EP4457879A1 - Verfahren zum herstellen einer elektrode für eine batteriezelle eines elektrischen energiespeichers, elektrode sowie erzeugungsvorrichtung - Google Patents

Verfahren zum herstellen einer elektrode für eine batteriezelle eines elektrischen energiespeichers, elektrode sowie erzeugungsvorrichtung

Info

Publication number
EP4457879A1
EP4457879A1 EP23805526.3A EP23805526A EP4457879A1 EP 4457879 A1 EP4457879 A1 EP 4457879A1 EP 23805526 A EP23805526 A EP 23805526A EP 4457879 A1 EP4457879 A1 EP 4457879A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
electrode
electrode powder
powder
substrate web
battery cell
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
EP23805526.3A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Malte Henrik Klein
Hendrik Dubbe
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.)
Mercedes Benz Group AG
Original Assignee
Mercedes Benz Group 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 Mercedes Benz Group AG filed Critical Mercedes Benz Group AG
Publication of EP4457879A1 publication Critical patent/EP4457879A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0419—Methods of deposition of the material involving spraying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • 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
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/72—Grids
    • H01M4/74—Meshes or woven material; Expanded metal
    • H01M4/747—Woven material
    • 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
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electrode for a battery cell of an electrical energy storage device by means of a production device.
  • the invention further relates to an electrode for a battery cell and a production device for producing an electrode for a battery cell.
  • Coating processes for battery cell electrodes are already known from the state of the art. This involves mixing a so-called slurry, which corresponds in particular to an active material, binder, additives and solvent. The slurry is then applied to a metallic substrate and the wet film is dried within a drying section, which is in particular designed as a continuous furnace. During the drying process, the solvent, for example water, is completely evaporated. This process is very energy-intensive.
  • US 10547044 B2 describes a method for producing dry electrodes for low-cost batteries by a dry mixing and molding process. Thermal activation makes the dry-produced electrode comparable to conventional electrodes cast from mud/slurry.
  • the dry electrode mixture results from a combination of several types of constituent particles, including at least one active charging material and a binder, and typically a conductive material such as carbon.
  • the method heats the deposited mixture to a moderate temperature to activate the binder so that the mixture adheres to the substrate and compresses the deposited mixture to a thickness to achieve sufficient electrical performance of the compressed, deposited mixture as a charging material in a battery.
  • EP 3213 361 relates to a method of forming a particle film on a substrate.
  • a series of corona guns staggered to optimize the uniformity of the layer thickness, are aligned on either side of a slowly moving grounded substrate.
  • the substrate is preferably slightly heated to stimulate the flow of the binder and passed through a series of hot rollers which further stimulate melting and improve the uniformity of the film.
  • the film is collected on a roll or can be combined in-situ and rolled into a single cell battery.
  • the invention also relates to products made by the methods of the invention, in particular batteries.
  • US 2013 017 340 A1 relates to a method and apparatus for producing lithium-ion batteries and battery cell components, and in particular to a system and method for producing such batteries and battery cell components using deposition processes that form three-dimensional porous structures.
  • a method includes texturing a conductive substrate by calendering the conductive substrate between opposing wire grid structures, forming a first layer of cathodically active material having a first porosity on the surface of the textured conductive substrate, and forming a second layer of cathodically active material having a second porosity on the first layer, the second porosity being greater than the first porosity.
  • the object of the present invention is to provide a method, an electrode and a production device by means of which an electrode can be produced in an improved manner.
  • One aspect of the invention relates to a method for producing an electrode for a battery cell of an electrical energy storage device by means of a production device.
  • An electrode powder is sprayed onto a metallic substrate web by means of a spray device of the production device and the electrode powder is pressed onto the substrate web by means of a stamp device of the production device.
  • this enables a drastic reduction in the use of materials compared to wet coating and also compared to continuous web coating, since unused active material can be fed directly back into the process.
  • a significant reduction in energy consumption can be achieved, since no evaporation of a solvent is necessary.
  • the proposed method aims to carry out the coating in a dry state.
  • the electrode powder which can also be referred to as active material, is first mixed with binder and additives for the cathode and anode in a dry state.
  • the powder then goes through a roll-to-roll process, whereby the mixed powder is sprayed on one or both sides, i.e. it is first fluidized in a gas stream and exits, for example, via a nozzle near the substrate film.
  • the powder itself is electrically charged either by means of corona or tribological charging, in particular so-called friction charging.
  • the metallic substrate is grounded during this process. As a result, the powder initially deposits on the material in a disordered manner and without the required sharp contour edges.
  • the powder material is then pressed onto the substrate film using stamps on one or both sides. In the unpressed areas, however, the powder is only bound to the film by electrostatic forces. At the end of the process, the unpressed powder is then removed, for example using compressed air, and can be returned to the process. In this way, the recovered powder can be reused, which, in addition to saving energy, especially in the case of the drying process, leads to a reduction in waste or offcuts, since only the pressed active material remains on the substrate film.
  • the electrode powder is electrically charged before spraying using corona or tribological charging.
  • the electrode powder can thus be applied to the substrate web and can be held on the substrate web due to electrostatic forces until the actual pressing process takes place.
  • the electrostatic forces are so low that the non-pressed electrode particles can be removed again after the pressing process using an air jet, for example.
  • the electrode powder is sprayed onto both sides of the metallic substrate web.
  • the metallic The substrate web runs on corresponding rollers, and the electrode powder can be sprayed onto the metallic substrate web from both above and below.
  • the electrode powder can also be reliably held on the underside of the substrate web, particularly due to corresponding electrostatic forces. This makes it possible to produce the electrode in a simple manner.
  • the non-pressed electrode powder is removed from the metallic substrate web after pressing by means of an air jet.
  • the non-pressed electrode powder can be reused after removal, in particular for a further spraying process. This makes it possible for the electrode powder to be reused, which can be used to save material for the production process of a large number of electrodes.
  • a cathode material or an anode material is mixed dry with a binder and at least one additive to form the electrode powder. This is done in particular before the spraying process.
  • the electrode powder can thus be produced dry and solvent-free.
  • the metallic substrate web is grounded. In particular, this allows a corresponding adhesion force to be generated between the electrode powder and the metallic substrate web, whereby the electrode powder is held on the metallic substrate web without being able to carry out a direct pressing process.
  • the electrode powder is fluidized before the spraying process.
  • the electrode powder goes through a roll-to-roll process, whereby the mixed powder is sprayed on one or both sides, i.e. it is first fluidized in a gas stream and then exits, for example, via a corresponding nozzle near the substrate film.
  • the powder can then in turn be electrically charged by means of corona or tribological charging.
  • a further aspect of the invention relates to an electrode for a battery cell, wherein the electrode is produced by the method according to the preceding aspect. Furthermore, the invention also relates to a production device for producing an electrode for a battery cell of an electrical energy storage device, with at least one spray device and a stamping device, wherein the production device for producing an electrode according to the preceding aspect is designed with a method according to the preceding aspect. In particular, the electrode is produced with the production device.
  • Advantageous embodiments of the method are to be regarded as advantageous embodiments of the electrode and of the generating device.
  • the only figure shows a schematic side view of an embodiment of a generating device.
  • the figure shows a schematic side view of an embodiment of a production device 10.
  • the production device 10 is designed to produce an electrode 12 for a battery cell (not shown) of an electrical energy storage device (not shown).
  • the production device 10 has at least one spray device 14 and a stamp device 16.
  • an electrode powder 18 is sprayed onto a metallic substrate web 20 by means of the spraying device 14.
  • the electrode powder 18 is then pressed onto the substrate web 20 by means of the stamping device 16.
  • the substrate web 20 is unrolled or rolled up on two rollers 22, 24.
  • the substrate web 20 is unrolled on the first roller 22 and the substrate web with the electrode 12 or the electrodes 12 is rolled up on the second roller 24.
  • the second roller 24 is grounded via an earthing 26.
  • the figure also shows that the electrode powder 18 is sprayed onto the metallic substrate web 20, in particular on both sides. Furthermore, it can be provided in particular that non-pressed electrode powder is removed from the metallic substrate web 20 after pressing by means of an air jet 28. In particular, the non-pressed electrode powder 18 can be reused for a further spraying process. For this purpose, it can be provided, for example, that a reservoir 30 is provided, into which the electrode powder 18 is introduced or returned in order to then be used again for the spraying process.
  • the electrode powder 18 is in particular dry-mixed from a cathode material or an anode material with a binder and an additive. Furthermore, it can be provided that the electrode powder 18 is electrically charged by means of corona or tribological charging 32 before spraying. Furthermore, the electrode powder 18 is fluidized before the spraying process.
  • the invention provides that after the dry mixing of the electrode powder 18, this again goes through a roll-to-roll process, whereby the mixed electrode powder 18 is sprayed on one or both sides, i.e. it is first fluidized by a gas stream and exits, for example, via a nozzle near the metallic substrate web 20.
  • the electrode powder 18 itself is electrically charged either by means of corona or tribological charging.
  • the metallic substrate foil is grounded during this.
  • the electrode powder 18 is initially deposited on the material in a disordered manner and without the required sharp contour edges.
  • the electrode powder 18 is then pressed onto the substrate foil using one- or two-sided stamps.
  • the electrode powder 18 is only bound to the substrate foil by electrostatic forces.
  • the unpressed electrode powder 18 is then removed, for example, by means of compressed air and can be returned to the process. In this way, the recovered Electrode powder 18 can be reused, which in addition to saving energy leads to a reduction in waste or cuttings, since only the pressed active material remains on the substrate film.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode (12) für eine Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers mittels einer Erzeugungsvorrichtung (10), mit den Schritten: - Aufsprühen eines Elektrodenpulvers (18) auf eine metallische Substratbahn (20) mittels einer Sprüheinrichtung (14) der Erzeugungsvorrichtung (10); und - Verpressen des Elektrodenpulvers (18) auf der Substratbahn (20) mittels einer Stempeleinrichtung (16) der Erzeugungsvorrichtung (10). Ferner betrifft die Erfindung eine Elektrode (12) sowie eine Erzeugungsvorrichtung (10).

Description

Mercedes-Benz Group AG
Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers, Elektrode sowie Erzeugungsvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers mittels einer Erzeugungsvorrichtung. Ferner betrifft die Erfindung eine Elektrode für eine Batteriezelle sowie eine Erzeugungsvorrichtung zum Herstellen einer Elektrode für eine Batteriezelle.
Aus dem Stand der Technik sind schon Beschichtungsprozesse für Batteriezellenelektroden bekannt. Hierbei erfolgt ein Anmischen einer so genannten Slurry, was insbesondere einem Aktivmaterial, Binder, Additive sowie Lösungsmittel entspricht. Es erfolgt dann das Aufträgen der Slurry auf ein metallisches Substrat sowie die Trocknung des nassen Films innerhalb einer Trocknungsstrecke, welche insbesondere als Durchlaufofen ausgebildet ist. Im Trocknungsprozess wird das Lösungsmittel, beispielsweise Wasser, vollständig verdampft. Dieser Prozess ist dabei sehr energieaufwendig.
Die US 10547044 B2 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Trockenelektroden für kostengünstige Batterien durch ein trockenes Misch- und Formgebungsverfahren. Eine thermische Aktivierung macht die trocken hergestellte Elektrode vergleichbar mit herkömmlichen, aus Schlamm/Slurry gegossenen Elektroden. Die trockene Elektrodenmischung ergibt sich aus einer Kombination mehrerer Arten von Bestandteilpartikeln, einschließlich mindestens eines aktiven Ladungsmaterials und eines Bindemittels, und typischerweise eines leitfähigen Materials wie Kohlenstoff. Das Verfahren erhitzt das abgeschiedene Gemisch auf eine moderate Temperatur, um das Bindemittel zu aktivieren, damit das Gemisch am Substrat haftet, und komprimiert das abgeschiedene Gemisch auf eine Dicke, um eine ausreichende elektrische Leistung des komprimierten, abgeschiedenen Gemisches als Ladungsmaterial in einer Batterie zu erreichen. Die EP 3213 361 bezieht sich auf ein Verfahren zur Bildung eines Partikelfilms auf einem Substrat. Vorzugsweise wird eine Reihe von Corona-Kanonen, die zur Optimierung der Gleichmäßigkeit der Schichtdicke versetzt angeordnet sind, auf beiden Seiten eines sich langsam bewegenden geerdeten Substrats ausgerichtet. Das Substrat wird vorzugsweise leicht erwärmt, um das Fließen des Bindemittels anzuregen, und durch eine Reihe heißer Walzen geführt, die das Schmelzen weiter anregen und die Gleichmäßigkeit des Films verbessern. Die Folie wird auf einer Rolle gesammelt oder kann in-situ kombiniert und zu einer einzelligen Batterie gerollt werden. Die Erfindung bezieht sich auch auf Produkte, die durch die erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt werden, insbesondere auf Batterien.
Die US 2013 017 340 A1 betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Lithium-Ionen-Batterien und Batteriezellenkomponenten und insbesondere ein System und Verfahren zur Herstellung solcher Batterien und Batteriezellenkomponenten unter Verwendung von Abscheidungsprozessen, die dreidimensionale poröse Strukturen bilden. Ein Verfahren umfasst das Texturieren eines leitfähigen Substrats durch Kalandrieren des leitfähigen Substrats zwischen gegenüberliegenden Drahtgitterstrukturen, das Bilden einer ersten Schicht aus kathodisch aktivem Material mit einer ersten Porosität auf der Oberfläche des texturierten leitfähigen Substrats und das Bilden einer zweiten Schicht aus kathodisch aktivem Material mit einer zweiten Porosität auf der ersten Schicht, wobei die zweite Porosität größer ist als die erste Porosität.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren, eine Elektrode sowie eine Erzeugungsvorrichtung zu schaffen, mittels welchen verbessert eine Elektrode hergestellt werden kann.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren, eine Elektrode sowie eine Erzeugungsvorrichtung gemäß den unabhängigen Patentansprüchen gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungsformen werden in den Unteransprüchen angegeben.
Ein Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers mittels einer Erzeugungsvorrichtung. Es erfolgt das Aufsprühen eines Elektrodenpulvers auf eine metallische Substratbahn mittels einer Sprüheinrichtung der Erzeugungsvorrichtung und das Verpressen des Elektrodenpulvers auf der Substratbahn mittels einer Stempeleinrichtung der Erzeugungsvorrichtung. Insbesondere kann dadurch eine drastische Reduktion des Materialeinsatzes im Vergleich zur Nassbeschichtung und auch im Vergleich zur kontinuierlichen Bahnbeschichtung realisiert werden, da insbesondere nicht genutztes Aktivmaterial direkt in den Prozess zurückgeführt werden kann. Des Weiteren kann eine deutliche Reduktion des Energieeinsatzes realisiert werden, da insbesondere keine Verdampfung eines Lösungsmittels notwendig ist.
Insbesondere zielt somit das vorgeschlagene Verfahren darauf ab, die Beschichtung in trockenem Zustand durchzuführen. Hierzu wird zunächst das Elektrodenpulver, welches auch als Aktivmaterial bezeichnet werden kann, für Kathode und Anode mit Binder und Additiven im trockenen Zustand angemischt. Anschließend durchläuft das Pulver einen Rolle-zu-Rolle-Prozess, wobei ein- oder beidseitig das angemischte Pulver aufgesprüht wird, das heißt, es wird in einem Gasstrom zunächst fluidisiert und tritt beispielsweise über eine Düse in der Nähe der Substratfolie aus. Das Pulver selbst wird dabei entweder mittels Corona- oder tribologischer Aufladung, insbesondere so genannter Reibungsaufladung, elektrisch geladen. Das metallische Substrat wird währenddessen geerdet. Dadurch wird sich das Pulver zunächst ungeordnet und ohne die benötigten scharfen Konturkanten auf dem Material anlagern. In direktem Anschluss wird dann mittels ein- oder beidseitiger Stempel das Pulvermaterial mit der Substratfolie verpresst. An den unverpressten Stellen ist das Pulver dagegen nur durch elektrostatische Kräfte an die Folie gebunden. Am Ende des Prozesses wird das nicht verpresste Pulver dann beispielsweise mittels Druckluft entfernt und kann in den Prozess zurückgeführt werden. Auf diese Weise kann das rückgewonnene Pulver wiederverwendet werden, was neben der Energieeinsparung, insbesondere dem Fall des Trocknungsprozesses, zur Reduktion von Abfall beziehungsweise Verschnitt führt, da nur das verpresste Aktivmaterial auf der Substratfolie verbleibt.
Ferner ist vorgesehen, dass das Elektrodenpulver vor dem Aufsprühen mittels Corona- oder tribologischer Aufladung elektrisch geladen wird. Insbesondere kann somit das Elektrodenpulver auf die Substratbahn aufgetragen werden und kann aufgrund von elektrostatischen Kräften auf der Substratbahn gehalten werden, bis es zum eigentlichen Verpressvorgang kommt. Die elektrostatischen Kräfte sind jedoch wiederum so gering, dass beispielsweise nach dem Pressvorgang mittels eines Luftstrahls die nicht verpressten Elektrodenpartikel wiederum entfernt werden können.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltungsform wird beidseitig das Elektrodenpulver auf die metallische Substratbahn aufgesprüht. Insbesondere kann die metallische Substratbahn auf entsprechenden Walzen laufen, und es kann sowohl von oben als auch von unten das Elektrodenpulver auf die metallische Substratbahn aufgesprüht werden. Das Elektrodenpulver kann insbesondere aufgrund von entsprechenden elektrostatischen Kräften auch auf der Unterseite der Substratbahn zuverlässig gehalten werden. Somit ist es ermöglicht, dass auf einfache Art und Weise die Elektrode hergestellt werden kann.
Weiterhin vorteilhaft ist, wenn das nicht-verpresste Elektrodenpulver nach der Verpressung mittels eines Luftstrahls von der metallischen Substratbahn entfernt wird. Insbesondere kann das nicht-verpresste Elektrodenpulver nach dem Entfernen wieder verwendet werden, insbesondere für einen weiteren Aufsprühvorgang. Somit ist es ermöglicht, dass das Elektrodenpulver wiederverwendet werden kann, was zu einer Materialeinsparung für den Herstellungsprozess von einer Vielzahl von Elektroden genutzt werden kann.
Ebenfalls vorteilhaft ist, wenn ein Kathodenmaterial oder ein Anodenmaterial mit einem Binder und zumindest einem Additiv trocken zu dem Elektrodenpulver gemischt werden. Insbesondere geschieht dies vor dem Aufsprühprozess. Somit kann trocken und lösungsmittelfrei das Elektrodenpulver hergestellt werden.
Es hat sich weiterhin als vorteilhaft erwiesen, wenn die metallische Substratbahn geerdet wird. Insbesondere kann somit zwischen dem Elektrodenpulver und der metallischen Substratbahn eine entsprechende Adhäsionskraft erzeugt werden, wodurch das Elektrodenpulver auf der metallischen Substratbahn gehalten wird, ohne einen direkten Verpressvorgang durchführen zu können.
Es hat sich weiter als vorteilhaft erwiesen, dass das Elektrodenpulver vor dem Aufsprühvorgang fluidisiert wird. Insbesondere kann hierbei vorgesehen sein, dass das Elektrodenpulver ein Rolle-zu-Rolle-Prozess durchläuft, wobei ein- beziehungsweise beidseitig das angemischte Pulver aufgesprüht wird, das heißt, es wird in einem Gasstrom zunächst fluidisiert und tritt beispielsweise dann über eine entsprechende Düse in der Nähe der Substratfolie aus. Das Pulver kann dann wiederum mittels der Corona- oder tribologischer Aufladung elektrisch geladen werden.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Elektrode für eine Batteriezelle, wobei die Elektrode mit dem Verfahren nach dem vorhergehenden Aspekt hergestellt ist. Weiterhin betrifft die Erfindung auch eine Erzeugungsvorrichtung zum Herstellen einer Elektrode für eine Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers, mit zumindest einer Sprüheinrichtung und einer Stempeleinrichtung, wobei die Erzeugungsvorrichtung zum Herstellen einer Elektrode nach dem vorhergehenden Aspekt mit einem Verfahren nach dem vorhergehenden Aspekt ausgebildet ist. Insbesondere wird die Elektrode mit der Erzeugungsvorrichtung hergestellt.
Vorteilhafte Ausgestaltungsformen des Verfahrens sind als vorteilhafte Ausgestaltungsformen der Elektrode sowie der Erzeugungsvorrichtung anzusehen.
Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der einzigen Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.
Dabei zeigt die einzige Fig. eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Erzeugungsvorrichtung.
In der Figur sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Die Fig. zeigt eine schematische Seitenansicht einer Ausführungsform einer Erzeugungsvorrichtung 10. Die Erzeugungsvorrichtung 10 ist zum Herstellen einer Elektrode 12 für eine nicht dargestellte Batteriezelle eines nicht dargestellten elektrischen Energiespeichers ausgebildet. Die Erzeugungsvorrichtung 10 weist zumindest eine Sprüheinrichtung 14 sowie eine Stempeleinrichtung 16 auf.
Beim erfindungsgemäßen Verfahren zum Herstellen der Elektrode 12 ist vorgesehen, dass ein Elektrodenpulver 18 auf eine metallische Substratbahn 20 mittels der Sprüheinrichtung 14 aufgesprüht wird. Es erfolgt dann das Verpressen des Elektrodenpulvers 18 auf der Substratbahn 20 mittels der Stempeleinrichtung 16. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel ist insbesondere gezeigt, dass die Substratbahn 20 auf zwei Rollen 22, 24 abgerollt beziehungsweise aufgerollt wird. Insbesondere wird auf der ersten Rolle 22 die Substratbahn 20 abgerollt und auf der zweiten Rolle 24 die Substratbahn mit der Elektrode 12 beziehungsweise den Elektroden 12 aufgerollt. Ferner ist gezeigt, dass im vorliegenden Ausführungsbeispiel die zweite Rolle 24 über eine Erdung 26 geerdet ist.
Die Fig. zeigt ferner, dass insbesondere beidseitig das Elektrodenpulver 18 auf die metallische Substratbahn 20 aufgesprüht wird. Ferner kann insbesondere vorgesehen sein, dass nicht-verpresstes Elektrodenpulver nach der Verpressung mittels eines Luftstrahls 28 von der metallischen Substratbahn 20 entfernt wird. Insbesondere kann dabei das nicht-verpresste Elektrodenpulver 18 wiederverwendet werden für einen weiteren Aufsprühvorgang. Hierzu kann beispielsweise vorgesehen sein, dass ein Reservoir 30 vorgesehen ist, in welchem das Elektrodenpulver 18 eingebracht beziehungsweise zurückgeführt wird, um dann wiederum für den Aufsprühvorgang genutzt zu werden.
Das Elektrodenpulver 18 ist dabei insbesondere aus einem Kathodenmaterial oder einem Anodenmaterial mit Binder und einem Additiv trocken gemischt. Ferner kann vorgesehen sein, dass das Elektrodenpulver 18 vor dem Aufsprühen mittels Corona- oder tribologischer Aufladung 32 elektrisch geladen wird. Ferner ist das Elektrodenpulver 18 vor dem Aufsprühvorgang fluidisiert.
Insbesondere sieht somit die Erfindung vor, dass nach dem trockenen Zusammenmischen des Elektrodenpulvers 18 dieses wiederum einen Rolle-zu-Rolle- Prozess durchfährt, wobei ein- oder beidseitig das angemischte Elektrodenpulver 18 aufgesprüht wird, das heißt, es wird über einen Gasstrom zunächst fluidisiert und tritt beispielsweise über eine Düse in der Nähe der metallischen Substratbahn 20 aus. Das Elektrodenpulver 18 selbst wird dabei entweder mittels Corona- oder tribologischer Aufladung elektrisch geladen. Die metallische Substratfolie wird während dessen geerdet. Dadurch wird sich das Elektrodenpulver 18 zunächst ungeordnet und ohne die benötigten scharfen Konturkanten auf dem Material anlagern. In direktem Anschluss wird dann mittels ein- oder beidseitiger Stempel das Elektrodenpulver 18 mit der Substratfolie verpresst. An den unverpressten Stellen ist das Elektrodenpulver 18 dagegen nur durch elektrostatische Kräfte an die Substratfolie gebunden. Am Ende des Prozesses wird das nicht verpresste Elektrodenpulver 18 dann beispielsweise mittels Druckluft entfernt und kann in den Prozess zurückgeführt werden. Auf diese Weise kann das zurückgewonnene Elektrodenpulver 18 wiederverwendet werden, was neben der Energieeinsparung zur Reduktion von Abfall beziehungsweise Verschnitt führt, da nur das verpresste Aktivmaterial auf der Substratfolie verbleibt.

Claims

Mercedes-Benz Group AG Patentansprüche
1. Verfahren zum Herstellen einer Elektrode (12) für eine Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers mittels einer Erzeugungsvorrichtung (10), mit den Schritten:
- Aufsprühen eines Elektrodenpulvers (18) auf eine metallische Substratbahn (20) mittels einer Sprüheinrichtung (14) der Erzeugungsvorrichtung (10); und
- Verpressen des Elektrodenpulvers (18) auf der Substratbahn (20) mittels einer Stempeleinrichtung (16) der Erzeugungsvorrichtung (10), wobei das Elektrodenpulver (18) vor dem Aufsprühen mittels Corona- oder Tribologischer Aufladung (32) elektrisch geladen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig das Elektrodenpulver (18) auf die metallische Substratbahn (20) aufgesprüht wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass nicht-verpresstes Elektrodenpulver (18) nach der Verpressung mittels eines Luftstrahls (28) von der metallischen Substratbahn (20) entfernt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass das nicht-verpresste Elektrodenpulver (18) nach dem Entfernen wieder verwendet wird für einen weiteren Aufsprühvorgang.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Kathodenmaterial oder ein Anodenmaterial mit einem Binder und zumindest einem Additiv trocken zu dem Elektrodenpulver (18) gemischt werden. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die metallische Substratbahn (20) geerdet wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Elektrodenpulver (18) vor dem Aufsprühvorgang fluidisiert wird. Elektrode (12) für eine Batteriezelle, welche mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist. Erzeugungsvorrichtung (10) zum Herstellen einer Elektrode (12) für eine Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers, mit zumindest einer Sprüheinrichtung (14) und einer Stempeleinrichtung (16), wobei die Erzeugungsvorrichtung (10) zum Herstellen einer Elektrode (12) nach Anspruch 9 mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildet ist.
EP23805526.3A 2022-12-01 2023-11-09 Verfahren zum herstellen einer elektrode für eine batteriezelle eines elektrischen energiespeichers, elektrode sowie erzeugungsvorrichtung Pending EP4457879A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102022004498.6A DE102022004498A1 (de) 2022-12-01 2022-12-01 Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für eine Batteriezelle eines elektrischen Energiespeichers, Elektrode sowie Erzeugungsvorrichtung
PCT/EP2023/081303 WO2024115071A1 (de) 2022-12-01 2023-11-09 Verfahren zum herstellen einer elektrode für eine batteriezelle eines elektrischen energiespeichers, elektrode sowie erzeugungsvorrichtung

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4457879A1 true EP4457879A1 (de) 2024-11-06

Family

ID=88793274

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP23805526.3A Pending EP4457879A1 (de) 2022-12-01 2023-11-09 Verfahren zum herstellen einer elektrode für eine batteriezelle eines elektrischen energiespeichers, elektrode sowie erzeugungsvorrichtung

Country Status (5)

Country Link
US (1) US12614712B2 (de)
EP (1) EP4457879A1 (de)
CN (1) CN118679591A (de)
DE (1) DE102022004498A1 (de)
WO (1) WO2024115071A1 (de)

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2988944A (en) * 1956-09-26 1961-06-20 Theodore S Bevier Automatic tape dispenser
US3213361A (en) * 1961-01-11 1965-10-19 Western Electric Co Computer for making calculations involving signal frequencies
DE102007042193A1 (de) * 2007-08-29 2009-03-05 Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. Verfahren zur Herstellung einer Beschichtung auf einem Träger und Presswerkzeug oder Gegenwerkzeug
EP2426760B1 (de) * 2010-09-03 2017-02-15 Biotronik CRM Patent AG Pulvermischung zur herstellung einer batterieelektrode, entsprechende batterieelektrode und verfahren zu deren herstellung
CN103650214B (zh) * 2011-07-12 2016-04-20 应用材料公司 制造锂离子电池电极膜的孔隙度变化的方法
HU230506B1 (hu) * 2013-04-24 2016-09-28 Kocsis Albert 60% dr. Eljárás digitális nyomtatású dekorációs bevonat készítésére szilárd felületeken
EP3213361B1 (de) 2014-10-27 2020-10-21 Dragonfly Energy Corp. Verfahren zur herstellung von leitfähigen partikelfilmen für lithium-ionen-batterien sowie lithium-ionen-batterien
US10547044B2 (en) 2015-09-01 2020-01-28 Worcester Polytechnic Institute Dry powder based electrode additive manufacturing
CN207086395U (zh) * 2017-08-21 2018-03-13 泉州劲鑫电子有限公司 一种电池正极片拉粉装置的除尘设备
DE102019118110A1 (de) * 2019-07-04 2021-01-07 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zum Herstellen einer Elektrode

Also Published As

Publication number Publication date
WO2024115071A1 (de) 2024-06-06
US12614712B2 (en) 2026-04-28
CN118679591A (zh) 2024-09-20
DE102022004498A1 (de) 2024-06-06
US20250286037A1 (en) 2025-09-11

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP4119323B1 (de) Verfahren zum herstellen eines trockenfilms, walzvorrichtung, sowie trockenfilm und mit dem trockenfilm beschichtetes substrat
DE10151134B4 (de) Diffusionsschicht für eine Brennstoffzelle und ein Verfahren zur Herstellung derselben
EP3510658A1 (de) Verfahren und einrichtung zur applizierung magnetischer felder auf einem gegenstand
DE102013221162B4 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung einer Elektrode
WO2018047054A1 (de) Verfahren und einrichtung zur applizierung magnetischer felder auf einem gegenstand
EP4063017B1 (de) Verfahren zur beschichtung eines trägermaterials mit einem aktivmaterial zur herstellung einer elektrodenfolie einer batteriezelle
EP1346424B1 (de) Verfahren zur herstellung von elektroden, komponenten, halbzellen und zellen für elektrochmische energiewandler
EP4398324A1 (de) Vorrichtung und verfahren zur herstellung einer elektrode
WO2018033335A1 (de) Verfahren zur herstellung einer elektrode für eine elektrochemische energiespeicherzelle, elektrochemische energiespeicherzelle sowie fahrzeug
EP4457879A1 (de) Verfahren zum herstellen einer elektrode für eine batteriezelle eines elektrischen energiespeichers, elektrode sowie erzeugungsvorrichtung
WO2020007677A1 (de) Verfahren und vorrichtung zum herstellen einer bipolarplattenhälfte für eine brennstoffzelle
WO2023217318A1 (de) Verfahren für die beschichtung einer elektrisch leitfähigen folienbahnen mit einem elektrisch leitfähigen haftvermittler
DE102022004500A1 (de) Vorrichtung und Verfahren zum Trocknen eines Aktivmaterials
WO2018033333A1 (de) Verfahren zur herstellung einer elektrode für eine elektrochemische energiespeicherzelle, elektrochemische energiespeicherzelle sowie fahrzeug
DE102021130190A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung einer anode für eine festkörperbatterie unter verwendung eines elektrischen feldes
DE10056535A1 (de) Brennstoffzellenanordnung und Verfahren zur Herstellung einer solchen
DE102024207705B3 (de) Verfahren zur Herstellung einer Elektrode für eine Lithium-Ionen-Batteriezelle
DE102024128870A1 (de) Vorrichtung und ihre Verwendung zum flächigen Beschichten eines Substrats
WO2023174657A1 (de) Verfahren zum herstellen einer elektrode für eine elektrochemische zelle, kompositelektrode und elektrochemische zelle
DE102022116218A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines elektrolytischen Elektrodenträgers für elektrochemische Anwendungen sowie elektrolytischer Elektrodenträger
DE102023101943A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Trockenfilms, Anlage zur Herstellung eines Trockenfilms, Trockenfilm und Batterie enthaltend den Trockenfilm
EP4498440A1 (de) Verfahren zum herstellen eines beschichteten objekts, beschichtetes objekt, trocknungs-vorrichtung zum durchführen des verfahrens und computerprogramm-produkt mit digitalem zwilling zur simulation des verfahrens, des beschichteten objekts oder der trocknungs-vorrichtung
DE1114870B (de) Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung von Sintergeruestelektroden fuer galvanische Elemente
EP4640320A1 (de) Optimiertes beschichtungsverfahren
DE102024000062A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Elektroden

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20240731

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)