EP4483425A1 - Verfahren zur herstellung eines elektroden-separator-verbunds - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines elektroden-separator-verbunds

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EP4483425A1
EP4483425A1 EP23704091.0A EP23704091A EP4483425A1 EP 4483425 A1 EP4483425 A1 EP 4483425A1 EP 23704091 A EP23704091 A EP 23704091A EP 4483425 A1 EP4483425 A1 EP 4483425A1
Authority
EP
European Patent Office
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separator
electrode
layer
esv
plasma
Prior art date
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Pending
Application number
EP23704091.0A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Christian Klemt
Tobias JANSEN
Alexander Tornow
Marco Jordan
Adrian BECKER
Dennis Böhm
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Powerco SE
Original Assignee
Volkswagen AG
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Filing date
Publication date
Application filed by Volkswagen AG filed Critical Volkswagen AG
Publication of EP4483425A1 publication Critical patent/EP4483425A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electrode-separator composite according to the preamble of claim 1 or claim 9.
  • an electrode-separator stack In the production of a lithium-ion cell, an electrode-separator stack must always be built up, which consists of a large number of alternating electrodes (anodes or cathodes) that are insulated from one another by a separator. Due to the large number of these individual elements and the necessary high positional tolerances, the manufacture of such an electrode-separator stack is particularly critical in terms of cycle time and rejects.
  • One way to make this necessary step productive is to produce an electrode-separator composite (i.e. unit cell or mono-cell) and stack such electrode-separator composites to form an electrode-separator stack. The electrode-separator combination thus forms the smallest unit in the electrode-separator stack.
  • a generic method for producing an electrode-separator composite has a laying process, in which the electrode and separator layers are placed one on top of the other, and a joining process, by means of which an adhesive bond is formed between the electrode and separator layers placed one on top of the other.
  • the joining process is implemented as a lamination process.
  • the individual elements of the electrode-separator combination for example: separator/anode/separator/cathode
  • separator/anode/separator/cathode are connected to one another by pressure and temperature. This is currently done by placing individual anodes on a continuous separator film and then covering them with another separator film. Individual cathodes are in turn placed on this assembly consisting of separator/anode/separator.
  • separators are generally precoated on at least one side with an adhesion-promoting layer be used.
  • the coating usually consists of PVDF, which melts during the lamination process and thus ensures the adhesion of the individual layers to one another.
  • the electrode-separator stack is produced from the electrode-separator composites produced in this way in a subsequent stacking process.
  • a device for producing electrodes for lithium ion batteries is known from DE 102020 007 718 A1.
  • the object of the invention is to provide a method for manufacturing an electrode-separator assembly for a battery cell, which is designed to be simpler in terms of process technology compared to the prior art.
  • the invention relates to a method for producing an electrode-separator composite, which is part of an electrode-separator stack for a lithium-ion battery cell.
  • the electrode-separator assembly forms the smallest unit of the electrode-separator stack and is also known as a monocell or unit cell.
  • the electrode-separator composite according to the invention consists, in a manner known per se, of superimposed electrode layers with at least one separator layer arranged in between.
  • the electrode-separator composite is produced with the following process steps: In a laying process, the electrode and separator layers are laid one on top of the other.
  • a sufficiently large bond is formed between the electrode and separator layers that are placed one on top of the other.
  • this joining process is no longer implemented as a lamination process with appropriate heat and pressure. Rather, the joining process includes a plasma treatment in which the surface of the electrode and/or separator layers is activated by means of plasma. With the help of the plasma treatment, an increased chemical adhesive bond is provided, preferably by covalent bonds, which ensure a sufficiently large adhesion between the respective joining partners.
  • the plasma treatment precedes the laying process.
  • the plasma-pretreated electrode and/or separator layers can be superimposed in the laying process to form the covalent bonds between adjacent layers.
  • the method for manufacturing the electrode-separator composite is designed as a continuous process.
  • the electrode and separator layers are provided as endless web goods and are guided together through a nip of a pair of pressure rollers, to be precise with the formation of an endless layer composite. This is cut to length in a downstream cutting process to form individual electrode-separator composites.
  • At least one plasma source is arranged at the nip entrance of the pair of pressure rollers, by means of which the surface activation of the electrode and/or separator layers can be carried out.
  • a stacking process is carried out in common practice, in which the individual electrode-separator composites are stacked to form an electrode-separator stack.
  • this must be stabilized in a further process (for example taping process) in order to ensure easy handling of the electrode-separator stack for the further process sequence.
  • a further plasma treatment can be provided. This is upstream of the stacking process and causes surface activation of the respective electrode-separator combination by means of plasma. This provides increased adhesion through covalent bonds between stacked electrode-separator assemblies.
  • the surface activation can be carried out by plasma treatment on one or both sides of the respective layer or the respective electrode-separator composite. Depending on the process, the surface activation can be carried out either continuously or in sections.
  • An essential advantage of the plasma treatment according to the invention is that, in contrast to the conventional lamination process, it can be carried out at room temperature, ie without the effect of a high process temperature. This generates decisive advantages in terms of productivity and energy efficiency. Furthermore, cheaper, ie thermally unstable, starting materials can be used for the product.
  • a gas discharge takes place in a well-known manner in a gas atmosphere, in which the process gas flows past a discharge gap, where it is excited and converted into the plasma state.
  • the plasma formed in this way can reach the surface of the electrode and/or separator layer to be treated through a plasma nozzle.
  • additional auxiliary substances that is to say precursors
  • such precursors can be nitrogen compounds or silate compounds.
  • UV-activatable joining aids can optionally also be added.
  • the joining process is extremely energy-efficient; Cost advantages for the starting products used (elimination of adhesion-promoting layers of the separator); significantly lower thermal loads on joining partners; integrated pre-treatment and joining process;
  • Electrode-separator stack 1 An exemplary embodiment of the invention is described below with reference to the attached figure.
  • a plant sketch for the production of an electrode-separator stack 1 is indicated as an example. This can be installed in a cell housing (not shown) of a lithium ion battery cell.
  • the electrode-separator stack 1 consists of a large number of electrode-separator composites ESV stacked on top of one another.
  • Electrode-separator composite ESV is made up of a lower separator layer S, a middle cathode layer K, a middle separator layer S and an upper anode layer A.
  • the invention is not limited to the electrode-separator combination ESV indicated in the figure.
  • the electrode layers and the separating layers in the electrode-separator assembly ESV can be stacked in any other manner.
  • the electrode-separator assembly ESV can be composed of precisely one electrode layer and precisely one separator layer S.
  • the electrode-separator composite ESV can be made up of a separator layer S, an electrode (A or K) and a separator layer S, viewed in the stacking direction.
  • the electrode-separator composite ESV can be made up of a separator layer S, a first electrode (A or K), a separator layer S and a second electrode of opposite polarity (K or A). Mixed forms are also conceivable.
  • the two separator layers S and the two anode and cathode layers A, K are initially provided as endless film webs 3, 5, 7 for the production of the electrode-separator composite ESV.
  • the total of four continuous film webs are guided in a production direction F through a nip of a pair of pressure rollers 11 .
  • a continuous laying process takes place, with the formation of an endless composite layer 13 at the nip outlet of the pair of pressure rollers 11.
  • the two separator film webs 3 are guided through the roller nip without a preceding cutting process, i.e.
  • the isolated anode layers A are placed on the underside of the central separator film web 3, while the isolated cathode layers K are placed on its top side.
  • the anode layers A are also covered with the lower separator foil web 3 .
  • the essence of the invention is that the pair of pressure rollers 11 is preceded by a plasma treatment station with plasma sources 17 . These are arranged directly at the nip entrance of the pair of pressure rollers 11 .
  • the surface of the electrode and/or separator foil webs 3, 5, 7 is activated by means of the plasma sources 17.
  • the plasma treatment is carried out at approximately room temperature. In the plasma treatment, a gas discharge takes place in a gas atmosphere in common practice. The process gas flows past a discharge gap, where it is excited and transformed into a plasma state.
  • the plasma formed in this way is applied through a plasma nozzle 19 to the surface of the respective electrode and/or separator film web 3, 5, 7.
  • Auxiliary substances are preferably added to the process gas, with the aid of which the adhesive connection in the endless layer composite 13 is increased.
  • the pair of pressure rollers 11 is followed by a cutting station 21, in which the endless layered composite 13 is cut to length to form individual electrode-separator composites ESV.
  • the electrode-separator composite ESV can be fed to a further plasma treatment station 23 as an alternative or in addition to the first plasma treatment, in which surface activation of the respective electrode-separator composite ESV also takes place with the aid of plasma sources 17. With the help of this plasma treatment, an increased adhesive bond is provided by covalent bonds between electrode-separator composites ESV.
  • the electrode-separator composites ESV are then stacked one on top of the other in a stacking station 25 to form the electrode-separator stack 1 .
  • the electrode-separator composite ESV viewed in the stacking direction, is made up of an anode layer A, a separator layer S, a cathode layer K, a separator layer S and an anode layer A .
  • E1 , E2 general designation for electrode layers, i.e. anode layer and cathode layer

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektroden-Separator-Verbunds (ESV), der Bestandteil eines Elektroden-Separator-Stapels (1) für eine Batteriezelle ist, welcher Elektroden-Separator-Verbund (ESV) aus zumindest einer Elektrodenlage (E1, E2) und zumindest einer Separatorlage (S) aufgebaut ist, wobei das Verfahren die folgenden Prozessschritte aufweist: einen Legeprozess, bei dem die Elektroden- und Separatorlagen (E1, S, E2) übereinander gelegt werden; und einen Fügeprozess, mittels dem eine Haftverbindung zwischen den übereinander gelegten Elektroden- und Separatorlagen (E1, S, E2) ausgebildet wird. Erfindungsgemäß weist der Fügeprozess eine Plasmabehandlung auf, bei der eine Oberflächenaktivierung der Elektroden- und/oder Separatorlagen (E1, S, E2) mittels Plasma erfolgt, so dass eine Haftverbindung zwischen den jeweiligen Fügepartnern bereitgestellt wird.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines Elektroden-Separator-Verbunds
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektroden-Separator-Verbunds gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 oder des Anspruches 9.
Bei der Produktion einer Lithium-Ionen Zelle muss grundsätzlich ein Elektroden-Separator- Stapel aufgebaut werden, welcher aus einer Vielzahl von alternierend übereinanderliegenden Elektroden (Anoden oder Kathoden) besteht, die jeweils durch einen Separator voneinander isoliert sind. Aufgrund der hohen Anzahl dieser einzelnen Elemente und der notwendigen hohen Lagetoleranzen ist die Herstellung eines solchen Elektroden-Separator-Stapels besonders kritisch hinsichtlich der Taktzeit und des Ausschusses. Eine Möglichkeit diesen notwendigen Schritt produktiv zu gestalten, ist die Herstellung eines Elektroden-Separator-Verbunds (das heißt Unit-Zelle oder Monozelle) und dem Stapeln solcher Elektroden-Separator-Verbunde zu einem Elektroden-Separator-Stapel. Der Elektroden-Separator-Verbund bildet somit die kleinste Einheit im Elektroden-Separator-Stapel.
Ein gattungsgemäßes Verfahren zur Herstellung eines Elektroden-Separator-Verbunds weist einen Legeprozess, bei dem die Elektroden- und Separatorlagen übereinander gelegt werden, und einen Fügeprozess auf, mittels dem eine Haftverbindung zwischen den übereinander gelegten Elektroden- und Separatorlagen ausgebildet wird.
Der Fügeprozess ist im Stand der Technik als ein Laminationsprozess realisiert. Hierbei werden die einzelnen Elemente des Elektroden-Separator-Verbunds (beispielsweise: Separator/Anode/Separator/Kathode) durch Druck und Temperatur miteinander verbunden. Derzeit geschieht dies, indem einzelne Anoden auf eine kontinuierliche Separator- Folie abgelegt werden und anschließend mit einer weiteren Separator-Folie bedeckt werden. Auf diesen Verbund bestehend aus Separator/Anode/Separator werden wiederum einzelne Kathoden abgelegt.
Die Besonderheit im obigen Laminationsprozess besteht darin, dass im Allgemeinen mindestens einseitig mit einer haftvermittelnden Schicht vorbeschichtete Separatoren eingesetzt werden. Die Beschichtung besteht zumeist aus PVDF, welches im Rahmen des Laminationsprozesses anschmilzt und somit die Haftung der einzelnen Lagen zueinander gewährleistet. Aus den so hergestellten Elektroden-Separator-Verbunden wird in einem anschließenden Stapelprozess der Elektroden-Separator-Stapel hergestellt.
Der Einsatz von mit haftvermittelnden Schichten versehenen Separatoren verursacht erhebliche Kosten in der Herstellung und im Einsatz derartiger Isolationsschichten. Weiterhin kann der Fügeprozess ausschließlich unter gleichzeitiger Einwirkung von sowohl Temperatur als auch Druck erfolgen. Zudem ist prozessprinzipbedingt die Produktivität des Laminationsprozesses unter Nutzung von zum Beispiel Heißpressen, Doppelbandpressen oder dergleichen eingeschränkt, da ein Temperatur-Druck-Regime eingehalten werden muss. Ferner besitzt der Laminationsprozess eine geringe Energieeffizienz, da die im Laminationsprozess aufgewendete Energie als Abwärme verloren geht. Wärmelasten in Maschinen und Anlagen zur Batteriezellfertigung sind aufgrund der Umgebungsanforderungen (definierte Luftkonditionierung) als kritisch anzusehen.
Aus der DE 102020 007 718 A1 ist eine Vorrichtung zur Herstellung von Elektroden für Lithium- lonen-Batterien bekannt.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, ein Verfahren zur Fertigung eines Elektroden- Separator-Verbunds für eine Batteriezelle bereitzustellen, der im Vergleich zum Stand der Technik prozesstechnisch einfacher gestaltet ist.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Anspruches 1 oder des Anspruches 9 gelöst. Bevorzugte Ausführungsbeispiele sind in den Unteransprüchen offenbart.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektroden-Separator-Verbunds, der Bestandteil eines Elektroden-Separator-Stapels für eine Lithium-Ionen-Batteriezelle ist. Der Elektroden-Separator-Verbund bildet die kleinste Einheit des Elektroden-Separator-Stapels und ist auch unter der Bezeichnung Monozelle bzw. Unitzelle bekannt. Der erfindungsgemäße Elektroden-Separator-Verbund besteht in an sich bekannter Weise aus übereinanderliegenden Elektrodenlagen mit zumindest einer zwischengeordneten Separatorlage. Allgemein wird der Elektroden-Separator-Verbund mit den folgenden Prozessschritten hergestellt: So werden in einem Legeprozess die Elektroden- und Separatorlagen übereinandergelegt. In einem Fügeprozess wird eine ausreichend große Haftverbindung (Adhäsion) zwischen den übereinander gelegten Elektroden- und Separatorlagen ausgebildet. Gemäß dem kennzeichnenden Teil des Patentanspruches 1 ist dieser Fügeprozess nicht mehr als Laminationsprozess mit entsprechender Wärme- und Druckbeaufschlagung realisiert. Vielmehr weist der Fügeprozess eine Plasmabehandlung auf, bei der eine Oberflächenaktivierung der Elektroden- und/oder Separatorlagen mittels Plasma erfolgt. Mit Hilfe der Plasmabehandlung wird eine gesteigerte chemische Haftverbindung, vorzugsweise durch kovalente Bindungen, bereitgestellt, die zwischen den jeweiligen Fügepartnern für eine ausreichend große Adhäsion sorgen.
In einer einfachen technischen Umsetzung ist die Plasmabehandlung dem Legeprozess vorgeschaltet. In diesem Fall können im Legeprozess die mit Plasma vorbehandelten Elektroden- und/oder Separatorlagen unter Bildung der kovalenten Bindungen zwischen benachbarten Lagen übereinandergelegt werden.
Im Hinblick auf eine Großserienproduktion ist es bevorzugt, wenn das Verfahren zur Fertigung des Elektroden-Separator-Verbunds als ein kontinuierlicher Prozess gestaltet ist. In diesem Fall werden die Elektroden- und Separatorlagen als Endlos-Bahnware bereitgestellt und gemeinsam durch einen Walzenspalt eines Andruckwalzenpaars geführt, und zwar unter Bildung eines Endlos-Lagenverbunds. Dieser wird in einem nachgeschalteten Schneidprozess zu einzelnen Elektroden-Separator-Verbunden abgelängt.
Bei der obigen Prozesskonstellation ist es bevorzugt, wenn am Walzenspalt-Eingang des Andruckwalzenpaars zumindest eine Plasmaquelle angeordnet ist, mittels der die Oberflächenaktivierung der Elektroden- und/oder Separatorlagen durchführbar ist.
Nach dem Schneidprozess wird in gängiger Praxis ein Stapelprozess durchgeführt, in dem die einzelnen Elektroden-Separator-Verbunde zu einem Elektroden-Separator-Stapel gestapelt werden. Dieser muss im Stand der Technik in einem weiteren Prozess (zum Beispiel Tapingprozess) stabilisiert werden, um eine einfache Handhabung des Elektroden-Separator- Stapels für die weitere Prozessabfolge zu gewährleisten. Alternativ und/oder zusätzlich zu der bereits oben beschriebenen Plasmabehandlung der einzelnen Elektroden- und/oder Separatorlagen kann eine weitere Plasmabehandlung bereitgestellt werden. Diese ist dem Stapelprozess vorgeschaltet und bewirkt eine Oberflächenaktivierung des jeweiligen Elektroden-Separator-Verbunds mittels Plasma. Dadurch wird eine gesteigerte Haftverbindung durch kovalente Bindungen zwischen übereinandergestapelten Elektroden-Separator- Verbunden bereitgestellt. Erfindungsgemäß kann die Oberflächenaktivierung durch Plasmabehandlung ein- oder beidseitig auf der jeweiligen Lage bzw. dem jeweiligen Elektroden-Separator-Verbund durchgeführt werden. Die Oberflächenaktivierung kann je nach Prozessführung entweder kontinuierlich oder abschnittsweise durchgeführt werden.
Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen Plasmabehandlung besteht darin, dass diese im Gegensatz zum herkömmlichen Laminationsprozess bei Raumtemperatur durchführbar ist, das heißt ohne Einwirkung einer hohen Prozesstemperatur. Dies generiert entscheidende Vorteile in Bezug auf die Produktivität und die Energieeffizienz. Weiterhin können kostengünstigere, das heißt thermisch instabile Ausgangsstoffe für das Produkt eingesetzt werden.
Bei der Plasmabehandlung erfolgt in an sicher bekannter Weise in einer Gasatmosphäre eine Gasentladung, bei der das Prozessgas an einer Entladungsstrecke vorbeiströmt, dort angeregt wird und in den Plasmazustand überführt wird. Das so gebildete Plasma kann im weiteren Prozessverlauf durch eine Plasmadüse auf die Oberfläche der zu behandelnden Elektroden- und/oder Separatorlage gelangen. Zur Steigerung der Haftverbindung ist es bevorzugt, wenn dem Prozessgas zusätzliche Hilfsstoffe (das heißt Prekursoren) beigefügt werden. Beispielhaft können solche Prekursoren Stickstoffverbindungen oder Silatverbindungen sein. In einer weiteren Ausführungsform können gegebenenfalls auch UV-aktivierbare Fügehilfsstoffe beigefügt werden.
Insgesamt werden mittels der Erfindung die folgenden stichpunktartig aufgelisteten Vorteile erzielt: Fügeprozess ist äußerst energieeffizient; Kostenvorteile bei den eingesetzten Ausgangsprodukten (Entfall haftvermittelnder Schichten des Separators); signifikant geringere thermische Lasten auf Fügepartner; integrierter Vorbehandlungs- und Fügeprozess;
Einsteilbarkeit der Eigenschaften der Fügeverbindung durch den Einsatz von Prekursoren; beliebige Zellaufbauten umsetzbar; kontinuierliches (R2R) und diskontinuierliches Fügen (R2S, Stacking) möglich.
Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figur beschrieben. In der Figur ist beispielhaft eine Anlagenskizze zur Herstellung eines Elektroden- Separator-Stapels 1 angedeutet. Dieser kann in ein nicht gezeigtes Zellgehäuse einer Lithium- lonen-Batteriezelle verbaut werden. Der Elektroden-Separator-Stapel 1 besteht aus einer Vielzahl von übereinander gestapelter Elektroden-Separator-Verbunden ESV. Jeder Elektroden-Separator-Verbund ESV ist aus einer unteren Separatorlage S, einer mittleren Kathodenlage K, einer mittleren Separatorlage S sowie einer oberen Anodenlage A aufgebaut.
Es ist hervorzuheben, dass die Erfindung nicht auf den in der Figur angedeuteten Elektroden- Separator-Verbund ESV beschränkt ist. Anstelle dessen können die Elektrodenlagen und die Separatolagen im Elektroden-Separator-Verbund ESV in beliebig anderer Art und Weise gestapelt sein. Beispielsweise kann der Elektroden-Separator-Verbund ESV aus genau einer Elektrodenlage und genau einer Separatorlage S aufgebaut sein. Alternativ dazu kann der Elektroden-Separator-Verbund ESV in Stapelrichtung betrachtet aus einer Separatorlage S, einer Elektrode (A oder K) und einer Separatorlage S aufgebaut sein. Ferner kann der Elektroden-Separator-Verbund ESV in Stapelrichtung betrachtet aus einer Separatorlage S, einer ersten Elektrode (A oder K), einer Separatorlage S und einer zweiten, gegenpoligen Elektrode (K oder A) aufgebaut sein. Darüber hinaus sind auch Mischformen denkbar.
Gemäß der Figur werden zur Fertigung des Elektroden-Separator-Verbunds ESV die beiden Separatorlagen S sowie die beiden Anoden- und Kathodenlagen A, K zunächst als Endlosfolienbahnen 3, 5, 7 bereitgestellt. Die insgesamt vier Endlosfolienbahnen werden in einer Fertigungsrichtung F durch einen Walzenspalt eines Andruckwalzenpaars 11 geführt. Mit Hilfe des Andruckwalzenpaars 11 erfolgt ein kontinuierlicher Legeprozess, und zwar unter Bildung eines Endlos-Lageverbunds 13 am Walzenspalt-Ausgang des Andruckwalzenpaars 11. Dabei werden die beiden Separatorfolienbahnen 3 ohne vorgeschaltetem Schneidvorgang, das heißt als durchgängige Folienbahnen, durch den Walzenspalt geführt, während die beiden Anodenfolienbahn 5 und die Kathodenfolienbahn 7 in vorgeschalteten Schneidstationen 15 zu Einzellagen vereinzelt werden. Entsprechend werden die vereinzelten Anodenlagen A auf die Unterseite der mittleren Separatorfolienbahn 3 abgelegt, während die vereinzelten Kathodenlagen K auf deren Oberseite abgelegt werden. Die Anodenlagen A werden zudem mit der unteren Separatorfolienbahn 3 überdeckt.
Der Kern der Erfindung besteht darin, dass dem Andruckwalzenpaar 11 eine Plasmabehandlungsstation mit Plasmaquellen 17 vorgelagert ist. Diese sind unmittelbar am Walzenspalt-Eingang des Andruckwalzenpaars 11 angeordnet. Mittels der Plasmaquellen 17 erfolgt eine Oberflächenaktivierung der Elektroden- und/oder Separatorfolienbahnen 3, 5, 7. Auf diese Weise wird eine ausreichend große Haftverbindung durch kovalente Bindungen zwischen den jeweiligen Lagen S, A, S, K bereitgestellt, die nach dem Durchlauf des Walzenspalts eine ausreichend große Adhäsion im gebildeten Endlos-Lagenverbund 13 bereitstellt. Die Plasmabehandlung wird in etwa bei Raumtemperatur durchgeführt. Bei der Plasmabehandlung erfolgt in gängiger Praxis in einer Gasatmosphäre eine Gasentladung. Hierbei strömt das Prozessgas an einer Entladungsstrecke vorbei, wird dort angeregt und in einen Plasmazustand überführt. Das so gebildete Plasma wird im weiteren Prozessverlauf durch eine Plasmadüse 19 auf die Oberfläche der jeweiligen Elektroden- und/oder Separatorfolienbahn 3, 5, 7 appliziert. Bevorzugt sind dem Prozessgas Hilfsstoffe beigefügt, mit deren Hilfe die Haftverbindung im Endlos-Lagenverbund 13 gesteigert wird.
In der Figur ist dem Andruckwalzenpaar 11 eine Schneidstation 21 nachgeschaltet, in der der Endlos-Lagenverbund 13 zu einzelnen Elektroden-Separator-Verbunden ESV abgelängt wird. Die Elektroden-Separator-Verbunde ESV kann, wie in der Figur angedeutet, alternativ oder zusätzlich zur ersten Plasmabehandlung einerweiteren Plasmabehandlungsstation 23 zugeführt werden, bei der ebenfalls mit Hilfe von Plasmaquellen 17 eine Oberflächenaktivierung des jeweiligen Elektroden-Separator-Verbunds ESV stattfindet. Mit Hilfe dieser Plasmabehandlung wird eine gesteigerte Haftverbindung durch kovalente Bindungen zwischen Elektroden-Separator-Verbunden ESV bereitgestellt. Die Elektroden-Separator-Verbunde ESV werden anschließend in einer Stapelstation 25 zu dem Elektroden-Separator-Stapel 1 übereinandergestapelt.
Speziell bei Einsatz einer in der Plasmabehandlungsstation 23 erfolgenden Plasma-Behandlung ist es von Relevanz, dass der Elektroden-Separator-Verbund ESV in Stapelrichtung betrachtet aus einer Anodenlage A, einer Separatorlage S, einer Kathodenlage K, einer Separatorlage S und einer Anodenlage A aufgebaut ist.
Bezugszeichenliste
1 Elektroden-Separator-Stapel
3 Separatorfolienbahnen
5 Anodenfolienbahn
7 Kathodenfolienbahn
11 Andruckwalzenpaar
13 Endlos- Lagenverbund
15 Schneidstation
17 Plasmaquelle
19 Plasmadüse
21 Schneidstation
23 Plasmabehandlungsstation
25 Stapelstation
A Anodenlage
S Separatorlage
K Kathodenlage
ESV Elektroden-Separator-Verbund
F Fertigungsrichtung
E1 , E2 allgemeine Bezeichnung für Elektrodenlagen, d.h. Anodenlage und Kathodenlage

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Herstellung eines Elektroden-Separator-Verbunds (ESV), der Bestandteil eines Elektroden-Separator-Stapels (1) für eine Batteriezelle ist, welcher Elektroden- Separator-Verbund (ESV) aus zumindest einer Elektrodenlage und zumindest einer Separatorlage (S) aufgebaut ist, wobei das Verfahren die folgenden Prozessschritte aufweist:
- einen Legeprozess, bei dem mindestens eine Elektrode(E1 , E2) und eine Separatorlage (S)übereinander gelegt wird; und
- einen Fügeprozess, mittels dem eine Haftverbindung zwischen mindestens einer Elektrodenlage (E1, E2) und einer Separatorlage S ausgebildet wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Fügeprozess eine Plasmabehandlung aufweist, bei der eine Aktivierung der Oberfläche mindestens einer Elektroden- (E1, E2)und/oder Separatorlage ( S) mittels Plasma erfolgt, so dass eine gesteigerte Haftverbindung, bevorzugt durch kovalente Bindungen, zwischen den jeweiligen Fügepartnern bereitgestellt wird. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmabehandlung vor dem Legeprozess durchgeführt wird, so dass im Legeprozess die mit Plasma vorbehandelten Elektroden- und/oder Separatorlagen (E, S) übereinander gelegt werden. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Legeprozess ein kontinuierlicher Prozess ist, bei dem die noch voneinander separaten Elektroden- und Separatorlagen (E, S) als Endlosfolienbahnen gemeinsam durch einen Walzenspalt eines Andruckwalzenpaars (11) geführt werden, und zwar insbesondere unter Bildung eines Endlos-Lagenverbunds (13), der in einem nachgeschalteten Schneidprozess zu einzelnen Elektroden-Separator-Verbunden (ESV) abgelängt wird. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass dem Druckbereich (kann auch keine Walze sondern ein Förderband sein)(11) an der Eingangsseite zumindest eine Plasmaquelle (17) vorgelagert ist, mittels der die Oberflächenaktivierung der Elektroden- und/oder Separatorendlosbahnen (3, 5, 7) durchgeführt wird. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach dem Schneidprozess ein Stapelprozess erfolgt, in dem die Elektroden-Separator-Verbunde (ESV) zu einem Elektroden-Separator-Stapel (1) gestapelt werden, und dass insbesondere zur Stabilisierung des Elektroden-Separator-Stapels (1) dem Stapelprozess eine weitere Plasmabehandlung vorgeschaltet ist, bei der eine Oberflächenaktivierung des jeweiligen Elektroden-Separator-Verbunds (ESV) mittels Plasma erfolgt, so dass eine Haftverbindung durch kovalente Bindungen zwischen übereinander gestapelten Elektroden-Separator-Verbunden (ESV) bereitgestellt wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenaktivierung durch Plasmabehandlung ein- oder beidseitig auf einer Separatorlage (S) und/oder auf einer Separatorlage (S) und/oder auf einer Elektrodenlage (A, K) durchführbar ist, und/oder dass die Oberflächenaktivierung kontinuierlich oder abschnittsweise durchführbar ist. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Plasmabehandlung bei Raumtemperatur durchgeführt, und/oder dass bei der Plasmabehandlung eine Gasentladung in einer Gasatmosphäre erfolgt, wobei das Prozessgas an einer Entladestrecke vorbeiströmt, dort angeregt wird und in den Plasmazustand überführt wird, und dass das so gebildete Plasma im weiteren Prozessverlauf durch eine Plasmadüse (19) auf die Oberfläche der zu behandelnden Elektroden- (E1 , E2) und/oder Separatorlage (S) gelangt, und/oder dass dem Prozessgas Hilfsstoffe beigefügt sind, mit deren Hilfe die Haftverbindung zwischen den Fügepartnern gesteigert wird. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Elektroden-Separator-Verbund (ESV) in Stapelrichtung betrachtet aus einer Separatorlage (S), einer Elektrode (E1 , E2) und einer Separatorlage (S) aufgebaut ist, oder dass der Elektroden-Separator-Verbund (ESV) in Stapelrichtung betrachtet aus einer Separatorlage (S), einer ersten Elektrode (E1), einer Separatorlage (S) und einer zweiten, gegenpoligen Elektrode (E2) aufgebaut ist. Verfahren zur Herstellung eines Elektroden-Separator-Verbunds (ESV), der Bestandteil eines Elektroden-Separator-Stapels (1) für eine Batteriezelle ist, welcher Elektroden- Separator-Verbund (ESV) aus zumindest einer Elektrodenlage und aus zumindest einer Separatorlage (S) aufgebaut ist, wobei das Verfahren einen Stapel-Prozessschritt aufweist, bei dem eine Mehrzahl von Elektroden-Separator-Verbunden (ESV) zum Elektroden-Separator-Stapel (1) gestapelt werden, dadurch gekennzeichnet, dass dem Stapel-Prozessschritt eine Plasmabehandlung vorgeschaltet ist, bei der eine Oberflächenaktivierung der Elektroden-Separator-Verbunde (ESV) mittels Plasma erfolgt, so dass eine gesteigerte Haftverbindung, vorzugsweise durch kovalente Bindungen, zwischen den jeweiligen Fügepartnern bereitgestellt wird. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der durch eine Plasma- Behandlung erstellte Elektroden-Separator-Stapel (1) an seinen beiden Stapelenden mit jeweils einer Anode abschließt, und/oder dass insbesondere der Elektroden-Separator- Verbund (ESV) in Stapelrichtung betrachtet aus einer Anodenlage, einer Separatorlage (S), einer Kathodenlage, einer Separatorlage (S) und einer Anodenlage aufgebaut ist.
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