EP4698334A1 - Verfahren und vorrichtung zum herstellen von elektroden für batteriezellen - Google Patents

Abstract

Bei einem Verfahren zum Herstellen von Elektroden für Batteriezellen wird eine Metallfolie (20) aufliegend auf einer sich drehenden Walze (16) an einer ersten Schlitzdüse (12) vorbeige- führt. Aus dieser tritt eine erste Elektrodenpaste (22) aus, wodurch eine Vorderseite (24) der Metallfolie (20) mit der ersten Elektrodenpaste (22) beschichtet wird. Die Metallfolie (20) wird dann ohne Trocknung der ersten Elektrodenpaste (22) an einer zweiten Schlitzdüse (30) vor beigeführt, aus der eine zweite Elektrodenpaste (32) austritt, wodurch eine Rückseite (38) der Metallfolie (20) mit der zweiten Elektrodenpaste (32) beschichtet wird. Die Metallfolie (20) stützt sich dabei nicht an einer ortsfesten Struktur ab. Erfindungsgemäß wird die Dicke (d₂) der zweiten Elektrodenpaste (32) auf der Rückseite (38) der Metallfolie (20) in einem Regel- kreis geregelt, der als Messglied einen berührungslosen Dickensensor (42, 44) hat.

Description

Verfahren und Vorrichtung zum Herstellen von Elektroden für Batteriezellen

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

1. Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Elektroden für Batteriezellen. Die Elektroden bestehen aus einer dünnen Metallfolie, auf die beidseitig eine Elektrodenpaste mit Hilfe einer Schlitzdüsenbeschichtungsanlage aufgebracht wird.

2. Beschreibung des Standes der Technik

Elektroden für Lithium-Ionen-Batteriezellen enthalten Metallfolien, die beidseitig mit einer Elektrodenpaste beschichtet sind. Wenn es sich bei der Elektrode um die Kathode handelt, besteht die Metallfolie aus Aluminium und hat typischerweise eine Dicke zwischen rund 10 und 20 pm. Die Elektrodenpaste ist auf jeder Seite etwa 70 bis 200 pm dick und besteht in der Regel aus einer Mischung aus der chemisch aktiven Substanz, z.B. einem Lithium-Metall- Oxid, sowie aus Leitruß, einem Binder und einem Lösungsmittel.

Bei der Anode besteht die Metallfolie aus Kupfer und ist ca. 8 bis 15 pm dick. Bei der Elektrodenpaste handelt es sich meist um eine Mischung aus Grafit, Silizium, Leitruß, einem Binder und einem Lösungsmittel. Die Dicke der Beschichtung liegt in der Größenordnung von 50 bis 150 pm auf jeder Seite.

Der Auftrag der zunächst noch feuchten Elektrodenpaste auf die Metallfolie erfolgt im Wege der sog. Schlitzdüsenbeschichtung (engl. slot-die coating). Dabei wird die Metallfolie auf einer Walze an einer Schlitzdüse vorbeigeführt, die sich über die gesamte Breite der Metallfolie erstreckt. Die Elektrodenpaste tritt unter Druck aus der Schlitzdüse aus und wird gegen die Metallfolie gepresst, an der sie somit einseitig anhaftet. Anschließend wird die feuchte Elektrodenpaste in einem Trockner getrocknet.

Für die Qualität der Batteriezellen ist die Homogenität der Schichtdicke ein entscheidender Faktor. Sofern bei einer gegebenen Fördergeschwindigkeit der Metallfolie die Schlitzdüsenbeschichtungsanlage einen ausreichend hohen Massenstrom erzeugt, ist die Schichtdicke der Elektrodenpaste gleich dem Abstand zwischen der Austrittsöffnung der Schlitzdüse und der Metallfolie.

Da beide Seiten der Metallfolie zu beschichten sind, wird in einem ersten Beschichtungsdurchlauf die Vorderseite der Metallfolie und in einem zweiten Beschichtungsdurchlauf die Rückseite der Metallfolie beschichtet.

Wenn zwei Schlitzdüsenbeschichtungsanlagen und zwei Trockner zur Verfügung stehen, kann die einseitig beschichtete und getrocknete Metallfolie nach dem ersten Beschichtungsdurchlauf direkt an die zweite Anlage übergeben werden, um die Elektrodenpaste auf der anderen Seite aufzutragen und zu trocknen (Verfahren A). Auf diese Weise lässt sich ein Endlosprozess realisieren.

Steht nur eine Schlitzdüsenbeschichtungsanlage zur Verfügung, muss die Elektrode im ersten Beschichtungsdurchlauf auf eine Spule aufgewickelt und für den zweiten Beschichtungsdurchlauf von dieser Spule wieder abgewickelt werden (Verfahren B).

Bei beiden Verfahren A und B haben die Elektroden eine sehr homogene Schichtdicke, da in beiden Fällen der Abstand zwischen der Schlitzdüse und der auf der Walze geführten Metallfolie genau definiert ist und sich während des Prozesses nicht ändert.

Das Verfahren A erlaubt zwar einen rund doppelt so hohen Durchsatz im Vergleich zum Verfahren B, erfordert aber auch den doppelten apparativen Aufwand, nämlich zwei Schlitzdüsenbeschichtungsanlagen und zwei Trockner.

Daher wurde vorgeschlagen, die Elektrode in einem einzigen Beschichtungsdurchlauf in einer modifizierten Schlitzdüsenbeschichtungsanlage doppelseitig zu beschichten (Verfahren C). In einer solchen Anlage wird zunächst die Vorderseite in der oben erläuterten Weise mit der Elektrodenpaste beschichtet. Direkt im Anschluss, d.h. ohne Trocknung, wird die einseitig beschichtete Metallfolie über eine zweite Schlitzdüse geführt, die so angeordnet ist, dass die Rückseite der Metallfolie mit der Elektrodenpaste beschichtet wird. Das Verfahren C erfordert somit nur einen Trocknungsprozess, der nach der doppelseitigen Beschichtung durchgeführt wird. Dies ist ein bedeutender Vorteil, da die Trockner bis zu 80 m lang sind und entsprechend viel Energie für die Aufheizung benötigen. Es hat sich allerdings gezeigt, dass die Dicke der Beschichtung auf der Rückseite der Metallfolie Schwankungen aufweist, die nicht bei allen Qualitätsansprüchen toleriert werden können.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung anzugeben, mit dem bzw. der sich effizient in einem einzigen Beschichtungsdurchlauf beidseitig beschichtete Elektroden für Batteriezellen herstellen lassen. Schwankungen der Beschichtungsdicke sollen dabei möglichst gering sein.

Ein diese Aufgabe lösendes Verfahren weist die folgenden Schritte auf: a) eine Metallfolie wird aufliegend auf einer sich drehenden Walze an einer ersten Schlitzdüse vorbeigeführt, aus der eine erste Elektrodenpaste austritt, wodurch eine Vorderseite der Metallfolie mit der ersten Elektrodenpaste beschichtet wird; b) die Metallfolie wird an einer zweiten Schlitzdüse vorbeigeführt, aus der eine zweite Elektrodenpaste austritt, wodurch eine Rückseite der Metallfolie mit der zweiten Elektrodenpaste beschichtet wird, ohne dass sich die Metallfolie dabei an einer ortsfesten Struktur abstützt.

Erfindungsgemäß wird die Dicke der zweiten Elektrodenpaste auf der Rückseite der Metallfolie in einem Regelkreis geregelt, der als Messglied einen berührungslosen Dickensensor hat.

Die Erfindung beruht auf der Erkenntnis, dass die beobachteten Schwankungen der Beschichtungsdicke auf der Rückseite der Metallfolie damit Zusammenhängen, dass sich die Metallfolie am Ort der Beschichtung nicht mit ihrer Vorderseite an einer Walze oder einer anderen ortsfesten Struktur abstützen kann, da die auf der Vorderseite aufgetragene erste Elektrodenpaste noch nicht getrocknet ist. Auf Grund dieser fehlenden Abstützung kann der Abstand zwischen der Metallfolie und der zweiten Schlitzdüse und infolge davon die Schichtdicke zeitlichen Schwankungen unterliegen. Ausgelöst werden können solche Abstandsschwankungen beispielsweise durch Druckschwankungen bei der Zuführung der zweiten Elektrodenpaste zur zweiten Schlitzdüse. Auch Schwankungen der Zugspannung der Metallfolie können sich auf den Abstand zwischen der Metallfolie und der Schlitzdüse auswirken. Beobachtet wurde ferner, dass an sich noch tolerierbare Dickenschwankungen der ersten Elektrodenpaste auf der Vorderseite die Masseverteilung der Elektrode so ungünstig beeinflusst, dass es zu nicht tolerierbaren Schwankungen des Abstands zwischen der Metallfolie und der zweiten Schlitzdüse auswirken kommt.

Da der Druck, der in Schlitzdüsenbeschichtungsanlagen zum Herauspressen der Elektrodenpasten erzeugt wird, von Pumpen aufgebaut wird, lassen sich die auftretenden geringen Druckschwankungen nur mit größtem Aufwand vermeiden. Auch kleinere Schwankungen der Zugspannung in der Metallfolie können nicht zuverlässig ausgeschossen werden, obwohl die Bewegung der Metallfolie vorbei an den ortsfesten Schlitzdüsen gleichförmig sein soll. Die Elektrode zu trocknen, bevor sie der zweiten Schlitzdüse zugeführt wird, um wie bei der ersten Schlitzdüse eine Walze oder eine andere Abstützstruktur vorsehen zu können, scheidet ebenfalls als Maßnahme aus, da man dann einen zweiten Trockner benötigen würde und einer der wesentlichen Vorteile des Verfahrens C verloren ginge.

Die Erfindung geht deswegen einen anderen Weg, indem die Dicke der zweiten Elektrodenpaste auf der Rückseite der Metallfolie in einem Regelkreis geregelt wird, der als Messglied einen berührungslosen Dickensensor hat. Wenn das Stellglied des Regelkreises ohnehin vorhanden ist, benötigt die Regelung hardwareseitig im Wesentlichen nur den berührungslosen Dickensensor, der das Messglied im Regelkreislauf darstellt. Mit einem geringem hardwareseitigen Zusatzaufwand lassen sich somit Schwankungen der Beschichtungsdicke so weit verringern, dass auch enge Toleranzen eingehalten werden können.

Die Stellgröße des Regelkreises kann beispielsweise ein aus der zweiten Schlitzdüse austretender Massefluss sein. Am einfachsten lässt sich dieser Massefluss durch eine Pumpe verändern, die der zweiten Schlitzdüse die zweite Elektrodenpaste zuführt und dann das Stellglied des Regelkreises bildet. Alternativ kommen zusätzliche Aktoren in Betracht, die in der Nähe der Düsenöffnung der zweiten Schlitzdüse angeordnet sind und den Druck auf die vorbeiströmende zweite Elektrodenpaste kurzzeitig um kleine Beträge verändern oder den Mengenstrom der Elektrodenpaste entsprechend variieren..

Als Stellgröße für den Regelkreis kommt auch die Spannung (auch bekannt als Bandzugkraft) der Metallfolie in Förderrichtung im Bereich der zweiten Schlitzdüse in Betracht. Je größer dort die Spannung der Metallfolie ist, desto geringer ist der Abstand zur zweiten Schlitzdüse. Eine weniger straffe Metallfolie hingegen führt zu einer Vergrößerung des Abstandes. Durch diese Veränderung des Abstands der zweiten Schlitzdüse zur Metallfolie variiert auch die Beschichtungsdicke der zweiten Beschichtung. Als Stellglied des Regelkreises kann in diesem Fall ein erster Aktuator eingesetzt werden, der auf die Elektrode eine Zugkraft ausübt. Ein solcher Aktuator kann beispielsweise eine Rolle umfassen, die auf der Vorderseite in einem Bereich der Metallfolie angreift, der während des Schritts a) nicht beschichtet wurde. Diese Rolle kann mit Hilfe von Stellelementen in einer Richtung verfahren werden, die nicht parallel zur Metallfolie verläuft.

Als weitere Stellgröße ist die Ortskoordinate der zweiten Schlitzdüse in der Richtung senkrecht zur Metallfolie denkbar. Wenn die zweiten Schlitzdüse entlang einer Richtung beweglich angeordnet ist, die nicht parallel zur Metallfolie verläuft, kann der Abstand zur Metallfolie unmittelbar durch Bewegen der zweiten Schlitzdüse verändert werden. Bei dem Stellglied des Regelkreises kann es sich dann beispielsweise um einen zweiten Aktuator handeln, der die zweite Schlitzdüse verfährt.

Der Regelkreis kann auch so aufgebaut sein, dass mehrere der vorstehend genannten Stellgrößen gleichzeitig genutzt werden.

Da die Elektrodenpasten nicht transparent sind, ist es schwierig, mit einer einzelnen Messung berührungslos die Dicke der zweiten Elektrodenpaste auf der Rückseite der Metallfolie zu messen. Bevorzugt umfasst der Dickensensor deswegen eine erste Sensoreinheit, welche die Dicke der einseitig beschichteten Elektrode misst, und eine zweite Sensoreinheit, welche die Dicke der beidseitig beschichteten Elektrode misst. Durch Bilden der Differenz lässt sich die Dicke der zweiten Elektrodenpaste unmittelbar ableiten. Wenn der Dickensensor eine dritte Sensoreinheit umfasst, welche die Dicke der Metallfolie misst, kann durch Differenzbildung die Dicke der ersten Elektrodenpaste berechnet werden.

Zum Zwecke der Dickenmessung umfasst die erste und die zweite Sensoreinheit vorzugsweise jeweils zwei Abstandssensoren, die paarweise auf gegenüberliegenden Seiten der Elektrode angeordnet sind und Abstände zu der Elektrode messen. Wenn die Orte der einander zugeordneten Abstandssensoren bekannt sind, kann aus den Abstandswerten unmittelbar auf die Dicke der Elektrode zurückgeschlossen werden. Bei den Abstandssensoren kann es sich beispielsweise um chromatisch-konfokal messende Abstandssensoren handeln. Daneben kommen interferometrisch messende Abstandssensoren oder Abstandssensoren in Betracht, die Röntgenstrahlen, Beta-Strahlen, Ultraschall oder thermische Wellen emittieren.

In der Regel sind bei Batteriezellen die erste und die zweite Elektrodenpaste identisch. Grundsätzlich ist es jedoch auch möglich, unterschiedliche Elektrodenpasten auf die gegenüberliegenden Seiten der Metallfolie aufzubringen. Auch können die Dicken der beiden Beschichtungen unterschiedlich sein.

Die eingangs genannte Aufgabe wird außerdem durch eine Vorrichtung zum Herstellen von Elektroden für Batteriezellen gelöst, die eine erste Schlitzdüse hat, die dazu eingerichtet ist, eine erste Elektrodenpaste auf eine Vorderseite einer Metallfolie aufzutragen. Eine drehbar gelagerte Walze ist dazu eingerichtet, die Metallfolie an der ersten Schlitzdüse vorbeizuführen, so dass die Metallfolie während des Auftrags der ersten Elektrodenpaste auf der Walze aufliegt. Die Vorrichtung weist außerdem eine zweite Schlitzdüse auf, die dazu eingerichtet ist, eine zweite Elektrodenpaste auf eine Rückseite der Metallfolie aufzutragen. Die Elektrode ist während der Beschichtung der Rückseite der Metallfolie nicht an der Vorderseite abgestützt. Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung eine Regelungseinrichtung auf, die als Messglied einen berührungslosen Dickensensor hat und dazu eingerichtet ist, die Dicke der zweiten Elektrodenpaste auf der Rückseite der Metallfolie zu regeln.

Die zum Verfahren genannten Erwägungen und vorteilhaften Ausgestaltungen gelten für die Vorrichtung entsprechend.

Insbesondere kann eine Stellgröße des Regelkreises ausgewählt sein aus der Gruppe bestehend aus: einem aus der zweiten Schlitzdüse austretenden Massefluss, einer Spannung der Metallfolie in Förderrichtung im Bereich der zweiten Schlitzdüse, und einer Ortskoordinate der Schlitzdüse in einer Richtung senkrecht zur Metallfolie.

Je nach verwendeter Stellgröße kann ein Stellglied des Regelkreises eine Pumpe sein, die dazu eingerichtet ist, der zweiten Schlitzdüse die zweite Elektrodenpaste zuzuführen. Mit der Pumpe kann der Mengenstrom verändert werden. Alternativ oder zusätzlich kann ein Stellglied des Regelkreises ein erster Aktuator sein, der dazu eingerichtet ist, auf die Elektrode eine Zugkraft auszuüben. Ferner kommt in Betracht, dass ein Stellglied des Regelkreises ein zweiter Aktuator ist, der dazu eingerichtet ist, die zweite Schlitzdüse entlang der Richtung senkrecht zur Metallfolie zu verfahren.

Der Dickensensor kann eine erste Sensoreinheit, die dazu eingerichtet ist, die Dicke der einseitig beschichteten Elektrode zu messen, und eine zweite Sensoreinheit umfassen, die dazu eingerichtet ist, die Dicke der beidseitig beschichteten Elektrode zu messen.

Die erste und die zweite Sensoreinheit können dabei jeweils zwei Abstandssensoren umfassen, die paarweise auf gegenüberliegenden Seiten der Elektrode angeordnet und dazu eingerichtet sind, Abstände zu der Elektrode zu messen.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem eine Mess- und Regelungseinrichtung zur Verwendung in der vorstehend beschriebenen Vorrichtung. Die Mess- und Regelungseinrichtung umfasst unter anderem den Dickensensor und einen Regler, der auch als Software implementiert sein kann und angepasst ist an die Verwendung in der Vorrichtung.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläutert. In diesen zeigen:

Figur 1 : eine schematische und nicht maßstäbliche Seitenansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel;

Figur 2: eine Draufsicht auf eine Elektrode, die nur teilweise von einer Elektrodenpaste bedeckt ist.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

1. Erstes Ausführungsbeispiel

Die Figur 1 zeigt in einer schematischen Seitenansicht ein erstes Ausführungsbeispiel für eine erfindungsgemäße und insgesamt mit 10 bezeichnete Vorrichtung zum Herstellen von Elektroden für Batteriezellen. Die Vorrichtung 10 ist als Schlitzdüsenbeschichtungsanlage ausgebildet und enthält eine erste Schlitzdüse 12, deren Düsenöffnung 14 in einem genau festge- legten Abstand zur Oberfläche einer Walze 16 angeordnet ist. Die Walze 16 dreht sich während der Beschichtung in einer mit einem Pfeil 18 angedeuteten Drehrichtung und führt der ersten Schlitzdüse 12 eine Metallfolie 20 zu, die von einer nicht dargestellten Speicherrolle abgerollt wird.

Die erste Schlitzdüse 12 ist über eine nicht dargestellte Pumpe mit einem ebenfalls nicht dargestellten Reservoir für eine erste Elektrodenpaste 22 verbunden, die feucht ist und eine körnige Konsistenz hat. Mögliche Zusammensetzungen für Elektrodenpasten sind oben bei der Beschreibung des Standes der Technik beschrieben und kommen auch für die Elektrodenpaste 22 in Betracht. Entsprechendes gilt für die Metallfolie 20.

Die Pumpe fördert die erste Elektrodenpaste 22 aus dem Reservoir und führt diese mit gleichmäßigem Druck der Düsenöffnung 14 zu. Die Düsenöffnung 14 ist schlitzförmig und erstreckt sich senkrecht zur Papierebene über die gesamte Breite der Metallfolie 20.

Die Pumpe presst die erste Elektrodenpaste 22 aus der Düsenöffnung 14 heraus, wodurch die erste Elektrodenpaste 22 auf die Metallfolie 20 aufgetragen wird und dort anhaftet. Wenn die Drehgeschwindigkeit der Walze 16 und der Massenfluss der ersten Elektrodenpaste 22 richtig aufeinander abgestimmt sind, entsteht auf der Vorderseite 24 der Metallfolie 20 eine Schicht aus der ersten Elektrodenpaste 22, die eine gleichmäßige Dicke di hat. Die Dicke di wird dabei durch den Abstand zwischen der Düsenöffnung 14 und der Metallfolie 20 festgelegt, deren Lage durch die ortsfeste Walze 16 exakt definiert ist. Festgelegt bedeutet dabei nicht, dass die Dicke di stets gleich diesem Abstand sein muss. Je nach den Eigenschaften der Elektrodenpaste 22 kann diese nach dem Auftrag schrumpfen oder sich ausdehnen. In solchen Fällen unterscheidet sich die Dicke di der Elektrodenpaste 22 von dem besagten Abstand.

In Förderrichtung hinter der ersten Schlitzdüsen 12 ist eine zweite Schlitzdüse 30 angeordnet, welche die Rückseite der Metallfolie 20 mit einer zweiten Elektrodenpaste 32 beschichtet.

Eine Pumpe 34, die der zweiten Schlitzdüse 30 die zweite Elektrodenpaste 32 zuführt, fördert die zweite Elektrodenpaste von einem nicht dargestellten Reservoir zu einer Düsenöffnung 36 der zweiten Schlitzdüse 30. Der Massenfluss der zweiten Elektrodenpaste 32 und die Fördergeschwindigkeit der Metallfolie 20 sind auch hier so aufeinander abgestimmt, dass die Rückseite 38 der Metallfolie 20 gleichmäßig mit der zweiten Elektrodenpaste 32 beschichtet wird. Die Dicke cb der Elektrodenpaste 32 auf der Rückseite 38 schwankt jedoch deutlich stärker als die Dicke di der ersten Elektrodenpaste 22.

Diese stärkeren Dickenschwankungen hängen damit zusammen, dass sich die Metallfolie 20 bei der Beschichtung der Rückseite 38 nicht an einer Walze oder einer ähnlichen ortsfesten Struktur abstützen kann, da die erste Elektrodenpaste 22 auf der Vorderseite 24 noch nicht getrocknet ist und deswegen nicht berührt werden darf. Der Abstand zwischen der Metallfolie 20 und der Düsenöffnung 36 der zweiten Stützdüse 30 ist daher bei der Beschichtung der Rückseite 38 nicht exakt definiert, was zu den unerwünschten Dickenschwankungen führt.

Um solche Dickenschwankungen zu vermeiden oder zumindest auf ein tolerierbares Maß zu verringern, verfügt die Vorrichtung 10 über eine Mess- und Regeleinrichtung 40, die gemeinsam mit der vorstehend erläuterten Regelstrecke einen Regelkreis bildet.

Die Mess- und Regeleinrichtung 40 umfasst zu diesem Zweck einen Dickensensor, mit dem sich die Dicke der auf die Rückseite 38 der Metallfolie 20 aufgebrachten zweiten Elektrodenpaste 32 berührungslos messen lässt. Der Dickensensor umfasst im dargestellten Ausführungsbeispiel eine erste Sensoreinheit 42 und eine zweite Sensoreinheit 44, die jeweils ein Paar einander gegenüberliegende Abstandssensoren 42a, 42b bzw. 44a, 44b aufweisen.

Der Abstand zwischen den Abstandssensoren 42a, 42b ist mit hoher Genauigkeit bekannt, so dass aus den von den Abstandssensoren 42a, 42b gemessenen Abständen die Dicke der dazwischen vorbeigeführten einseitig beschichteten Elektrode ableiten lässt. Diese Dicke ergibt sich aus dem Abstand der Abstandssensoren 42a, 42b abzüglich der gemessenen Abstände zur Oberfläche der ersten Elektrodenpaste 22 bzw. zur Rückseite 38 der Metallfolie 20. Auf diese Weise kann die erste Sensoreinheit 42 die Dicke der einseitig beschichteten Elektrode quasikontinuierlich messen, während die einseitig beschichtete Elektrode zwischen den Abstandssensoren 42a, 42b hindurchgeführt wird. Als Abstandssensoren 42a, 42b sind beispielsweise chromatisch-konfokale Abstandssensoren geeignet, die über eine sehr hohe Messgenauigkeit bei Abtastraten von rund 35 kHz verfügen.

Bei sehr breiten Metallfolien 20 können die Abstandssensoren 42a, 42b auch als Liniensensoren ausgebildet sein, oder es werden mehrere punktförmig messende Abstandssensoren nebeneinander entlang einer Richtung senkrecht zur Papierrichtung angeordnet. Häufig treten größere Dickenschwankungen jedoch nur in Längs- und nicht in Querrichtung der Elektrode auf, so dass ggf. ein einziges Paar punkförmig messender Abstandssensoren 42a, 42b genügt.

Die zweite Sensoreinheit 44 mit den Abstandssensoren 44a, 44b ist in der gleichen Weise aufgebaut und liefert somit die Dicke dE der an dieser Stelle beidseitig beschichteten Elektrode.

Die Dicke dz der zweiten Elektrodenpaste 32 auf der Rückseite 38 der Metallfolie 20 lässt sich bestimmen, indem von der von der zweiten Sensoreinheit 44 gemessenen Dicke dE der beidseitig beschichteten Elektrode die Dicke der einseitig beschichteten Elektrode subtrahiert wird, die von der ersten Sensoreinheit 42 gemessen wird.

Wenn die Dicke der ersten Elektrodenpaste 22 ausreichend konstant ist, müssen die von den Sensoreinheiten 42, 44 erzeugten Messdaten nicht zeitlich korreliert werden. Falls diese Annahme nicht erfüllt ist, sind die von den Sensoreinheiten 42, 44 gemessenen Dicken über die Fördergeschwindigkeit der Metallfolie 20 entsprechend zu synchronisieren („same spot measurement").

Die vorstehend erläuterte Berechnung der Dicke dz der zweiten Elektrodenpaste 32 wird in einem Regler 50 vorgenommen, dem die Messdaten der Abstandssensoren 42a, 42b und 44a, 44b zugeführt werden. Weicht der gemessene Istwert der Dicke dz von einem vorgegebenen Sollwert spürbar ab, so berechnet der Regler 50 eine Stellgröße für ein Stellglied, das für eine Verringerung der Dickenabweichung sorgt.

Im dargestellten Ausführungsbeispiel handelt es sich bei dem Stellglied um die Pumpe 34, die der zweiten Schlitzdüse 30 die zweite Elektrodenpaste 32 zuführt. Liegt der gemessene Istwert der Dicke der zweiten Elektrodenpaste 32 beispielsweise unterhalb des Sollwertes, so wird die Pumpe 34 so angesteuert, dass diese mehr Masse fördert, wodurch pro Zeiteinheit die aus der Schlitzdüse 30 austretende Masse an zweiter Elektrodenpaste 32 und damit die Dicke zunimmt. Stellt der Dickensensor hingegen ein Überschreiten der Solldicke fest, wird die Pumpleistung der Pumpe 34 vom Regler 50 entsprechend verringert. Die Regelung gewährleistet, dass die zweite Elektrodenpaste 32 trotz fehlender Abstützung auf der Vorderseite der Metallfolie 20 mit gleichmäßiger Dicke dz aufgetragen wird. Im dargestellten Ausführungsbeispiel enthält die Vorrichtung 10 noch eine dritte Sensoreinheit 52, die ebenfalls ein Paar einander gegenüberliegender Abstandssensoren 52a, 52b umfasst. Die dritte Sensoreinheit 52 misst die Dicke dp der Metallfolie 20 vor der Beschichtung der Vorderseite 24 durch die erste Schlitzdüse 12. Dadurch ist es möglich, durch Differenzbildung die Dicke di der auf die Vorderseite 24 aufgetragenen Schicht aus erster Elektrodenpaste 22 zu messen. Zwar ist eine Regelung der Dicke di im Allgemeinen nicht erforderlich. Noch tolerierbare Schwankungen der Dicke di der ersten Elektrodenpaste 22 können sich aber auf Grund der damit einhergehenden Masseverlagerungen auf die Beschichtung mit der zweiten Elektrodenpaste 32 auswirken. Der Regler 50 kann Schwankungen der Dicke di bei der Bestimmung der Stellgröße für die Pumpe 34 einfließen lassen.

2. Weitere Ausführungsbeispiele

Mit 60, 62 sind in der Figur 1 Aktuatoren angedeutet, mit denen sich die zweite Schlitzdüse 30 zumindest annähernd senkrecht zur Metallfolie 20 um kleine Wegstrecken verfahren lässt. Auf diese Weise kann der Abstand zwischen der Metallfolie und der Düsenöffnung 36 der zweiten Schlitzdüse 30 und damit die Schichtdicke der zweiten Elektrodenpaste 32 verändert werden. Die Aktuatoren 60, 62 stellen Stellglieder des Regelkreises dar, mit denen der Regler 50 auf die Dicke dz einwirken kann. Diese Stellglieder können zusätzlich oder alternativ zur Pumpe 34 vorgesehen sein.

Ein weiteres mögliches Stellglied ist in der Figur 1 durch eine gestrichelt dargestellte Rolle 70 angedeutet, die durch nicht dargestellte Stellelemente verfahrbar ist, wie dies durch einen Doppelpfeil angedeutet ist. Eine solche Rolle 70 darf die Elektrode nur in Bereichen berühren, an denen keine Elektrodenpaste die Metallfolie 20 bedeckt. Solche unbedeckten und meist streifenförmigen Bereiche sind in der Figur 2 in einer Draufsicht gezeigt und mit 72 (Längs- streifen) und 74 (Querstreifen) bezeichnet. An dem sich in Längsrichtung der Elektrode erstreckenden Längsstreifen 72 kann die Rolle 70 angreifen, wodurch eine Zugspannung in der Metallfolie 20 erzeugt wird. Um die Zugspannung zu verändern, verfahren die Stellelemente die Rolle 70, wodurch sich diese geringfügig zur Metallfolie 20 hin- oder davon wegbewegt. Die Rolle 70 wirkt also als Aktuator, der eine Zugkraft auf die Metallfolie 20 ausübt. Die Zug- kraft verändert die Zugspannung in der Metallfolie und damit den Abstand zwischen der Metallfolie 20 und der Düsenöffnung 36 der zweiten Schlitzdüse 30. Diese Abstandsänderung wirkt sich unmittelbar auf die Schichtdicke der zweiten Elektrodenpaste 32 aus.

Im Allgemeinen genügt es, wenn der Regler 50 auf nur eines der genannten Stellglieder ein- wirkt. Im Prinzip kommt jedoch auch in Betracht, mehrere unterschiedliche Stellglieder vorzusehen.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Verfahren zum Herstellen von Elektroden für Batteriezellen, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: a) eine Metallfolie (20) wird aufliegend auf einer sich drehenden Walze (16) an einer ersten Schlitzdüse (12) vorbeigeführt, aus der eine erste Elektrodenpaste (22) austritt, wodurch eine Vorderseite (24) der Metallfolie (20) mit der ersten Elektrodenpaste (22) beschichtet wird; b) die Metallfolie (20) wird ohne Trocknung der ersten Elektrodenpaste (22) an einer zweiten Schlitzdüse (30) vorbeigeführt, aus der eine zweite Elektrodenpaste (32) austritt, wodurch eine Rückseite (38) der Metallfolie (20) mit der zweiten Elektrodenpaste (32) beschichtet wird, ohne dass sich die Metallfolie (20) dabei an einer ortsfesten Struktur abstützt; dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke (dz) der zweiten Elektrodenpaste (32) auf der Rückseite (38) der Metallfolie (20) in einem Regelkreis geregelt wird, der als Messglied einen berührungslosen Dickensensor (42, 44) hat.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stellgröße des Regelkreises ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einem aus der zweiten Schlitzdüse (30) austretenden Massefluss, einer Spannung der Metallfolie (20) in Förderrichtung im Bereich der zweiten Schlitzdüse (30), und einer Ortskoordinate der zweiten Schlitzdüse (30) in einer Richtung senkrecht zur Metallfolie (20).

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße der aus der zweiten Schlitzdüse (30) austretende Massefluss ist, und dass ein Stellglied des Regelkreises eine Pumpe (34) ist, die der zweiten Schlitzdüse (30) die zweite Elektrodenpaste (32) zuführt.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Stellgröße die Spannung der Metallfolie (20) in Förderrichtung im Bereich der zweiten Schlitzdüse (30) ist, und dass ein Stellglied des Regelkreises ein erster Aktuator (70) ist, der auf die Elektrode eine Zugkraft ausübt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Aktuator eine Rolle (70) umfasst, die auf der Vorderseite (24) in einem Bereich (72) der Metallfolie (20) angreift, der während des Schritts a) nicht beschichtet wurde.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Dickensensor eine erste Sensoreinheit (42), welche die Dicke der einseitig beschichteten Elektrode misst, und eine zweite Sensoreinheit (44) umfasst, welche die Dicke (ds) der beidseitig beschichteten Elektrode misst.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Sensoreinheit (42, 44) jeweils zwei Abstandssensoren (42a, 42b; 44a, 44b) umfassen, die paarweise auf gegenüberliegenden Seiten der Elektrode angeordnet sind und Abstände zu der Elektrode messen.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei denen die Abstandssensoren chromatisch-konfokal messende Abstandssensoren (42a, 42b; 44a, 44b) sind.

9. Verfahren nach Anspruch 7, bei denen die Abstandssensoren interferometrisch messende Abstandssensoren sind.

10. Vorrichtung (10) zum Herstellen von Elektroden für Batteriezellen, mit einer ersten Schlitzdüse (12), die dazu eingerichtet ist, eine erste Elektrodenpaste (22) auf eine Vorderseite (24) einer Metallfolie (20) aufzutragen, einer drehbar gelagerten Walze (16), die dazu eingerichtet ist, die Metallfolie (20) an der ersten Schlitzdüse (12) vorbeizuführen, so dass die Metallfolie (20) während des Auftrags der ersten Elektrodenpaste (22) auf der Walze (16) aufliegt, einer zweiten Schlitzdüse (30), die dazu eingerichtet ist, eine zweite Elektrodenpaste (32) auf eine Rückseite (38) der Metallfolie (20) aufzutragen, wobei die Elektrode während der Beschichtung der Rückseite (38) der Metallfolie (20) nicht an der Vorderseite (24) abgestützt ist, gekennzeichnet durch eine Regelungseinrichtung (40), die als Messglied einen berührungslosen Dickensensor (42, 44) hat und dazu eingerichtet ist, die Dicke der zweiten Elektrodenpaste (32) auf der Rückseite (38) der Metallfolie (20) zu regeln.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass eine Stellgröße der Regelungseinrichtung (40) ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus: einem aus der zweiten Schlitzdüse (30) austretenden Massefluss, einer Spannung der Metallfolie (20) in Förderrichtung im Bereich der zweiten Schlitzdüse (30), und einer Ortskoordinate der zweiten Schlitzdüse (30) in einer Richtung senkrecht zur Metallfolie (20).

12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Dickensensor eine erste Sensoreinheit (42), die dazu eingerichtet ist, die Dicke der einseitig beschichteten Elektrode zu messen, und eine zweite Sensoreinheit (44) umfasst, die dazu eingerichtet ist, die Dicke (ds) der beidseitig beschichteten Elektrode zu messen.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Sensoreinheit (42, 44) jeweils zwei Abstandssensoren (42a, 42b; 44a, 44b) umfassen, die paarweise auf gegenüberliegenden Seiten der Elektrode angeordnet sind und dazu eingerichtet sind, Abstände zu der Elektrode messen.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandssensoren chro- matisch-konfokal messende Abstandssensoren (42a, 42b; 44a, 44b) sind.

15. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstandssensoren interfe- rometrisch messende Abstandssensoren sind.

16. Mess- und Regelungseinrichtung (40) zur Verwendung in der Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 10 bis 15.

17. Verwendung eines berührungslosen Dickensensors (42, 44) zum Messen der Dicke der zweiten Elektrodenpaste (32) auf der Rückseite der Metallfolie (20) in einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9.