angeordnet. Die dritte Rolle weist eine dritte Abstützfläche zur Kontaktierung einer durch einen zweiten Spalt zwischen der dritten Rolle und der ersten Rolle hindurch führbaren Elektrodenfolie auf.
Insbesondere dient die mindestens eine dritte Rolle dazu, die Elektrodenfolie gegen die erste Rolle zu drücken und eine Zugspannung in dem Abschnitt der Elektrodenfolie zu erzeugen, die sich entlang der Förderrichtung (unmittelbar) vor dem zweiten Spalt bzw. der dritten Rolle befindet.
Insbesondere sind mehrere Paare von jeweils einer ersten Rolle und einer zweiten Rolle entlang der Förderrichtung hintereinander angeordnet, wobei durch jedes Paar vorbestimmte Schnittlinien in die Elektrodenfolie eingebracht werden.
Die Schnittlinien sind insbesondere unterschiedlichen Schnittliniengruppen zugeordnet. Eine erste Gruppe von Schnittlinien kann z. B. ausschließlich einem Schlitzen (auch als „slitting“ bezeichnet; Schnittlinie verläuft parallel zur Förderrichtung und erstreckt sich insbesondere kontinuierlich; aus der Elektrodenfolie werden mehrere Elektrodenfolien mit verringerter Breite hergestellt) zugeordnet sein.
Eine zweite Gruppe von Schnittlinie kann z. B. ausschließlich einem Ausklinken (auch als „notching“ bezeichnet; also die Herstellung von Ableiterfähnchen, die als unbeschichtete Bestandteile der Trägerfolie seitlich von dem beschichteten Teil des Elektrodenblatts abstehen) zugeordnet sein. Diese Schnittlinien können zumindest teilweise quer zur Förderrichtung und zumindest teilweise parallel zur Förderrichtung verlaufen. Die so erzeugten Ableiterfähnchen sind entlang der Förderrichtung voneinander beabstandet an der (als Endlosmaterial vorliegenden) Elektrodenfolie angeordnet. Die entlang der Förderrichtung zwischen den Ableiterfähnchen vorliegenden, insbesondere unbeschichteten, Bereiche der Elektrodenfolie werden infolge dieser Schnittlinien abgetrennt und abgeführt (und insbesondere nicht als Elektrodenblatt verwendet).
Eine dritte Gruppe von Schnittlinien kann z. B. ausschließlich einer Elektrodenabtrennung bzw. einer Separierung (auch als „separation“ bezeichnet; also das Herstellen von Elektrodenblättern aus der Elektrodenfolie) zugeordnet sein. Diese Schnittlinien verlaufen insbesondere (zumindest teilweise) quer zur Förderrichtung bzw. parallel zu den Drehachsen, wobei infolge der Schnittlinien aus dem Endlosmaterial der Elektrodenfolie einzelne Elektrodenblätter erzeugt werden. Insbesondere erzeugt die Schneidkontur zumindest eine parallel zu den Drehachsen (der ersten Drehachse, der mindestens einen zweiten Drehachse, ggf. einer dritten Drehachse) verlaufende Schnittlinie, durch die die Elektrodenfolie in voneinander getrennte Elektrodenblätter zerteilbar ist.
Insbesondere erfolgt mit mindestens einem Rollenpaar (aus einer ersten Rolle und einer zweiten Rolle) ein Schlitzen entlang der Förderrichtung stets vor einem anderen Rollenpaar, das eine Schneidkontur zum Ausklinken und/oder Separieren aufweist.
Insbesondere erfolgt mit mindestens einem Rollenpaar ein Ausklinken und/oder ein Schlitzen entlang der Förderrichtung stets vor einem anderen Rollenpaar, das eine Schneidkontur zum Separieren aufweist.
Insbesondere ist jedes Rollenpaar bzw. jeweils eine zweite Rolle nur einer Gruppe von Schnittlinien zugeordnet. Insbesondere ist jedes Rollenpaar bzw. jeweils eine zweite Rolle genau zwei Gruppen von Schnittlinien zugeordnet. Bevorzugt ist nur ein Rollenpaar vorgesehen, durch das alle Gruppen von Schnittlinien und insbesondere auch alle zur Herstellung der Elektrodenblätter erforderlichen Schnittlinien erzeugt werden.
Die Elektrodenblätter weisen insbesondere eine für die Anordnung in Batteriezellen vorgesehene Geometrie auf.
Insbesondere ist die Schneidkontur von der zweiten Rolle untrennbar, also einstückig mit der zweiten Rolle, ausgeführt.
Insbesondere ist die Schneidkontur von der zweiten Rolle trennbar ausgeführt. Damit kann ein verschleißabhängiger Wechsel der Schneidkontur in einfacher Weise erfolgen.
Insbesondere ist die Schneidkontur zumindest durch eine magnetische Kraft auf der zweiten Rolle fixierbar.
Insbesondere weist ein, zumindest eine der Abstützflächen bildendes Material eine derartige Textur auf, dass bei elastischer Verformung des Materials eine von der jeweiligen Schnittlinie wegweisende Kraft von dem Material auf die Elektrodenfolie einwirkt. Die Textur kann z. B. spiralförmig ausgeführt sein, sich also spiralförmig um die Drehachse der jeweiligen Rolle erstrecken. Die elastische Verformbarkeit des die Abstützfläche bildenden Materials ermöglicht insbesondere, dass die durch die Schnittlinie getrennten Bereiche der Elektrodenfolie infolge der Verdrängung des elastisch verformten Materials mit verlagert werden, so dass die Schneidwirkung der Schneidkontur unterstützt wird. Mit einer Textur des Materials kann dieser Effekt noch verstärkt werden.
Das elastisch verformbare Material umfasst insbesondere ein Polymer, bevorzugt Polyurethan. Das Material kann als Beschichtung auf der jeweiligen Rolle ausgeführt sein.
Die Rolle ist ansonsten insbesondere aus einem Stahl, insbesondere chrombeschichtet, ausgeführt.
Die Schneidkontur umfasst insbesondere einen allgemein bekannten Hartmetallwerkstoff, bevorzugt Wolframkarbid.
Die Schneidvorrichtung kann insbesondere in einer Vorrichtung zum Kalandrieren angeordnet sein. Bei einem Kalandrieren wird das beschichtete Trägermaterial durch eine Walzenanordnung geführt, die ggf. temperiert sind und damit das beschichtete Trägermaterial erwärmen können. Über die Walzen wird die Beschichtung verdichtet. Es erfolgt üblicherweise eine Erhöhung einer Dichte der Beschichtung von mindestens 20 %. Insbesondere kann dabei die mindestens eine erste Rolle als Kalandrierwalze ausgeführt sein.
Bevorzugt ist die Schneidvorrichtung zur Bearbeitung von fertig beschichteten und fertig verdichteten Elektrodenfolien vorgesehen. Die Schneidvorrichtung stellt insbesondere den letzten Verfahrensschritt zur Bearbeitung der Elektrodenfolie dar, durch den die einzelnen Elektrodenblätter dann bereitgestellt werden. Ggf. kann die Schneidvorrichtung aber auch mit bekannten Schneidvorrichtungen kombiniert werden.
Infolge der Zusammenfassung mehrerer Gruppen von Schnittlinien kann eine erhöhte Genauigkeit des Schnittmaßes erreicht werden, da keine erneute Positionierung der Elektrodenfolie z. B. zwischen dem Schlitzen und dem Ausklinken erfolgt.
Eine Welligkeit im Bereich nahe der Schnittlinien kann durch eine von dem elastisch verformbaren Material der Abstützflächen induzierte Querzugspannung verringert oder sogar verhindert werden. Eine Gratbildung an den Schnittlinien kann durch eine Induzierung einer Druckspannung auf die Elektrodenfolie durch die Rollen verringert oder verhindert werden.
Die Schneidvorrichtung kann leicht mit einer Laminierung zur Herstellung von Monozellen, bei denen eine Anode oder eine Kathode direkt mit einem Separatormaterial laminiert ist, zusammengefasst werden. Anstatt dass die hergestellten Elektrodenblätter in einem Magazin gestapelt und gesammelt werden, kann jedes einzelne Elektrodenblatt direkt zum Laminierprozess zum Auftrag des Separatormaterials transportiert werden.
Ein Transport der Elektrodenfolie zwischen dem Schritten Schlitzen, Ausklinken und Elektrodenabtrennung ist nicht notwendig. Auch die Zwischenlagerung und Verpackung entfällt. Die Schneidvorrichtung kann auch in die Kalandrierung integriert werden, wobei die Kalandrierwalze als erste Rolle dienen kann.
Es wird weiter ein Verfahren zur Herstellung von einer Mehrzahl von Elektrodenblättern aus einer Elektrodenfolie mit einer Schneidvorrichtung, insbesondere mit der beschriebenen Schneidvorrichtung, vorgeschlagen. Die Schneidvorrichtung umfasst zumindest eine erste Rolle mit einer ersten Drehachse und mindestens eine zu der ersten Rolle gegenüberliegend angeordnete zweite Rolle mit einer zu der ersten Drehachse parallelen zweiten Drehachse. Die erste Rolle weist eine durchgehend zylindrische erste Abstützfläche zur Kontaktierung einer durch einen ersten Spalt zwischen den Rollen hindurch führbaren Elektrodenfolie auf. Die mindestens eine zweite Rolle weist eine Schneidkontur auf, durch die mindestens eine Schnittlinie in die, durch den ersten Spalt bei rotierenden Rollen hindurchgeführte Elektrodenfolie einbringbar ist. Die zweite Rolle weist eine die Schneidkontur umgebende zweite Abstützfläche zur Kontaktierung der durch den ersten Spalt führbaren Elektrodenfolie auf. Entweder ist die zweite Abstützfläche zumindest gegenüber einer quer zur zweiten Drehachse verlaufenden radialen Richtung elastisch verformbar oder eine elastisch verformbare Stützfolie wird zusammen mit der Elektrodenfolie durch den ersten Spalt hindurch geführt wird. Das Verfahren umfasst zumindest folgende Schritte: a) Bereitstellen der Schneidvorrichtung; b) Bereitstellen zumindest der Elektrodenfolie oder zusätzlich der Stützfolie; c) Fördern zumindest der Elektrodenfolie oder zusätzlich der Stützfolie durch die rotierenden Rollen der Schneidvorrichtung entlang einer Förderrichtung und dabei Einbringen der Schnittlinien in die Elektrodenfolie durch mindestens eine Schneidkontur, wobei die Schneidkontur zumindest eine parallel zu den Drehachsen verlaufende Schnittlinie erzeugt, durch die die Elektrodenfolie in voneinander getrennte Elektrodenblätter zerteilbar ist, so dass die Mehrzahl von Elektrodenblättern hergestellt wird.
Die Schneidvorrichtung umfasst
• nur eine erste Rolle und nur eine zweite Rolle oder
• nur eine erste Rolle und eine Mehrzahl von zweiten Rollen oder
• eine Mehrzahl von ersten Rollen und eine Mehrzahl von zweiten Rollen.
Die Stützfolie dient insbesondere ausschließlich zur Vermeidung einer Kontaktierung der Schneidkontur mit der, insbesondere nicht elastisch verformbaren, ersten Abstützfläche. Damit ist die Stützfolie insbesondere nur zwischen erster Rolle und zweiter Rolle einzusetzen. Ggf. kann die Elektrodenfolie danach alleine weitergefördert werden.
Die Schneidvorrichtung entspricht also der beschriebenen Schneidvorrichtung, wobei die elastisch verformbare zweite Abstützfläche bei dem vorgeschlagenen Verfahren bzw. bei der dabei eingesetzten Schneidvorrichtung nicht zwingend realisiert sein muss. Deren Funktion kann durch die elastisch verformbare Stützfolie erfüllt werden.
Die Stützfolie ist insbesondere zwischen Elektrodenfolie und erster Rolle angeordnet, so dass sich die mindestens eine Schneidkontur durch die Elektrodenfolie und bis in die Stützfolie erstrecken kann.
Insbesondere kann bei einer elastisch verformbaren Stützfolie die Schneidvorrichtung so ausgeführt sein, dass die Elektrodenfolie durch die Schneidkontur vollständig durchtrennt wird. Dabei erstreckt sich dann die Schneidkontur durch die Elektrodenfolie hindurch und dringt in das elastisch verformbare Material der Stützfolie ein. Die Schneidkontur ist dabei stets beabstandet zu der ersten Abstützfläche angeordnet.
Über die Einstellung einer Andruckkraft zwischen erster Rolle und zweiter Rolle oder durch die Auswahl des elastisch verformbaren Materials der Stützfolie kann die Schnitttiefe bzw. die Projektion der Schneidkontur aus der Elektrodenfolie heraus und in die Stützfolie hinein eingestellt werden.
Es wird weiter eine Batteriezelle vorgeschlagen, zumindest umfassend ein Gehäuse und darin angeordnet mindestens ein Elektrodenblatt, das durch das beschriebene Verfahren hergestellt ist. Die Batteriezelle umfasst insbesondere ein, ein Volumen umschließendes Gehäuse und in dem Volumen angeordnet mindestens ein erstes Elektrodenblatt einer ersten Elektrodenart, ein zweites Elektrodenblatt einer zweiten Elektrodenart und ein dazwischen angeordnetes Separatormaterial sowie einen Elektrolyt.
Die Batteriezelle ist insbesondere eine Pouchzelle (mit einem verformbaren Gehäuse bestehend aus einer Pouchfolie) oder eine prismatische Zelle (mit einem formfesten Gehäuse). Eine Pouchfolie ist ein bekanntes verformbares Gehäuseteil, dass als Gehäuse für sogenannte Pouchzellen eingesetzt wird. Es handelt sich dabei um ein Kompositmaterial, z. B. umfassend einen Kunststoff und Aluminium.
Die Batteriezelle ist insbesondere eine Lithium-Ionen-Batteriezelle.
Die einzelnen Blätter der Mehrzahl von Elektrodenblättern sind aufeinander angeordnet und bilden insbesondere einen Stapel. Die Elektrodenblätter sind jeweils unterschiedlichen Elektrodenarten zugeordnet, sind also als eine Anode oder eine Kathode ausgeführt. Dabei sind Anoden und Kathoden wechselweise und jeweils durch das Separatormaterial getrennt voneinander angeordnet.
Eine Batteriezelle ist ein Stromspeicher, der z. B. in einem Kraftfahrzeug zum Speichern von elektrischer Energie eingesetzt wird. Insbesondere weist z. B. ein Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeuges (einen Traktionsantrieb) auf, wobei die elektrische Maschine durch die in der Batteriezelle gespeicherte elektrische Energie antreibbar ist.
Es wird weiter ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, zumindest umfassend einen Traktionsantrieb und eine Batterie mit mindestens einer der beschriebenen Batteriezellen, wobei der Traktionsantrieb durch die mindestens eine Batteriezelle mit Energie versorgbar ist.
Das Verfahren ist insbesondere durch ein Steuergerät, das zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens ausgestattet, konfiguriert oder programmiert ist, durchführbar. Mit dem Steuergerät kann zumindest
• eine Geschwindigkeit der Elektrodenfolie und ggf. zusätzlich der Stützfolie entlang der Förderrichtung gegenüber den Rollen; oder
• eine Drehgeschwindigkeit mindestens einer angetriebenen Rolle geregelt werden. Weiter kann das Verfahren auch von einem Computer bzw. mit einem Prozessor einer Steuereinheit ausgeführt werden.
Es wird demnach auch ein System zur Datenverarbeitung vorgeschlagen, das einen Prozessor umfasst, der so angepasst/konfiguriert ist, dass er das Verfahren bzw. einen Teil der Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens durchführt.
Es kann ein computerlesbares Speichermedium vorgesehen sein, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch einen Computer/Prozessor diesen veranlassen, das Verfahren bzw. mindestens einen Teil der Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens auszuführen.
Die Ausführungen zu der Schneidvorrichtung sind insbesondere auf das Verfahren, die Batteriezelle, das Kraftfahrzeug, das Steuergerät sowie auf das computerimplementierte Verfahren (also den Computer bzw. den Prozessor, das System zur Datenverarbeitung, das computerlesbare Speichermedium) übertragbar und umgekehrt.
Die Verwendung unbestimmter Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und der diese wiedergebenden Beschreibung, ist als solche und nicht als Zahlwort zu verstehen. Entsprechend damit eingeführte Begriffe bzw. Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und insbesondere aber auch mehrfach vorhanden sein können.
Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann („mindestens ein“), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.
Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen:
Fig. 1 : ein Verfahren zur Herstellung von Elektrodenblättern aus einer Elektrodenfolie;
Fig. 2: eine erste Ausführungsvariante einer Schneidvorrichtung in einer Seitenansicht;
Fig. 3: die Schneidvorrichtung nach Fig. 2 in einer Ansicht entlang einer Förderrichtung;
Fig. 4: einen Ausschnitt der Fig. 3;
Fig. 5: eine zweite Ausführungsvariante einer Schneidvorrichtung in einer Seitenansicht;
Fig. 6: eine dritte Ausführungsvariante einer Schneidvorrichtung in einer Seitenansicht;
Fig. 7: eine vierte Ausführungsvariante einer Schneidvorrichtung in einer Seitenansicht;
Fig. 8: eine fünfte Ausführungsvariante einer Schneidvorrichtung in einer Seitenansicht;
Fig. 9: die Schneidvorrichtung nach Fig. 8 in einer Ansicht entlang einer Förderrichtung; und
Fig. 10: einen Ausschnitt der Fig. 9.
Die Fig. 1 zeigt ein Verfahren zur Herstellung von Elektroden blättern 2 aus einer Elektrodenfolie 3.
In der linken Darstellung liegt die Elektrodenfolie 3 als beschichtetes Endlosmaterial vor. Die Beschichtung 20 umfasst zumindest ein Aktivmaterial zur Speicherung von Ionen, insbesondere von Lithiumionen. Die Beschichtung 20 ist entlang der Förderrichtung 14 durchgehend auf dem Trägermaterial 25 der Elektrodenfolie 3 angeordnet. An den Seiten der als Endlosmaterial ausgeführten Elektrodenfolie 3 sind unbeschichtete Bereiche, durchgehend entlang der Förderrichtung 14, vorgesehen. Diese unbeschichteten Bereiche bilden die Ableiterfähnchen 21 der Elektrodenblätter 2 aus. In der mittleren Darstellung der Fig. 1 sind die Schnittlinien 11 einer ersten Gruppe 22 und einer zweiten Gruppe 23 angedeutet. Eine erste Gruppe 22 von Schnittlinien 11 ist ausschließlich einem Schlitzen (auch als „slitting“ bezeichnet; Schnittlinie 11 verläuft parallel zur Förderrichtung 14 und erstreckt sich kontinuierlich; aus der Elektrodenfolie 3 werden mehrere Elektrodenfolien 3 mit verringerter Breite hergestellt) zugeordnet. Eine zweite Gruppe 23 von Schnittlinie 11 ist ausschließlich einem Ausklinken (auch als „notching“ bezeichnet; also die Herstellung von Ableiterfähnchen 21, die als unbeschichtete Bestandteile der Elektrodenfolie 3 seitlich von dem beschichteten Teil der Elektrodenfolie 3 abstehen) zugeordnet. Diese Schnittlinien 11 verlaufen teilweise quer zur Förderrichtung 14 und teilweise parallel zur Förderrichtung 14. Die so erzeugten Ableiterfähnchen 21 sind entlang der Förderrichtung 14 voneinander beabstandet an der (als Endlosmaterial vorliegenden) Elektrodenfolie 3 angeordnet. Die entlang der Förderrichtung 14 zwischen den Ableiterfähnchen 21 vorliegenden unbeschichteten Bereiche der Elektrodenfolie 3 werden infolge dieser Schnittlinien 11 abgetrennt und abgeführt und nicht als Elektrodenblatt 2 verwendet.
In der rechten Darstellung der Fig. 1 sind die Schnittlinien 11 einer dritten Gruppe 24 angedeutet. Eine dritte Gruppe 24 von Schnittlinien 11 ist ausschließlich einer Elektrodenabtrennung bzw. einer Separierung (auch als „separation“ bezeichnet; also das Herstellen von Elektrodenblättern 2 aus der Elektrodenfolie 3) zugeordnet. Diese Schnittlinien 11 verlaufen ausschließlich quer zur Förderrichtung 14, wobei infolge der Schnittlinien 11 aus dem Endlosmaterial der Elektrodenfolie 3 einzelne Elektrodenblätter 2 erzeugt werden.
Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsvariante einer Schneidvorrichtung 1 in einer Seitenansicht. Fig. 3 zeigt die Schneidvorrichtung 1 nach Fig. 2 in einer Ansicht entlang einer Förderrichtung 14. Fig. 4 zeigt einen Ausschnitt der Fig. 3. Die Fig. 2 bis 4 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu der Fig. 1 wird verwiesen.
Die Schneidvorrichtung 1 umfasst eine erste Rolle 4 mit einer ersten Drehachse 5 und eine zu der ersten Rolle 4 gegenüberliegend angeordnete zweite Rolle 6 mit einer zu der ersten Drehachse 5 parallelen zweiten Drehachse 7. Die erste Rolle 4 weist eine durchgehend zylindrische erste Abstützfläche 8 zur Kontaktierung einer durch einen ersten Spalt 9 zwischen den Rollen 4, 6 hindurch geführten Elektrodenfolie 3 auf. Die zweite Rolle 6 weist eine Schneidkontur 10 auf, durch die Schnittlinien 11 in die, durch den ersten Spalt 9 bei rotierenden Rollen 4, 6 hindurchgeführte Elektrodenfolie 3 einbringbar sind. Die Schneidkontur 10 ist stets beabstandet zu der ersten Abstützfläche 8 angeordnet. Die zweite Rolle 6 weist eine die Schneidkontur 10 umgebende zweite Abstützfläche 12 zur Kontaktierung der durch den ersten Spalt 9 führbaren Elektrodenfolie 3 auf, wobei die zweite Abstützfläche 12 zumindest gegenüber einer quer zur zweiten Drehachse 7 verlaufenden radialen Richtung 13 elastisch verformbar ist.
Die Elektrodenfolie 3 wird der Schneidvorrichtung 1 als Endlosmaterial zugeführt. Die Elektrodenfolie 3 wird entlang einer Förderrichtung 14 durch die Schneidvorrichtung 1 hindurch geführt. Die Förderrichtung 14 verläuft quer zu den Drehachsen 5, 7 der Rollen 4, 6 und durch den ersten Spalt 9 zwischen den Rollen 4, 6 hindurch. Die Elektrodenfolie 3 wird in Förderrichtung 14 vor der Schneidvorrichtung 1 unter Zugspannung gehalten (siehe Pfeil links der Schneidvorrichtung 1 in Fig. 2). Die Schneidkontur 10 umfasst sämtliche Schnittlinien 11 der ersten Gruppe 22, der zweiten Gruppe 23 und der dritten Gruppe 24, so dass in Förderrichtung 14 nach der Schneidvorrichtung 1 vereinzelte Elektrodenblätter 2 vorliegen, die auf einer Fördereinrichtung 26 wegtransportiert werden.
Die zweite Rolle 6 ist mit der Schneidkontur 10 so relativ zur ersten Rolle 4 angeordnet, dass die Schneidkontur 10 zu keinem Zeitpunkt während des Betriebs der Schneidvorrichtung 1, also bei rotierenden Rollen 4, 6, die erste Abstützfläche 8 der ersten Rolle 4 kontaktiert. Dabei erstreckt sich die Schneidkontur 10 aber so weit durch den ersten Spalt 8 und hin zur ersten Rolle 4, dass zumindest das Trägermaterial 25 der Elektrodenfolie 3 vollständig durchtrennt wird.
Die zweite Rolle 6 weist eine die Schneidkontur 10 umgebende zweite Abstützfläche 12 auf. Diese zweite Abstützfläche 12 ist entlang der radialen Richtung 13 elastisch verformbar. Die unverformte zweite Abstützfläche 12 erstreckt sich entlang der radialen Richtung 13 so weit nach außen, dass die Verformung der zweiten Abstützfläche 12 durch die im ersten Spalt 9 angeordnete Elektrodenfolie 3 erfolgt. Die zweite Abstützfläche 12 wird im Bereich des ersten Spalts 9 durch die Elektrodenfolie 3 hin zur zweiten Drehachse 7 verdrängt.
Außerhalb des ersten Spalts 9, entlang einer Umfangsrichtung 15 um die zweite Drehachse 7, in Bereichen, in denen die Elektrodenfolie 3 die zweite Abstützfläche 12 nicht kontaktiert, liegt die zweite Abstützfläche 12 unverformt vor.
Infolge der Verformung der zweiten Abstützfläche 12 erstreckt sich die Schneidvorrichtung 1 in der radialen Richtung 13 über die zweite Abstützfläche 12 hinaus und kann so die Schnittlinien 11 in der Elektrodenfolie 3 erzeugen. Die unverformte zweite Abstützfläche 12 erstreckt sich in der radialen Richtung 13 über die Schneidkontur 10 hinaus.
Fig. 5 zeigt eine zweite Ausführungsvariante einer Schneidvorrichtung 1 in einer Seitenansicht. Auf die Ausführungen zu den Fig. 1 bis 4 wird verwiesen.
Im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante ist hier auch die erste Abstützfläche 8 der ersten Rolle 4 zumindest gegenüber der radialen Richtung 13 elastisch verformbar. Die unverformte erste Abstützfläche 8 erstreckt sich entlang der radialen Richtung 13 so weit nach außen, dass die Verformung der ersten Abstützfläche 8 durch die im ersten Spalt 9 angeordnete Elektrodenfolie 3 erfolgt. Die erste Abstützfläche 8 wird im Bereich des ersten Spalts 9 durch die Elektrodenfolie 3 hin zur ersten Drehachse 5 verdrängt.
Fig. 6 zeigt eine dritte Ausführungsvariante einer Schneidvorrichtung 1 in einer Seitenansicht. Auf die Ausführungen zu den Fig. 1 bis 5 wird verwiesen.
Die Schneidvorrichtung 1 gemäß der dritten Ausführungsvariante umfasst zwei Paare von jeweils einer ersten Rolle 4 und einer zweiten Rolle 6, die entlang der Förderrichtung 14 hintereinander angeordnet sind, wobei durch jedes Paar vorbestimmte Schnittlinien 11 in die Elektrodenfolie 3 eingebracht werden.
Mit einem Rollenpaar, bestehend aus einer ersten Rolle 4 und einer zweiten Rolle 6, erfolgt ein Schlitzen, also ein Einbringen von Schnittlinien 11 der ersten Gruppe 22, entlang der Förderrichtung 14 vor einem anderen Rollenpaar, das eine Schneidkontur 10 zum Ausklinken und Separieren, also zum Einbringen von Schnittlinien der zweiten Gruppe 23 und der dritten Gruppe 24, aufweist.
Fig. 7 zeigt eine vierte Ausführungsvariante einer Schneidvorrichtung 1 in einer Seitenansicht. Auf die Ausführungen zu Fig. 6 wird verwiesen.
Hier umfasst die Schneidvorrichtung 1 zwei zweite Rollen 6, wobei jede zweite Rolle 6 eine voneinander unterschiedliche Schneidkontur 10 aufweist, durch die jeweils eine andere Schnittlinie 11 in die Elektrodenfolie 3 einbringbar ist. Die zweiten Rollen 6 sind entlang einer Förderrichtung 14 der Elektrodenfolie 3 und damit in einer Umfangsrichtung 15 beabstandet voneinander angeordnet und bilden mit der einen ersten Rolle 4 den jeweiligen ersten Spalt 9 aus. Die Elektrodenfolie 3 wird zumindest teilweise um die erste Rolle 4 herumgeführt. Die Elektrodenfolie 3 kontaktiert die erste Rolle 4 also nicht nur im Bereich eines einzigen ersten Spalts 9, sondern zumindest auch im Bereich eines zweiten ersten Spalts 9, und zudem auch über einen Winkelbereich der ersten Abstützfläche 8 der ersten Rolle 4, der sich zwischen den zwei ersten Spalten 9 erstreckt.
Zwischen den zwei zweiten Rollen 6 ist eine schneidkonturfreie dritte Rolle 16 mit einer zu den Drehachsen 5, 7 parallelen dritten Drehachse 17 angeordnet. Die dritte Rolle 16 weist eine dritte Abstützfläche 18 zur Kontaktierung einer durch einen zweiten Spalt 19 zwischen der dritten Rolle 16 und der ersten Rolle 4 hindurch geführten Elektrodenfolie 3 auf.
Die dritte Rolle 16 dient dazu, die Elektrodenfolie 3 gegen die erste Rolle 4 zu drücken und eine Zugspannung in dem Abschnitt der Elektrodenfolie 3 zu erzeugen, der sich entlang der Förderrichtung 14 unmittelbar vor dem zweiten Spalt 19 bzw. der dritten Rolle 16 befindet.
Fig. 8 zeigt eine fünfte Ausführungsvariante einer Schneidvorrichtung 1 in einer Seitenansicht. Fig. 9 zeigt die Schneidvorrichtung 1 nach Fig. 8 in einer Ansicht entlang einer Förderrichtung 14. Fig. 10 zeigt einen Ausschnitt der Fig. 9. Die Fig. 8 bis 10 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Auf die Ausführungen zu den Fig. 2 bis 4 wird Bezug genommen.
Im Unterschied zur ersten Ausführungsvariante weist die hier eingesetzte Schneidvorrichtung 1 keine elastisch verformbare zweite Abstützfläche 12 auf, sondern es wird eine elastisch verformbare Stützfolie 27 zusammen mit der Elektrodenfolie 3 durch den ersten Spalt 9 hindurch geführt. Die Funktion der verformbaren zweiten Abstützflächen 12 wird bei der fünften Ausführungsvariante bzw. bei dem beschriebenen Verfahren durch die elastisch verformbare Stützfolie 27 erfüllt.
Die Stützfolie 27 dient zur Vermeidung einer Kontaktierung der Schneidkontur 10 mit der nicht elastisch verformbaren ersten Abstützfläche 8. Die Stützfolie 27 ist nur zwischen erster Rolle 4 und zweiter Rolle 6 einzusetzen, so dass die Elektrodenfolie 3 danach alleine weitergefördert werden kann.
Die Stützfolie 27 ist zwischen Elektrodenfolie 3 und erster Rolle 4 angeordnet, so dass sich die mindestens eine Schneidkontur 10 durch die Elektrodenfolie 3 und bis in die Stützfolie 27 hinein erstreckt. Bei einer elastisch verformbaren Stützfolie 27 ist die Schneidvorrichtung 1 so ausgeführt, dass die Elektrodenfolie 3 durch die Schneidkontur 10 vollständig durchtrennt wird. Dabei erstreckt sich dann die Schneidkontur 10 durch die Elektrodenfolie 3 hindurch und dringt in das elastisch verformbare Material der Stützfolie 27 ein. Die Schneidkontur 10 ist dabei stets beabstandet zu der ersten Abstützfläche 8 angeordnet.
Über die Einstellung einer Andruckkraft zwischen erster Rolle 4 und zweiter Rolle 6 oder durch die Auswahl des elastisch verformbaren Materials der Stützfolie 27 kann die Schnitttiefe bzw. die Projektion der Schneidkontur 10 aus der Elektrodenfolie 3 heraus und in die Stützfolie 27 hinein eingestellt werden.
Bezugszeichenliste Schneidvorrichtung Elektrodenblatt Elektrodenfolie erste Rolle erste Drehachse zweite Rolle zweite Drehachse erste Abstützfläche erster Spalt Schneidkontur Schnittlinie zweite Abstützfläche radiale Richtung Förderrichtung Umfangsrichtung dritte Rolle dritte Drehachse dritte Abstützfläche zweiter Spalt Beschichtung Ableiterfähnchen erste Gruppe zweite Gruppe dritte Gruppe Trägermaterial Fördereinrichtung Stützfolie

Claims

Patentansprüche Schneidvorrichtung (1) zur Herstellung von Elektrodenblättern (2) aus einer Elektrodenfolie (3), zumindest umfassend eine erste Rolle (4) mit einer ersten Drehachse (5) und mindestens eine zu der ersten Rolle (4) gegenüberliegend angeordnete zweite Rolle (6) mit einer zu der ersten Drehachse (5) parallelen zweiten Drehachse (7); wobei die erste Rolle (4) eine durchgehend zylindrische erste Abstützfläche (8) zur Kontaktierung einer durch einen ersten Spalt (9) zwischen den Rollen (4, 6) hindurch führbaren Elektrodenfolie (3) aufweist; wobei die mindestens eine zweite Rolle (6) eine Schneidkontur (10) aufweist, durch die mindestens eine Schnittlinie (11) in die, durch den ersten Spalt (9) bei rotierenden Rollen (4, 6) hindurchgeführte Elektrodenfolie (3) einbringbar ist; wobei die zweite Rolle (6) eine die Schneidkontur (10) umgebende zweite Abstützfläche (12) zur Kontaktierung der durch den ersten Spalt (9) führbaren Elektrodenfolie (3) aufweist, wobei die zweite Abstützfläche (12) zumindest gegenüber einer quer zur zweiten Drehachse (7) verlaufenden radialen Richtung (13) elastisch verformbar ist. Schneidvorrichtung (1) nach Patentanspruch 1 , wobei sich die unverformte zweite Abstützfläche (12) in der radialen Richtung (13) mindestens so weit wie die Schneidkontur (10) erstreckt. Schneidvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die erste Abstützfläche (8) zumindest gegenüber der radialen Richtung (13) elastisch verformbar ist. Schneidvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, zumindest umfassend eine Mehrzahl von zweiten Rollen (6), wobei jede zweite Rolle (6) eine voneinander unterschiedliche Schneidkontur (10) aufweist, durch die jeweils eine andere Schnittlinie (11) in die Elektrodenfolie (3) einbringbar ist, wobei die zweiten Rollen (6) entlang einer Förderrichtung (14) der Elektrodenfolie (3) und damit in einer Umfangsrichtung (15) beabstandet voneinander angeordnet sind und mit der einen ersten Rolle (4) den jeweiligen ersten Spalt (9) ausbilden. Schneidvorrichtung (1) nach Patentanspruch 4, wobei zumindest zwischen zwei zweiten Rollen (6) eine schneidkonturfreie dritte Rolle (16) mit einer zu den zweiten Drehachsen (7) parallelen dritte Drehachse (17) angeordnet ist, wobei die dritte Rolle (16) eine dritte Abstützfläche (18) zur Kontaktierung einer durch einen zweiten Spalt (19) zwischen der dritten Rolle (16) und der ersten Rolle (4) hindurch führbare Elektrodenfolie (3) aufweist. Schneidvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Schneidkontur (10) zumindest eine parallel zu den Drehachsen (5, 7, 17) verlaufende Schnittlinie (11) erzeugt, durch die die Elektrodenfolie (3) in voneinander getrennte Elektrodenblätter (2) zerteilbar ist. Schneidvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei die Schneidkontur (10) von der zweiten Rolle (6) trennbar ausgeführt ist. Schneidvorrichtung (1) nach Patentanspruch 7, wobei die Schneidkontur (10) zumindest durch eine magnetische Kraft auf der zweiten Rolle (6) fixierbar ist. Schneidvorrichtung (1) nach einem der vorhergehenden Patentansprüche, wobei ein zumindest eine der Abstützflächen (8, 12, 18) bildendes Material eine derartige Textur aufweist, dass bei elastischer Verformung des Materials eine von der jeweiligen Schnittlinie (11) wegweisende Kraft von dem Material auf die Elektrodenfolie (3) einwirkt. Verfahren zur Herstellung von einer Mehrzahl von Elektrodenblättern (2) aus einer Elektrodenfolie (3) mit einer Schneidvorrichtung (1), wobei die Schneidvorrichtung (1) zumindest eine erste Rolle (4) mit einer ersten Drehachse (5) und mindestens eine zu der ersten Rolle (4) gegenüberliegend angeordnete zweite Rolle (6) mit einer zu der ersten Drehachse (5) parallelen zweiten Drehachse (7) umfasst; wobei die erste Rolle (4) eine durchgehend zylindrische erste Abstützfläche (8) zur Kontaktierung einer durch einen ersten Spalt (9) zwischen den Rollen (4, 6) hindurch führbaren Elektrodenfolie (3) aufweist; wobei die mindestens eine zweite Rolle (6) eine Schneidkontur (10) aufweist, durch die mindestens eine Schnittlinie (11) in die, durch den ersten Spalt (9) bei rotierenden Rollen (4, 6) hindurchgeführte Elektrodenfolie (3) einbringbar ist; wobei die zweite Rolle (6) eine die Schneidkontur (10) umgebende zweite Abstützfläche (12) zur Kontaktierung der durch den ersten Spalt (9) führbaren Elektrodenfolie (3) aufweist; wobei die zweite Abstützfläche (12) zumindest gegenüber einer quer zur zweiten Drehachse (7) verlaufenden radialen Richtung (13) elastisch verformbar ist oder wobei zusammen mit der Elektrodenfolie (3) eine elastisch verformbare Stützfolie (27) durch den ersten Spalt (9) hindurch geführt wird , wobei das Verfahren zumindest folgende Schritte umfasst: a) Bereitstellen der Schneidvorrichtung (1); b) Bereitstellen zumindest der Elektrodenfolie (3) oder zusätzlich der Stützfolie (27); c) Fördern zumindest der Elektrodenfolie (3) oder zusätzlich der Stützfolie (27) durch die rotierenden Rollen (4, 6, 16) der Schneidvorrichtung (1) entlang einer Förderrichtung (14); und dabei Einbringen der Schnittlinien (11) in die Elektrodenfolie (3) durch mindestens eine Schneidkontur (10), wobei die Schneidkontur (10) zumindest eine parallel zu den Drehachsen (5, 7, 17) verlaufende Schnittlinie (11) erzeugt, durch die die Elektrodenfolie (3) in voneinander getrennte Elektrodenblätter (2) zerteilbar ist, so dass die Mehrzahl von Elektrodenblättern (2) hergestellt wird; wobei die Schneidvorrichtung (1)
• nur eine erste Rolle (4) und nur eine zweite Rolle (6) oder
• nur eine erste Rolle (4) und eine Mehrzahl von zweiten Rollen (6) oder
• eine Mehrzahl von ersten Rollen (4) und eine Mehrzahl von zweiten Rollen (6) umfasst.
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