WO2012062423A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines elektrochemischen energiespeichers - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines elektrochemischen energiespeichers Download PDF

Info

Publication number
WO2012062423A1
WO2012062423A1 PCT/EP2011/005476 EP2011005476W WO2012062423A1 WO 2012062423 A1 WO2012062423 A1 WO 2012062423A1 EP 2011005476 W EP2011005476 W EP 2011005476W WO 2012062423 A1 WO2012062423 A1 WO 2012062423A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
objects
separator
cathode
anode
gripped
Prior art date
Application number
PCT/EP2011/005476
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Claus-Rupert Hohenthanner
Original Assignee
Li-Tec Battery Gmbh
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 Li-Tec Battery Gmbh filed Critical Li-Tec Battery Gmbh
Priority to EP11799072.1A priority Critical patent/EP2638590A1/de
Priority to JP2013537032A priority patent/JP2013546132A/ja
Priority to CN2011800539488A priority patent/CN103250288A/zh
Priority to KR1020137014509A priority patent/KR20130103569A/ko
Priority to US13/883,611 priority patent/US20130298389A1/en
Publication of WO2012062423A1 publication Critical patent/WO2012062423A1/de

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
    • 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
    • H01M10/0413—Large-sized flat cells or batteries for motive or stationary systems with plate-like electrodes
    • 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
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/06—Lead-acid accumulators
    • H01M10/12—Construction or manufacture
    • H01M10/14—Assembling a group of electrodes or separators
    • 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
    • H01M10/24—Alkaline accumulators
    • H01M10/28—Construction or manufacture
    • H01M10/281—Large cells or batteries with stacks of plate-like electrodes
    • 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
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/12—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte
    • H01M8/124—Fuel cells with solid electrolytes operating at high temperature, e.g. with stabilised ZrO2 electrolyte characterised by the process of manufacturing or by the material of the electrolyte
    • 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
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/052—Li-accumulators
    • 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
    • H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
    • H01M10/058—Construction or manufacture
    • H01M10/0585—Construction or manufacture of accumulators having only flat construction elements, i.e. flat positive electrodes, flat negative electrodes and flat separators
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/005—Devices for making primary cells
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
    • H01M6/42—Grouping of primary cells into batteries
    • H01M6/46—Grouping of primary cells into batteries of flat cells
    • 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
    • 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
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • 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
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/49—Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49002—Electrical device making
    • Y10T29/49108—Electric battery cell making
    • Y10T29/49115—Electric battery cell making including coating or impregnating
    • 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
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10T—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00—Metal working
    • Y10T29/53—Means to assemble or disassemble
    • Y10T29/5313—Means to assemble electrical device
    • Y10T29/53135—Storage cell or battery

Definitions

  • the present invention relates to a method and a device for producing an electrochemical energy store.
  • the US 5,456,000 describes a method for producing a secondary lithium-ion battery, in the electrode, electrolyte and
  • Polymer matrix compositions are laminated to a unitary
  • US 5,470,357 belongs to the same family as the previous document.
  • US 5,688,293 describes a process for the preparation of a
  • Separator element between two electrodes wherein at least one of the electrodes or the separator is provided with a layer of a paste containing a gel-forming polymer in which an electrolytically active material is dispersed.
  • the two electrodes are on the
  • the substrate is then folded so that a folded electrode stack is formed.
  • a thin layer electrochemical cell based on a lamination process wherein the cell has a plurality of layers, the two electrodes
  • the electrodes include, which are separated by a separator.
  • the electrodes are laminated to the separator.
  • Electrode masses and the separator and at least one electrolyte stream are fed separately to a processor unit, in which the processor unit 20 merges the masses and the separator immediately before the
  • the present invention is based on the object, as effective as possible technical teaching for the production of electrochemical
  • Electrode stack for an electrochemical energy storage in which anodes (5) and cathodes (8) are alternately stacked and separated by at least one separator (6, 7). The following steps are preferably carried out:
  • At least one separator (6, 7) by at least one gripper (19, 20, 21, 22, 24 - 29) and
  • Electrode stack is Electrode stack.
  • Electrode stack for an electrochemical energy store provided with a first supply means (1, 4) for supplying at least one anode (5) or cathode (8), a second supply means (2, 3) for supplying at least one separator (6, 7) and at least one Gripper (19, 20, 21, 22, 24 - 29) for gripping the at least one anode (5) or cathode (8) and the at least one separator (6, 7) and for storing the gripped objects (5, 6, 7 , 8) for forming an electrode stack.
  • a first supply means (1, 4) for supplying at least one anode (5) or cathode (8)
  • a second supply means (2, 3) for supplying at least one separator (6, 7) and at least one Gripper (19, 20, 21, 22, 24 - 29) for gripping the at least one anode (5) or cathode (8) and the at least one separator (6, 7) and for storing the gripped objects (5, 6, 7 , 8) for forming an electrode stack.
  • the feed devices are preferably designed as conveying devices, particularly preferably as parallel-running belts for supplying anodes, cathodes and separators.
  • the devices according to the invention have a plurality of grippers (24, 25, 26, 27, 28, 29), which along at least one perpendicular to the preferably parallel running bands (1, 2, 3, 4) aligned axis (9, 10, 1 1, 12, 13, 14, 15, 16, 23) are movably arranged.
  • electrochemical energy storage to understand any device that can store energy in chemical form and deliver it in electrical form.
  • electrochemical energy storage are galvanic cells or aggregates of multiple galvanic cells. These include, in particular, electrically chargeable (“secondary”) electrochemical energy stores which absorb energy by electrical means and the absorbed energy in chemical form
  • an electrode stack is an array of at least two electrodes
  • An electrode stack serves to store chemical energy and convert it into electrical energy. In the case of secondary energy stores, the electrode stack can also be used to convert electrical energy into chemical energy.
  • an anode in accordance with the usual language use that electrode to understand at which the oxidation takes place, so that chemical reaction in which one to
  • a cathode is understood to mean an electrode at which the reduction takes place, with electrons being transferred to a molecule.
  • the anode With a discharging galvanic element, the anode is negatively charged and the cathode positively charged. In the state of charging a galvanic element, the oxidation is caused by an electron withdrawal at the positively charged anode.
  • the anode is the positive pole in this case; the cathode is corresponding to the negative pole.
  • Energy storage more preferably at least one cathode, a A compound having the formula LJMP04, wherein M is at least one
  • Transition metal cation of the first row of the Periodic Table of the Elements is.
  • the transition metal cation is preferably selected from the group consisting of manganese (Mn), iron (Fe), nickel (Ni) and titanium (Ti) or a combination of these elements.
  • the compound preferably has an olivine structure, with iron (Fe) being particularly preferred. In the olivine structure
  • At least one electrode of the electrochemical energy store preferably at least one cathode, a lithium manganate, preferably spinel-type LiMn204, a lithium cobaltate, preferably LiCoO 2, or a lithium nickelate, preferably LiNiO 2, or a Mixture of two or three of these oxides, or a lithium mixed oxide containing manganese, cobalt and / or nickel on.
  • a separator is any device that is suitable for electrical
  • Short circuit between an anode and a cathode to prevent, while at the same time an ion transport through the separator or by a separator wetting or filling the electrolyte is made possible, so that an electrochemical reaction can take place.
  • an electrochemical reaction can take place.
  • separators which are not or only poorly electron-conducting, and which consist of an at least partially permeable carrier.
  • a preferred carrier is preferably coated on at least one side with an inorganic material.
  • an organic material is preferably used, which is preferably designed as a non-woven fleece.
  • the organic material which is preferably a polymer, and more preferably one
  • Polyethylene terephthalate is, with an inorganic, preferably ion-conducting material coated, which is more preferably ion conducting in a temperature range of - 40 ° C to 200 ° C.
  • the inorganic material preferably comprises at least one compound from the group of oxides, phosphates, sulfates, titanates, silicates, aluminosilicates with at least one of the elements zirconium (Zr), aluminum (Al) or lithium (Li), particularly preferably zirconium oxide (zirconium oxide).
  • the inorganic ion-conducting material has particles with one largest
  • Electrodes, ie anodes or cathodes and separators are in the
  • two objects from a group of objects comprising anodes, cathodes and separators are jointly gripped by at least one gripper and added to an electrode stack.
  • the joint grabbing of at least two objects can be on
  • At least two objects from a group of objects comprising anodes, cathodes and separators are gripped simultaneously by different grippers and added to an electrode stack.
  • Another preferred embodiment of the invention provides that at least two objects from a group of objects, the anodes, cathodes and
  • Separators comprises, taken by at least one gripper sequentially cumulatively and added to an electrode stack.
  • the term "cumulatively grasped” is intended to mean that a corresponding gripper first grips a first object and then, without first depositing the object first gripped, grasps at least one second object and subsequently both or Add all or some of these objects together to an electrode stack, for example, by placing both objects together on an electrode stack.
  • at least one preferably sheet-shaped object is at least partially permeable to air and is gripped by a vacuum gripper.
  • a vacuum gripper is a special type of gripper to understand that sucks an object to be gripped by means of a negative pressure, whereby the object to be gripped with the help of prevailing on the other side of the object to be gripped higher ambient pressure (normal pressure) pressed against the vacuum gripper becomes.
  • ambient pressure normal pressure
  • a vacuum gripper is a special type of gripper to understand that sucks an object to be gripped by means of a negative pressure, whereby the object to be gripped with the help of prevailing on the other side of the object to be gripped higher ambient pressure (normal pressure) pressed against the vacuum gripper becomes.
  • ambient pressure normal pressure
  • At least one first object has a larger area than at least one second object. This is particularly advantageous if, in the case of cumulative gripping of at least two objects by one
  • Vacuum gripper is exposed.
  • the annular gap is preferably formed by the fact that, after gripping an object with a smaller area, an annular gap remains free, in the area of which a larger object of the negative pressure effect of the still to be gripped
  • Vacuum gripper is exposed. According to a further preferred embodiment of the invention, it is provided that successively cumulatively taken objects are stored together on an electrode stack. By the cumulative gripping of a plurality of objects, a noticeable shortening of the transport times can be realized, which has a favorable effect on the throughput of the production method.
  • a device Preferably, to carry out the method, a device
  • a device is provided with at least one anode band, at least one
  • a device is provided with at least one anode band, at least one cathode band and at least two separator bands arranged between in each case one anode band and one cathode band each.
  • the device for carrying out the method according to the invention preferably has a device for stacking objects between the at least two separator strips.
  • the means for stacking is preferably designed such that objects can also be stored temporarily on a stack and at least partially removed from this stack.
  • objects are offset from one another during the stacking and / or twisted onto one another or
  • the surfaces of the objects are preferably substantially perpendicular to the direction of gravity.
  • the objects are placed offset one above the other in the sense of the present invention description, when they are shifted in the direction tangential to their surface against each other or offset from each other. They are superimposed on one another when they are superimposed on each other about an axis perpendicular to their surface.
  • the invention provides that at least one first object is retained, while at least one second object lying above the at least one first object is removed.
  • a second object lies above a first object in accordance with the usual usage, when the second object exerts its weight force on the first object.
  • a preferred embodiment of the invention provides that at least one first object is retained while at least one second object lying above the at least one first object is removed by exerting a pressure from above on at least one point or part of this object.
  • the at least one point or at least a part of this object is at the edge of the surface of this object.
  • this embodiment of the invention has proved to be particularly advantageous when the preferably sheet-like objects have a low stiffness, in particular a lower stiffness than sheet-shaped objects made of paper, which in electrode materials or
  • the objects used are at least partially air-permeable objects.
  • leaf-shaped objects allows a particularly effective, reliable and simple separation of these preferably leaf-shaped objects, in particular if they by their material properties and a so
  • Adhesion or cohesion easily adhere to each other or if these, especially in the case of at least partially air-permeable objects, are sucked together in a plurality of a vacuum lift.
  • At least one sheet-shaped object is preferably an electrode or a
  • a lifting device rotatable about a vertical axis and / or displaceable in a horizontal plane is used, which is aligned and / or positioned with the aid of a device which detects the position of an object to be removed recognizes with the help of an information technology procedure.
  • Preferred lifting devices are mechanical
  • Gripping devices electrostatic lifting devices or vacuum lifts.
  • devices for detecting the position of an object to be removed preferably all devices are considered which are suitable for detecting the position of an object to be removed with the aid of an information technology method, preferably with the aid of a signal processing method and particularly preferably with the aid of a pattern recognition method.
  • the effective elements of the lifting device preferably the suction cups one Vacuum lifter preferably aligned and / or positioned so that these effective elements of the lifting meet as well with the surface of the ab directedden, especially the object to be lifted, and that these effective elements of the lifting preferably not with others, especially under the object to be lifted or abrousden Touch or in an operative context.
  • At least one lifting device particularly preferably a vacuum jack is provided which is rotatable on a lifting device about a vertical axis and / or slidably disposed in a horizontal plane.
  • the vertical axis is preferably arranged substantially parallel to the direction of gravity and thus substantially orthogonal to the surfaces of the stored or raised objects.
  • the horizontal plane is preferably arranged perpendicular to the vertical axis.
  • These or other embodiments of the invention preferably have at least one hold-down device, by which at least one first object is held fast, while at least one second object lying above the at least one first object is removed.
  • any device which is suitable is a first object located below a second object
  • Downholders are preferably mechanical gripping devices, electrostatic holding devices or operating with a vacuum or vacuum down device in question.
  • the hold-down is rigidly connected to the vacuum jack or the other lifting device or at least connected so that a relative movement between the hold-down and the vacuum lift in any case is not possible if the vacuum or other Lifting devices move horizontally in relation to a stored or horizontal object.
  • At least one vacuum lift on a plurality of pressure chambers are preferably independent
  • the pressure chambers are arranged in the horizontal direction against each other displaceable. This has the advantage that the position of the pressure chambers of the shape of the preferably sheet-shaped object can be adjusted.
  • the inventive arrangement preferably has an information technology device for detecting the position of an object to be removed.
  • the inventive arrangement has a
  • Information technology device recognized location of an object to be removed.
  • the information technology device for detecting the position of an object to be removed preferably has a camera.
  • Figure 1 shows a schematic section of a
  • FIG. 2 shows a schematic cross section through an apparatus for carrying out the method according to the invention in accordance with a preferred embodiment of the invention
  • FIG. 3 shows a schematic cross section through an apparatus for carrying out the method according to the invention in accordance with a further preferred exemplary embodiment of the invention
  • FIG. 1 A preferred embodiment of a device according to the invention is shown schematically in FIG.
  • separators 6 are fed to the device.
  • the device on the band 4 cathodes 8 and 3 on the belt separators 7 are supplied.
  • a device 17 for stacking preferably sheet-shaped objects is provided, which is preferably also designed as a conveyor, so that mounted electrode stack 18 can be removed from left to right.
  • the axes 9, 10, 1 1, 12, 13, 14, 15 and 16 are arranged, on which grippers 19, 20, 21, 22 are movably arranged, with which the preferably sheet-shaped objects, electrodes and / or Separators seized and on the equipment to
  • Stacking 17 are deposited by electrode stacks.
  • the grippers can be arranged to be movable independently of one another along the axes and perpendicular to the plane of the figure, so that these grippers, the electrodes or separators gripped on the strips 1, 2, 3 and 4, on the device 17 for storing or stacking preferably sheet-shaped objects can assemble into electrode stacks, in each of which adjacent electrodes are separated by at least one separator.
  • Embodiment of the invention are on the axis 23 four grippers, 24, 25, 26 and 27 arranged along the axis and vertically movable, so that these grippers of the bands 1, 2, 3 and 4 electrodes 5 and 8 and 6 and 7 grab separators and add on the device 17 to an electrode stack 18.
  • the grippers shown in FIG. 2 can be arranged in such a way that they are also suitable for the cumulative gripping of a plurality of preferably sheet-shaped objects.
  • FIG. 3 shows a variant of the arrangement shown in FIG. 2, in which only two grippers 28 and 29 are provided, the gripper 28 being shown in the phase in which it grips an electrode 5 from the strip 1, around it
  • the gripper 30 transports an electrode 8 which has a smaller area than the separator 7.
  • the gripper 30 has both cumulatively gripped preferably leaf-shaped objects in order to apply them to an electrode stack

Abstract

Bei einem Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für einen elektrochemischen Energiespeicher, in dem Anoden (5) und Kathoden (8) abwechselnd gestapelt und jeweils durch wenigstens einen Separator (6, 7) getrennt sind, werden wenigstens eine Anode (5) oder Kathode (8) und wenigstens ein Separator (6,7) zugeführt. Die wenigstens eine Anode (5) oder Kathode (8) und der wenigstens eine Separator (6, 7) werden durch wenigstens einen Greifer (19, 20, 21, 22, 24 - 29) gegriffen und zum Bilden eines Elektrodenstapels abgelegt.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung
Elektrochemischen Energiespeichers
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung eines elektrochemischen Energiespeichers.
Die US 5,456,000 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer Sekundär- Lithium-Ionen Batterie, bei dem Elektroden-, Elektrolyt- und
Separatorenelemente in der Form von Schichten von plastizierten
Polymermatrixzusammensetzungen laminiert werden, um eine unitäre
Batteriezellenstruktur zu bilden. Die US 5,470,357 gehört zur gleichen Familie wie das vorhergehende Dokument. Die US 5,688,293 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung einer
wiederaufladbaren elektrochemischen Zelle mit einem porösem
Separatorelement zwischen zwei Elektroden, bei dem wenigstens einer der Elektroden oder der Separator mit einer Schicht aus einer Paste versehen wird, die einen gelbildenden Polymer enthält, in welchem ein elektrolytisch aktives Material dispergiert ist. Dabei werden die beiden Elektroden auf den
entgegengesetzten Seiten des Separatorelements fixiert. Das Dokument offenbart eine Herstellungseinrichtung mit vier parallel laufenden Bändern, wobei jedoch kein Stapeln der Materialien erforderlich ist. Die US 6,287,721 B1 beschreibt ein Herstellungsverfahren und eine
entsprechende Anlage zur Herstellung elektrochemischer Zellen, insbesondere von Polymer-Lithium-Ionen-Batterien. Bei der Herstellung werden diskrete Anoden mit seitlich abstehenden Anschlüssen longitudinal nebeneinander auf einem ausgestreckten ebenen Separator platziert, der aus einem elastischen Material besteht. Auf der entgegengesetzten Seite des Separators werden entsprechend Kathoden mit seitlich abstehenden Anschlüssen in
5 entsprechender Größe platziert. Das Substrat wird daraufhin gefaltet, so dass ein gefalteter Elektrodenstapel gebildet wird.
Die US 6,752,842 B2 beschreibt die Herstellung einer flexiblen
dünnschichtelektrochemischen Zelle auf der Basis eines Laminationsprozesses, 10 wobei die Zelle eine Mehrzahl von Schichten aufweist, die zwei Elektroden
beinhalten, die durch einen Separator getrennt sind. Die Elektroden werden dabei auf den Separator laminiert.
Die DE 102 16 677 A1 beschreibt ein Verfahren zur Herstellung von Lithium- I S Polymer-Zellen aus einer als Folienband vorgefertigten Anoden- und
Kathodenmasse mit integriertem Elektrolyt und eine dazwischenliegende isolierenden pastösen Zwischenphase als Separator, nachdem die
Elektrodenmassen und der Separator und mindestens ein Elektrolytstrom getrennt zu einer Prozessoreinheit zugeführt werden, in der die Prozessoreinheit 20 die Massen zusammengeführt und der Separator unmittelbar vor dem
Zusammenführen durch den Elektrolytstrom beaufschlagt und gefüllt wird, die zusammengeführten Massen mit dem zugeführten Elektrolyt gewickelt und zu einem Zellenverbund gepresst werden, der anschließend in der
Prozessoreinheit in eine zellenadäquate Form eingehaust, kontaktiert,
25 verschweißt und mit Verpackungsmaterial versehen wird.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine möglichst wirkungsvolle technische Lehre zur Herstellung elektrochemischer
Energiespeicher anzugeben, mit der mögliche Nachteile oder Beschränkungen 30 bekannter Verfahren nach Möglichkeit vermieden oder überwunden werden können. Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren bzw. ein Erzeugnis nach einem der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Die Unteransprüche beziehen sich auf vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
Erfindungsgemäß ist ein Verfahren vorgesehen zur Herstellung eines
Elektrodenstapels für einen elektrochemischen Energiespeicher, in dem Anoden (5) und Kathoden (8) abwechselnd gestapelt und jeweils durch wenigstens einen Separator (6, 7) getrennt sind. Dabei werden vorzugsweise die folgenden Schritte ausgeführt:
• Zuführen wenigstens einer Anode (5) oder Kathode (8);
· Zuführen wenigstens eines Separators (6,7);
• Greifen der wenigstens einen Anode (5) oder Kathode (8) und des
wenigstens einen Separators (6, 7) durch wenigstens einen Greifer (19, 20, 21 , 22, 24 - 29) und
• Ablegen der gegriffenen Objekte (5, 6, 7, 8) zum Bilden eines
Elektrodenstapels.
Erfindungsgemäß ist außerdem eine Vorrichtung zur Herstellung eines
Elektrodenstapels für einen elektrochemischen Energiespeicher vorgesehen mit einer ersten Zufuhreinrichtung (1 , 4) zum Zuführen wenigstens einer Anode (5) oder Kathode (8), einer zweiten Zufuhreinrichtung (2, 3) zum Zuführen wenigstens eines Separators (6, 7) und wenigstens einem Greifer (19, 20, 21 , 22, 24 - 29) zum Greifen der wenigstens einen Anode (5) oder Kathode (8) und des wenigstens einen Separators (6, 7) und zum Ablegen der gegriffenen Objekte (5, 6, 7, 8) zum Bilden eines Elektrodenstapels.
Die Zufuhreinrichtungen sind vorzugsweise als Fördereinrichtungen, besonders vorzugsweise als parallel laufende Bändern zur Zufuhr von Anoden, Kathoden und Separatoren ausgestaltet. Vorzugsweise weisen die erfindungsgemäßen Vorrichtungen eine Mehrzahl von Greifern (24, 25, 26, 27, 28, 29) auf, die längs wenigstens einer senkrecht zu den vorzugsweise parallel laufenden Bändern (1 , 2, 3, 4) ausgerichteten Achse (9, 10, 1 1 , 12, 13, 14, 15, 16, 23) beweglich angeordnet sind.
Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist unter einem elektrochemischen
Energiespeicher jede Einrichtung zu verstehen, die Energie in chemischer Form speichern und in elektrischer Form abgeben kann. Wichtige Beispiele für elektrochemische Energiespeicher sind galvanische Zellen oder Aggregate aus mehreren galvanischen Zellen. Hierzu gehören insbesondere elektrisch ladbare („sekundäre") elektrochemische Energiespeicher, die Energie auf elektrischem Wege aufnehmen und die aufgenommene Energie in chemischer Form
speichern können.
Unter einem Elektrodenstapel ist eine Anordnung von mindestens zwei
Elektroden und einem jeweils zwischen zwei Elektroden angeordneten
Separator zu verstehen. Ein Elektrodenstapel dient dabei zum Speichern von chemischer Energie und zu deren Umwandlung in elektrische Energie. Bei sekundären Energiespeichern kann der Elektrodenstapel auch zur Wandlung von elektrischer Energie in chemische Energie dienen. Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist unter einer Anode in Übereinstimmung mit dem üblichen Sprachgebrauch diejenige Elektrode zu verstehen, an der die Oxidation abläuft, also diejenige chemische Reaktion, bei der ein zu
oxidierender Stoff Elektronen abgibt. Entsprechend ist unter einer Kathode eine Elektrode zu verstehen, an der die Reduktion abläuft, wobei Elektronen auf einem Molekül übertragen werden. Bei einem sich entladenden galvanischen Element ist die Anode negativ geladen und die Kathode positiv geladen. Im Zustand des Aufladens eines galvanischen Elementes wird die Oxidation durch einen Elektronenentzug an der positiv geladenen Anode hervorgerufen. Die Anode ist in diesem Fall der Pluspol; die Kathode ist entsprechend der Minuspol.
Vorzugsweise weist wenigstens eine Elektrode des elektrochemischen
Energiespeichers, besonders bevorzugt wenigstens eine Kathode, eine Verbindung mit der Formel LJMP04 auf, wobei M wenigstens ein
Übergangsmetall-Kation der ersten Reihe des Periodensystems der Elemente ist. Das Übergangsmetall-Kation ist vorzugsweise aus der Gruppe bestehend aus Mangan (Mn), Eisen (Fe), Nickel (Ni) und Titan (Ti) oder einer Kombination dieser Elemente gewählt. Die Verbindung weist vorzugsweise eine Olivinstruktur auf wobei Eisen (Fe) besonders bevorzugt ist. In der Olivin-Struktur
kristallisieren insbesondere (Mg,Fe,Mn)Si04, CaMnSi04 (Glaukochroit),
Ca2Si04, AI2Be04 (Chrysoberyll), Mg2Ge04, LiFeP04 und Na2BeF4. Bei anderen Ausführungsformen der Erfindung weist vorzugsweise wenigstens eine Elektrode des elektrochemischen Energiespeichers, besonders bevorzugt wenigstens eine Kathode, ein Lithium-Manganat, vorzugsweise LiMn204 vom Spinell-Typ, ein Lithium Kobalat, vorzugsweise LiCo02, oder ein Lithium- Nickellat, vorzugsweise LiNi02, oder ein Gemisch aus zwei oder drei dieser Oxide, oder ein Lithium-Mischoxid, welches Mangan, Kobalt und/oder Nickel enthält, auf.
Ein Separator ist jede Einrichtung, die geeignet ist, einen elektrischen
Kurzschluss zwischen einer Anode und einer Kathode zu verhindern, wobei gleichzeitig ein Ionen-Transport durch den Separator bzw. durch einen den Separator benetzenden oder füllenden Elektrolyt ermöglicht wird, so dass eine elektrochemische Reaktion stattfinden kann. Vorzugsweise werden im
Zusammenhang mit der Erfindung Separatoren verwendet, welche nicht oder nur schlecht elektronenleitend sind, und welche aus einem zumindest teilweise stoffdurchlässigen Träger bestehen.
Ein bevorzugter Träger ist vorzugsweise auf mindestens einer Seite mit einem anorganischen Material beschichtet. Als wenigstens teilweise stoffdurchlässiger Träger wird vorzugsweise ein organisches Material verwendet, welches vorzugsweise als nichtverwebtes Vlies ausgestaltet ist. Das organische Material, welches vorzugsweise ein Polymer und besonders bevorzugt ein
Polyethylenterephthalat (PET) umfasst, ist mit einem anorganischen, vorzugsweise ionenleitenden Material beschichtet, welches weiter vorzugsweise in einem Temperaturbereich von - 40°C bis 200°C ionenleitend ist. Das anorganische Material umfasst bevorzugt wenigstens eine Verbindung aus der Gruppe der Oxide, Phospate, Sulfate, Titanate, Silikate, Aluminosilikate mit wenigstens einem der Elemente Zirkonium (Zr), Aluminium (AI) oder Lithium (Li), besonders bevorzugt Zirkoniumoxid (Zirkonoxid). Besonders bevorzugt weist das anorganische ionenleitende Material Partikel mit einem größten
Durchmesser unter 100 nm auf. Ein solcher Separator wird beispielsweise unter dem Handelsnamen "Separion" von der Evonik AG in Deutschland vertrieben.
Elektroden, also Anoden oder Kathoden und Separatoren sind im
Zusammenhang mit der vorliegenden Erfindung vorzugsweise blattförmige Objekte, die vorzugsweise aus entsprechenden Folien gestanzt werden, die auf parallelen Bändern einer Vorrichtung zur Herstellung eines elektrochemischen Energiespeichers laufen. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der
Erfindung ist es vorgesehen, dass zwei Objekte aus einer Gruppe von Objekten, die Anoden, Kathoden und Separatoren umfasst, von wenigstens einem Greifer gemeinsam ergriffen und zu einem Elektrodenstapel hinzugefügt werden. Das gemeinsame Ergreifen wenigstens zweier Objekte kann dabei auf
unterschiedliche Weisen erfolgen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass wenigstens zwei Objekte aus einer Gruppe von Objekten, die Anoden, Kathoden und Separatoren umfasst, zeitgleich durch verschiedene Greifer ergriffen und zu einem Elektrodenstapel hinzugefügt werden. Ein anderes bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht vor, dass wenigstens zwei Objekte aus einer Gruppe von Objekten, die Anoden, Kathoden und
Separatoren umfasst, von wenigstens einem Greifer nacheinander kumulativ ergriffen und zu einem Elektrodenstapel hinzugefügt werden. Der Ausdruck „kumulativ ergriffen" soll dabei bedeuten, dass ein entsprechender Greifer zuerst ein erstes Objekt ergreift und danach, ohne das zuerst ergriffene Objekt vorher abzulegen, wenigstens ein zweites Objekt ergreift und anschließend beide bzw. alle oder einige dieser Objekte zusammen zu einem Elektrodenstapel hinzufügt, beispielsweise indem er beide Objekte zusammen auf einem Elektrodenstapel ablegt. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass wenigstens ein vorzugsweise blattförmiges Objekt wenigstens teilweise luftdurchlässig ist und von einem Unterdruckgreifer ergriffen wird. Unter einem Unterdruckgreifer ist dabei eine spezielle Art von Greifer zu verstehen, der ein zu greifendes Objekt mit Hilfe eines Unterdrucks ansaugt, wodurch das zu ergreifende Objekt mit Hilfe des auf der anderen Seite des zu greifenden Objektes herrschenden höheren Umgebungsdrucks (Normaldrucks) an den Unterdruckgreifer gedrückt wird. Besonders bevorzugt werden teilweise luftdurchlässige vorzugsweise blattförmige Objekte im Zusammenhang mit solchen Ausführungsformen der Erfindung verwendet, bei denen wenigstens zwei Objekte nacheinander kumulativ durch einen Unterdruckgreifer ergriffen werden.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass wenigstens ein erstes Objekt eine größere Fläche aufweist als wenigstens ein zweites Objekt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn bei einem kumulativen Ergreifen wenigstens zweier Objekte durch einen
Unterdruckgreifer das zuerst ergriffene Objekt eine geringere Fläche aufweist als das danach ergriffene Objekt, weil auf diese Weise die überschießende Fläche des größeren Objektes noch der Unterdruckwirkung des
Unterdruckgreifers ausgesetzt ist. Bei diesen und anderen Ausführungsformen der Erfindung ist es besonders vorteilhaft, wenn um wenigstens ein
vorzugsweise blattförmiges Objekt herum ein Ringspalt vorgesehen ist. Der Ringspalt wird vorzugsweise dadurch gebildet, dass nach dem Ergreifen eines Objektes mit einer kleineren Fläche ein Ringspalt frei bleibt, in dessen Bereich ein noch zu greifendes größeres Objekt der Unterdruckwirkung des
Unterdruckgreifers ausgesetzt ist. Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist es vorgesehen, dass nacheinander kumulativ ergriffene Objekte gemeinsam auf einen Elektrodenstapel abgelegt werden. Durch das kumulative Ergreifen einer Mehrzahl von Objekten ist eine spürbare Verkürzung der Transportzeiten realisierbar, was sich günstig auf den Durchsatz des Herstellungsverfahrens auswirkt.
Vorzugsweise wird zur Durchführung des Verfahrens eine Vorrichtung
verwendet, die eine Mehrzahl von Greifern aufweist, die längs wenigstens einer senkrecht zu den parallel laufenden Bändern ausgerichteten Achse beweglich angeordnet sind.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist eine Vorrichtung vorgesehen mit wenigstens einem Anodenband, wenigstens einem
Kathodenband und wenigstens einem zwischen je einem Anodenband und je einem Kathodenband angeordneten Separatorband. Besonders vorzugsweise ist eine Vorrichtung mit wenigstens einem Anodenband, wenigstens einem Kathodenband und wenigstens zwei zwischen je einem Anodenband und je einem Kathodenband angeordneten Separatorbändern vorgesehen.
Vorzugsweise weist die Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens eine Einrichtung zur Stapelung von Objekten zwischen den wenigstens zwei Separatorbändern auf. Die Einrichtung zur Stapelung ist bei einigen Ausführungsformen der Erfindung vorzugsweise so ausgestaltet, dass Objekte auch vorübergehend auf einem Stapel abgelegt werden und von diesem Stapel wenigstens teilweise wieder abgenommen werden können.
Vorzugsweise werden bei einigen Ausführungsformen der Erfindung Objekte bei der Stapelung gegeneinander versetzt und/oder verdreht aufeinander bzw.
übereinander gelegt. Unter dem Begriff des Aufeinander- oder
Übereinanderlegens solcher Objekte ist in diesem Zusammenhang das Schaffen oder Erhalten einer Anordnung dieser Objekte zu verstehen, bei der diese Objekte sich mit ihren Flächen berühren. Die Flächen der Objekte liegen dabei vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zur Schwerkraftrichtung. Die Objekte werden im Sinne der vorliegenden Erfindungsbeschreibung gegeneinander versetzt übereinander gelegt, wenn sie in Richtung tangential zu ihrer Fläche gegeneinander verschoben oder versetzt übereinander gelegt werden. Sie werden verdreht übereinander gelegt, wenn sie um eine Achse senkrecht zu ihrer Fläche gegeneinander verdreht übereinander gelegt werden. Die Vorgänge des Versetzens, Verschiebens oder Verdrehens können beim
Übereinanderlegen der Objekte auch in beliebiger Weise kombiniert werden.
Vorzugsweise sieht die Erfindung gemäß einer bevorzugten Ausführungsform vor, dass wenigstens ein erstes Objekt festgehalten wird, während wenigstens ein über dem wenigstens einen ersten Objekt liegendes zweites Objekt abgenommen wird. Im Sinne der vorliegenden Erfindungsbeschreibung liegt dabei in Übereinstimmung mit dem üblichen Sprachgebrauch ein zweites Objekt über einem ersten Objekt, wenn das zweite Objekt seine Gewichtskraft auf das erste Objekt ausübt.
Eine bevorzugte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass wenigstens ein erstes Objekt festgehalten wird, während wenigstens ein über dem wenigstens einen ersten Objekt liegendes zweites Objekt abgenommen wird, indem ein Druck von oben auf wenigstens einen Punkt oder einen Teil dieses Objektes ausgeübt wird. Vorzugsweise liegt der wenigstens eine Punkt oder der wenigstens eine Teil dieses Objekts dabei am Rand der Fläche dieses Objekts. Insbesondere diese Ausführungsform der Erfindung hat sich als besonders vorteilhaft erwiesen, wenn die vorzugsweise blattförmigen Objekte eine geringe Formsteifigkeit aufweisen, insbesondere eine geringere Formsteifigkeit als blattförmige Objekte aus Papier, was bei Elektrodenmaterialien oder
Separatormaterialien zum Aufbau elektrochemischer Energiespeicher häufig der Fall ist. Besonders bevorzugt handelt es sich bei den verwendeten Objekten um wenigstens teilweise luftdurchlässige Objekte. Die erfindungsgemäß
vorzugsweise versetzte und/oder verdrehte Ablage der vorzugsweise
blattförmigen Objekte erlaubt eine besonders wirkungsvolle, zuverlässige und einfache Vereinzelung dieser vorzugsweise blattförmigen Objekte, insbesondere dann, wenn diese durch ihre Materialbeschaffenheit und einer damit
verbundenen Adhäsion oder Kohäsion leicht aneinander haften oder wenn diese, insbesondere im Fall wenigstens teilweise luftdurchlässiger Objekte, in einer Mehrzahl von einem Unterdruckheber zusammen angesaugt werden. Bevorzugt ist wenigstens ein blattförmiges Objekt eine Elektrode oder ein
Separator zum Aufbau eines elektrochemischen Energiespeichers oder einen Teil einer solchen Elektrode oder eines solchen Separators.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass zum Abnehmen und/oder Ablegen von Objekten eine um eine vertikale Achse drehbare und/oder in einer horizontalen Ebene verschiebbare Hebeeinrichtung verwendet wird, welche mit Hilfe einer Einrichtung ausgerichtet und/oder positioniert wird, die die Lage eines abzunehmenden Objekts mit Hilfe eines informationstechnischen Verfahrens erkennt. Bevorzugte Hebeeinrichtungen sind dabei mechanische
Greifeinrichtungen, elektrostatische Hebeeinrichtungen oder Unterdruckheber. Als Einrichtungen zur Erkennung der Lage eines abzunehmenden Objekts kommen dabei vorzugsweise alle Einrichtungen in Betracht, die geeignet sind, mit Hilfe eines informationstechnischen Verfahrens, vorzugsweise mit Hilfe eines Signalverarbeitungsverfahrens und besonders vorzugsweise mit Hilfe eines Mustererkennungsverfahrens die Lage eines abzunehmenden Objekts zu erkennen.
Bei der Positionierung und/oder Ausrichtung der um eine vertikale Achse drehbare und/ oder in einer horizontalen Ebene verschiebbare Hebeeinrichtung mit Hilfe einer Einrichtung, welche die Lage eines abzunehmenden Objekts mit Hilfe eines informationstechnischen Verfahrens erkennt, werden die wirksamen Elemente der Hebeeinrichtung, vorzugsweise die Saugnäpfe eines Unterdruckhebers vorzugsweise so ausgerichtet und/ oder positioniert, dass sich diese wirksamen Elemente der Hebeeinrichtung möglichst gut mit der Fläche des abzunehmenden, insbesondere des anzuhebenden Objekts decken, und dass diese wirksamen Elemente der Hebeeinrichtung vorzugsweise nicht mit anderen, insbesondere unter dem anzuhebenden oder abzunehmenden Objekt in Berührung oder in einen Wirkzusammenhang geraten.
Bei weiteren oder den genannten Ausführungsformen der Erfindung ist vorzugsweise wenigstens eine Hebeeinrichtung, besonders vorzugsweise ein Unterdruckheber vorgesehen, der an einer Hebevorrichtung um eine vertikale Achse drehbar und/oder in einer horizontalen Ebene verschiebbar angeordnet ist. Die vertikale Achse ist dabei vorzugsweise im Wesentlichen parallel zur Schwerkraftrichtung und somit im Wesentlichen orthogonal zu den Flächen der abgelegten oder angehobenen Objekte angeordnet. Die horizontale Ebene ist vorzugsweise senkrecht zur vertikalen Achse angeordnet.
Diese oder weitere Ausführungsformen der Erfindung weisen vorzugsweise wenigstens einen Niederhalter auf, durch den wenigstens ein erstes Objekt festgehalten wird, während wenigstens ein über dem wenigstens einen ersten Objekt liegendendes zweites Objekt abgenommen wird. In diesem
Zusammenhang ist unter einem Niederhalter jede Einrichtung zu verstehen, die geeignet ist ein unter einem zweiten Objekt liegendes erstes Objekt
festzuhalten, d.h. daran zu hindern, durch Adhäsions- oder Kohäsionskräfte zusammen mit dem angehobenen Objekt angehoben zu werden. Als
Niederhalter kommen vorzugsweise mechanische Greifeinrichtungen, elektrostatische Halteeinrichtungen oder mit einem Unterdruck oder Vakuum arbeitenden Niederhalter in Frage.
Vorzugsweise ist der Niederhalter mit dem Unterdruckheber oder mit der sonstigen Hebeeinrichtung starr verbunden oder jedenfalls so verbunden, dass eine Relativbewegung zwischen dem Niederhalter und dem Unterdruckheber jedenfalls dann nicht möglich ist, wenn der Unterdruckheber oder sonstige Hebeeinrichtungen sich in Bezug auf ein abgelegtes oder liegendes Objekt in horizontaler Richtung bewegen.
Vorzugsweise weist wenigstens ein Unterdruckheber eine Mehrzahl von Druck- kammern auf. Diese Druckkammern sind vorzugsweise unabhängig
voneinander mit einem Unterdruck beaufschlagbar. Besonders vorzugsweise sind die Druckkammern in horizontaler Richtung gegeneinander verschiebbar angeordnet. Hiermit ist der Vorteil verbunden, dass die Lage der Druckkammern der Form des vorzugsweise blattförmigen Objekts angepasst werden kann.
Vorzugsweise weist die erfinderische Anordnung eine informationstechnische Einrichtung zur Erkennung der Lage eines abzunehmenden Objekts auf.
Ebenfalls vorzugsweise weist die erfindungsgemäße Anordnung eine
informationstechnische Einrichtung zur Ausrichtung und/oder Positionierung einer Hebeeinrichtung anhand der durch diese oder weitere
informationstechnische Einrichtung erkannten Lage eines abzunehmenden Objekts auf. Die informationstechnische Einrichtung zur Erkennung der Lage eines abzunehmenden Objekts weist dabei vorzugsweise eine Kamera auf. Die Merkmale der beschriebenen und andere Ausführungsformen der Erfindung können vorteilhaft mit Merkmalen weiterer Ausführungsformen kombiniert werden.
Im Folgenden wird die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele und mit Hilfe von Figuren näher beschrieben. Dabei zeigt
Figur 1 in schematischer Weise einen Ausschnitt aus einer
erfindungsgemäßen Herstellungsvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in Draufsicht; Figur 2 in schematischer Weise einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung; Figur 3 in schematischer Weise einen Querschnitt durch eine Vorrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung und
Figur 4 ein Detail einer Vorrichtung zur Durchführung des
erfindungsgemäßen Verfahrens gemäß einem bevorzugten
Ausführungsbeispiel der Erfindung.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung ist in der Figur 1 schematisch dargestellt. Auf einem nur ausschnittsweise dargestellten Band 1 werden der Vorrichtung Anoden 5 von links nach rechts laufend, wie durch den Pfeil angedeutet, zugeführt. Auf dem dazu laufenden parallelen Band 2 werden der Vorrichtung Separatoren 6 zugeführt. In ähnlicher Weise werden der Vorrichtung auf dem Band 4 Kathoden 8 und auf dem Band 3 Separatoren 7 zugeführt. Zwischen den parallel laufenden Bändern 1 , 2, 3 und 4 ist eine Einrichtung 17 zur Stapelung von vorzugsweise blattförmigen Objekten vorgesehen, die vorzugsweise ebenfalls als Fördereinrichtung ausgestaltet ist, so dass montierte Elektrodenstapel 18 von links nach rechts abtransportiert werden können. Senkrecht zu diesen Fördereinrichtungen sind die Achsen 9, 10, 1 1 , 12, 13, 14, 15 und 16 angeordnet, an denen Greifer 19, 20. 21 , 22 beweglich angeordnet sind, mit denen die vorzugsweise blattförmigen Objekte, Elektroden und/oder Separatoren gegriffen und auf der Einrichtung zur
Stapelung 17 von Elektrodenstapeln abgelegt werden.
Die Greifer können längs der Achsen und senkrecht zur Figurenebene unabhängig voneinander beweglich angeordnet sein, so dass diese Greifer, die auf den Bändern 1 , 2, 3 und 4 gegriffenen Elektroden bzw. Separatoren auf der Einrichtung 17 zur Ablage bzw. Stapelung vorzugsweise blattförmiger Objekte zu Elektrodenstapeln zusammenfügen können, in denen jeweils benachbarte Elektroden durch wenigstens einen Separator getrennt sind.
Der Vorgang des Zusammenfügens von Elektroden und/oder Separatoren zu Elektrodenstapeln ist schematisch in Figur 2 dargestellt. In diesem
Ausführungsbeispiel der Erfindung sind an der Achse 23 vier Greifer, 24, 25, 26 und 27 längs der Achse und vertikal beweglich angeordnet, so dass diese Greifer von den Bändern 1 , 2, 3 und 4 Elektroden 5 und 8 sowie Separatoren 6 und 7 greifen und auf der Einrichtung 17 zu einem Elektrodenstapel 18 hinzufügen können.
Die in Figur 2 gezeigten Greifer können dabei so eingerichtet sein, dass sie auch zum kumulativen Greifen einer Mehrzahl von vorzugsweise blattförmigen Objekten geeignet sind.
Die Figur 3 zeigt eine Variante der in Figur 2 gezeigten Anordnung, bei der nur zwei Greifer 28 und 29 vorgesehen sind, wobei der Greifer 28 in der Phase gezeigt ist, in der er eine Elektrode 5 von dem Band 1 greift, um sie
anschließend auf der Ablageeinrichtung 7 einem Elektrodenstapel 18
hinzuzufügen, vorzugsweise, nachdem dieser Greifer 28 zuvor den Separator 6 von dem Band 2 gegriffen hat, ohne die Elektrode 5 zuvor abzulegen. Daskumulative Greifen wird in der Figur 3 am Beispiel des Greifers 29 gezeigt, der in einer Phase dargestellt ist, in der er eine Elektrode 8 und einen Separator 7 kumulativ gegriffen hat, um beide vorzugsweise blattförmigen Objekte
zusammen auf dem Elektrodenstapel 18 abzulegen.
Dieser Vorgang wird etwas deutlicher noch einmal in der Figur 4 gezeigt, wo der Greifer 30 eine Elektrode 8 transportiert, die eine kleinere Fläche aufweist als der Separator 7. Der Greifer 30 hat beide vorzugsweise blattförmigen Objekte kumulativ gegriffen, um sie nun auf einen Elektrodenstapel auf der Ablage 17 abzulegen, der bereits aus einer Folge von ungleichnamigen Elektroden besteht, welche jeweils durch einen Separator 6 bzw. 7 getrennt sind. Da es sich bei der obersten Elektrode 5 auf dem gezeigten Elektrodenstapel um eine Anode handelt, entsteht durch das Hinzufügen der kumulativ gegriffenen vorzugsweise blattförmigen Objekte 7 und 8, welche noch am Greifer befindlich sind, ein funktionsfähiger Elektrodenstapel.

Claims

Patentansprüche
Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für einen
elektrochemischen Energiespeicher, in dem Anoden (5) und Kathoden (8) abwechselnd gestapelt und jeweils durch wenigstens einen Separator (6, 7) getrennt sind, mit den Schritten:
• Zuführen wenigstens einer Anode (5) oder Kathode (8);
• Zuführen wenigstens eines Separators (6,7);
• Greifen der wenigstens einen Anode (5) oder Kathode (8) und des wenigstens einen Separators (6, 7) durch wenigstens einen Greifer (19, 20, 21 , 22, 24 - 29) und
• Ablegen der gegriffenen Objekte (5, 6, 7, 8) zum Bilden eines
Elektrodenstapels.
Verfahren nach Anspruch 1 , bei dem wenigstens zwei Objekte aus einer Gruppe von Objekten, die Anoden, Kathoden und Separatoren umfasst, von wenigstens einem Greifer gemeinsam ergriffen und zu einem
Elektrodenstapel hinzugefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem wenigstens zwei Objekte aus einer Gruppe von Objekten, die Anoden, Kathoden und Separatoren umfasst, zeitgleich durch verschiedene Greifer ergriffen und zu einem
Elektrodenstapel hinzugefügt werden.
Verfahren nach Anspruch 2, bei dem wenigstens zwei Objekte aus einer Gruppe von Objekten, die Anoden, Kathoden und Separatoren umfasst, von wenigstens einem Greifer (29) nacheinander kumulativ ergriffen und zu einem Elektrodenstapel hinzugefügt werden.
5. Verfahren nach Anspruch 4, bei dem wenigstens ein Objekt wenigstens teilweise luftdurchlässig ist und von einem Unterdruckgreifer ergriffen wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, bei dem wenigstens ein erstes Objekt eine größere Fläche aufweist als wenigstens ein zweites Objekt.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem um wenigstens ein Objekt herum ein Ringspalt vorgesehen ist.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem nacheinander kumulativ ergriffene Objekte (7, 8) gemeinsam auf einen Elektrodenstapel abgelegt werden.
9. Vorrichtung zur Herstellung eines Elektrodenstapels für einen
elektrochemischen Energiespeicher mit
• einer ersten Zufuhreinrichtung (1 , 4) zum Zuführen wenigstens einer Anode (5) oder Kathode (8);
• einer zweiten Zufuhreinrichtung (2, 3) zum Zuführen wenigstens eines Separators (6, 7);
• wenigstens einem Greifer (19, 20, 21 , 22, 24 - 29) zum Greifen der wenigstens einen Anode (5) oder Kathode (8) und des wenigstens einen Separators (6, 7) und zum
• Ablegen der gegriffenen Objekte (5, 6, 7, 8) zum Bilden eines
Elektrodenstapels. Vorrichtung nach Anspruch 9, insbesondere zur Durchführung eines Verfahrens nach einem der vorhergehenden Verfahrensansprüche, mit parallel laufenden Bändern (1 , 2, 3,' 4) zur Zufuhr von Anoden, Kathoden und Separatoren und mit einer Mehrzahl von Greifern (24, 25, 26, 27, 28, 29), die längs wenigstens einer senkrecht zu den parallel laufenden Bändern (1 , 2, 3, 4) ausgerichteten Achse (9, 10, 11 , 12, 13, 14, 15, 16, 23) beweglich angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 10 mit wenigstens einem Anodenband (1 ), wenigstens einem Kathodenband (4) und wenigstens einem zwischen je einem Anodenband und je einem Kathodenband angeordneten
Separatorband.
Vorrichtung nach Anspruch 11 mit wenigstens einem Anodenband, wenigstens einem Kathodenband und wenigstens zwei zwischen je einem Anodenband und je einem Kathodenband angeordneten
Separatorbändern (2, 3).
13. Vorrichtung nach Anspruch 12 mit einer Einrichtung ( 7) zur Stapelung von vorzugsweise blattförmigen Objekten zwischen den wenigstens zwei Separatorbändern.
PCT/EP2011/005476 2010-11-08 2011-10-28 Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines elektrochemischen energiespeichers WO2012062423A1 (de)

Priority Applications (5)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP11799072.1A EP2638590A1 (de) 2010-11-08 2011-10-28 Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines elektrochemischen energiespeichers
JP2013537032A JP2013546132A (ja) 2010-11-08 2011-10-28 電気化学的エネルギー貯蔵器を製造するための方法と装置
CN2011800539488A CN103250288A (zh) 2010-11-08 2011-10-28 用于制造电化学能量存储的方法和装置
KR1020137014509A KR20130103569A (ko) 2010-11-08 2011-10-28 전기화학 에너지 저장 장치의 제조 방법 및 장치
US13/883,611 US20130298389A1 (en) 2010-11-08 2011-10-28 Method and apparatus for manufacturing an electrochemical energy store

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102010050743A DE102010050743A1 (de) 2010-11-08 2010-11-08 Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines elektrochemischen Energiespeichers
DE102010050743.1 2010-11-08

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2012062423A1 true WO2012062423A1 (de) 2012-05-18

Family

ID=45372257

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2011/005476 WO2012062423A1 (de) 2010-11-08 2011-10-28 Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines elektrochemischen energiespeichers

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20130298389A1 (de)
EP (1) EP2638590A1 (de)
JP (1) JP2013546132A (de)
KR (1) KR20130103569A (de)
CN (1) CN103250288A (de)
DE (1) DE102010050743A1 (de)
WO (1) WO2012062423A1 (de)

Families Citing this family (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2932552A1 (de) * 2012-12-12 2015-10-21 Sasit Industrietechnik GmbH Vorrichtung und verfahren zur bearbeitung von batterieplatten und anordnung dieser in nass- oder agm-batteriekästen für personen- oder lastkraftwagen
US11784341B2 (en) * 2015-12-08 2023-10-10 The Chinese University Of Hong Kong High-energy density and low-cost flow electrochemical devices with moving rechargeable anode and cathode belts
DE102016213223A1 (de) 2016-07-20 2018-01-25 Robert Bosch Gmbh Verfahren zur Herstellung einer Elektrodeneinheit für eine Batteriezelle und Elektrodeneinheit
WO2019028251A1 (en) * 2017-08-04 2019-02-07 Virginia Tech Intellectual Properties, Inc. SYSTEM AND METHOD FOR EXTRACTING RECYCLABLE MATERIAL
CN109604909B (zh) * 2019-01-25 2021-07-02 联动天翼新能源有限公司 一种极耳焊接定位工装
DE102022111903A1 (de) * 2022-05-12 2023-11-16 Mb Atech Gmbh Inspektion bei der Herstellung von Modulen oder Vorstufen von Modulen

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5456000A (en) 1993-03-05 1995-10-10 Bell Communications Research, Inc. Method of making an electrolyte activatable lithium-ion rechargeable battery cell
US5470357A (en) 1993-03-05 1995-11-28 Bell Communications Research, Inc. Method of making a laminated lithium-ion rechargeable battery cell
US5688293A (en) 1996-05-15 1997-11-18 Motorola, Inc. Method of making a gel electrolyte bonded rechargeable electrochemical cell
US6287721B1 (en) 1998-09-24 2001-09-11 Thomas & Betts International, Inc. Process for manufacturing electrochemical cells
DE10216677A1 (de) 2002-04-16 2003-11-13 Gaia Akkumulatorenwerke Gmbh Verfahren zum Herstellen von Lithium-Polymer-Zellen aus mindestens einer als Folienband vorgefertigten Anoden- und Kathodenmasse
US6752842B2 (en) 2001-06-18 2004-06-22 Power Paper Ltd. Manufacture of flexible thin layer electrochemical cell
JP2007287436A (ja) * 2006-04-14 2007-11-01 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池スタックの積層方法及び燃料電池製造用スタック装置
EP2149927A1 (de) * 2007-05-02 2010-02-03 Enax, Inc. Stapelungseinrichtung zum stapeln einer kontinuierlichen trennanordnung und folienelektrode
JP2010089898A (ja) * 2008-10-07 2010-04-22 Nissan Motor Co Ltd シート材の積層方法および積層装置
DE102010025885A1 (de) * 2010-07-02 2012-01-05 Manz Tübingen Gmbh Verfahren zum Stapeln von Blättern, insbesondere zur Fertigung einer Lithium-Ionen-Batterie

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4196511A (en) * 1977-11-01 1980-04-08 Ivanyatov Jury E Apparatus for assembling banks of battery electrodes
US20060051652A1 (en) * 2004-07-28 2006-03-09 Edward Samuels Interleave machine and method for stacking flat objects
JP5217503B2 (ja) * 2008-02-29 2013-06-19 日産自動車株式会社 シート積層装置およびシート積層方法
US8882858B2 (en) * 2010-05-14 2014-11-11 Manz Italy S.R.L. Apparatus and method for the production of electric energy storage devices
JP5521839B2 (ja) * 2010-07-06 2014-06-18 株式会社Ｉｈｉ 電極積層装置

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5456000A (en) 1993-03-05 1995-10-10 Bell Communications Research, Inc. Method of making an electrolyte activatable lithium-ion rechargeable battery cell
US5470357A (en) 1993-03-05 1995-11-28 Bell Communications Research, Inc. Method of making a laminated lithium-ion rechargeable battery cell
US5688293A (en) 1996-05-15 1997-11-18 Motorola, Inc. Method of making a gel electrolyte bonded rechargeable electrochemical cell
US6287721B1 (en) 1998-09-24 2001-09-11 Thomas & Betts International, Inc. Process for manufacturing electrochemical cells
US6752842B2 (en) 2001-06-18 2004-06-22 Power Paper Ltd. Manufacture of flexible thin layer electrochemical cell
DE10216677A1 (de) 2002-04-16 2003-11-13 Gaia Akkumulatorenwerke Gmbh Verfahren zum Herstellen von Lithium-Polymer-Zellen aus mindestens einer als Folienband vorgefertigten Anoden- und Kathodenmasse
JP2007287436A (ja) * 2006-04-14 2007-11-01 Nissan Motor Co Ltd 燃料電池スタックの積層方法及び燃料電池製造用スタック装置
EP2149927A1 (de) * 2007-05-02 2010-02-03 Enax, Inc. Stapelungseinrichtung zum stapeln einer kontinuierlichen trennanordnung und folienelektrode
JP2010089898A (ja) * 2008-10-07 2010-04-22 Nissan Motor Co Ltd シート材の積層方法および積層装置
DE102010025885A1 (de) * 2010-07-02 2012-01-05 Manz Tübingen Gmbh Verfahren zum Stapeln von Blättern, insbesondere zur Fertigung einer Lithium-Ionen-Batterie

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
See also references of EP2638590A1 *

Also Published As

Publication number Publication date
EP2638590A1 (de) 2013-09-18
DE102010050743A1 (de) 2012-05-10
US20130298389A1 (en) 2013-11-14
JP2013546132A (ja) 2013-12-26
KR20130103569A (ko) 2013-09-23
CN103250288A (zh) 2013-08-14

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2467893A1 (de) Verfahren zum herstellen eines elektrodenstapels
DE102017216213A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels
EP2638590A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines elektrochemischen energiespeichers
DE102017216138A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle und Batteriezelle
EP2641286B1 (de) Verfahren zur reinigung von blatt- oder plattenförmigen elektroden und/oder separatoren
WO2012000679A1 (de) Verfahren zum stapeln von blättern, insbesondere zur fertigung einer lithium-ionen-batterie
DE102014111623B4 (de) System und Verfahren zum Stapeln einer Vielzahl von prismenförmigen Batteriezellen
WO2019052882A1 (de) Verfahren zur positionskorrektur von elektrodenstapeln bei deren ablegen
WO2016097090A1 (de) Verfahren zur herstellung einer lithium-ionen-zelle
JPWO2010087123A1 (ja) 電池とその製造方法
WO2019052814A1 (de) Verfahren zur herstellung von elektroden
EP3890082A1 (de) Kontinuierliches stapeln von zuschnitten mindestens einer folien- oder membran-artigen warenbahn auf einen stapel
DE102010055611A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Elektrodenstapels aus Kathode, Anode und Separator
EP2514009B1 (de) Galvanischen elements
DE102017216152A1 (de) Stapelvorrichtung für mehrlagige, flache Elektrodenstapel
WO2013097939A1 (de) Verfahren und system zur herstellung elektrochemischer zellen für elektrochemische energiespeicher
EP2652817A1 (de) Verfahren und system zur herstellung von blatt- oder plattenförmigen objekten
WO2023052430A1 (de) Förderanlage zum befördern von durch segmente gebildeten zellstapeln für die energiezellen produzierende industrie, entsprechendes zellstapelherstellsystem, und verfahren zur bereitstellung von solchen zellstapeln
DE102021134468A1 (de) Anodenherstellung durch musterlaminierung, daraus hergestellte anoden und elektrochemische vorrichtungen, in die derartige anoden integriert sind
DE102017216184A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle und Batteriezelle
DE102017216143A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle und Batteriezelle
DE102017216151A1 (de) Werkstückträger zum Transport eines mehrlagigen Elektrodenstapels
DE102022211282A1 (de) Verfahren zur kontinuierlichen Herstellung einer Batteriezelle
WO2023148362A1 (de) Feststoffzellenbatterie sowie verfahren zur herstellung einer solchen feststoffbatterie
WO2023073111A1 (de) Verfahren und maschine zur erzeugung eines zellstapels der energiezellen produzierenden industrie

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 11799072

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 2013537032

Country of ref document: JP

Kind code of ref document: A

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

REEP Request for entry into the european phase

Ref document number: 2011799072

Country of ref document: EP

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2011799072

Country of ref document: EP

ENP Entry into the national phase

Ref document number: 20137014509

Country of ref document: KR

Kind code of ref document: A

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 13883611

Country of ref document: US