WO2015022220A1 - Two-dimensional convolution of electrodes in folded electrochemical energy stores - Google Patents

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WO2015022220A1
WO2015022220A1 PCT/EP2014/066708 EP2014066708W WO2015022220A1 WO 2015022220 A1 WO2015022220 A1 WO 2015022220A1 EP 2014066708 W EP2014066708 W EP 2014066708W WO 2015022220 A1 WO2015022220 A1 WO 2015022220A1
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WO
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electrode
separator
electrodes
electrode stack
stack
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PCT/EP2014/066708
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German (de)
French (fr)
Inventor
Stefan Pfeiffer
Thomas Kretschmar
Original Assignee
Robert Bosch Gmbh
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    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
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    • H—ELECTRICITY
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    • 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
    • H01M10/0583—Construction or manufacture of accumulators with folded construction elements except wound ones, i.e. folded positive or negative electrodes or separators, e.g. with "Z"-shaped electrodes or separators
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    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an electrode stack by a two-dimensional convolution for an electrochemical energy store, an electrochemical energy accumulator using an electrode stack produced by such a method, the use of the energy accumulator in an electronic component, and an apparatus for producing the electrode stack according to the Method.
  • Electrochemical energy storage such as lithium batteries
  • stratification for this type of batteries can only be made by stacking or folding.
  • stacking individually cut electrodes are stacked on top of each other.
  • the separator can be unrolled continuously.
  • folding an electrode is made with a separator on a belt.
  • the band is folded accordion-shaped.
  • a tape is cut with a second electrode and a separator and placed in the folding pockets of the first band. In both variants, cycle times of less than 1 second per layer are difficult to achieve.
  • the subject matter of the present invention is a method for producing an electrode stack for an electrochemical energy store in a two-dimensional production method.
  • the method for producing an electrode stack for an electrochemical energy store by a two-dimensional folding comprises two windings, one winding comprising a separator and a unwinding unit and another winding comprising an electrode and a unwinding unit, wherein an electrode is arranged on the separator wherein the electrodes each have a first polarity or a second polarity, and the method comprises at least the following steps:
  • the term electrode stack here refers to a device which in particular serves to receive and deliver energy.
  • the electrode stack has at least three layers, including at least one first electrode layer of a first polarity, a second electrode layer of a second polarity, and a separator arranged between these electrode layers.
  • the layers of the electrode stack are formed thin-walled.
  • a layer of the electrode stack is preferably formed as an electrode layer or separator.
  • the electrode stack extends in a main stacking direction that is perpendicular to the surfaces of a layer that contact adjacent layers.
  • the term electrode in this case denotes a device which serves for the delivery and / or reception of, in particular, electrical energy.
  • An electrical energy supplied to an electrode is first converted into chemical energy and stored as chemical energy.
  • an electrode is thin-walled.
  • the electrode can be a metal, while For example, from the group consisting of aluminum, copper, nickel, gold, stainless steel or a metal alloy include the aforementioned metals.
  • the term separator here refers to a device which in particular separates two electrodes from one another.
  • a separator separates two electrodes of different polarity.
  • a separator temporarily receives an electrolyte.
  • a separator absorbs lithium ions at least temporarily.
  • a separator acts essentially as an insulator with respect to electrons.
  • a separator is thin-walled and plate-shaped.
  • the geometry of a separator preferably corresponds to the shape of an adjacent electrode.
  • the lengths of the boundary edges of a separator are longer than the corresponding, in particular parallel, boundary edges of adjacent electrodes.
  • Materials for the separator can be used predominantly microporous plastics and nonwovens made of glass fiber or polyethylene or composite films such as polyethylene and propylene or ceramic materials.
  • polarity of an electrode here describes that this electrode is electrically connected either to the positive pole or the negative pole of an electrical voltage source which is superordinate to the electrode stack.
  • An electrode is connected either to the positive pole or the negative pole of the superordinate voltage source and has either a first or a second polarity.
  • An electrode of the first polarity is preferably formed as an anode, a second polarity electrode preferably as a cathode.
  • anode refers to the electrode layer which is negatively charged in the charged state.
  • arranging denotes a process in which a separator or an electrode is supplied to the higher-order electrode stack.
  • a separator or an electrode is supplied to the electrode stack so that the boundary edges of the individual layers are arranged substantially parallel to one another.
  • a separator or an electrode is supplied to the electrode stack in this way, ,
  • the supplied layer essentially touches the adjacent layer over its entire area.
  • fixing means that the unintentional shifting of the electrode stack or one of its layers can only take place after overcoming a resistance.
  • the production of an electrode stack for an electrochemical energy store can be simplified in a simple manner.
  • the electrodes can be arranged on a winding and unrolled continuously.
  • a complicated structure for inserting the cut electrodes can be dispensed with, which simplifies a structure of an apparatus for carrying out the method.
  • the unwinding unit of the winding of the uppermost layer can hold down the other layers in the electrode stack, in which the unwinding unit is at a lower level than the electrode stack.
  • an electrode with the separator can be made on a belt. It is also possible that the electrode and the separator can be unrolled continuously.
  • Separator may be arranged together on a Abrollmaschine and form a winding.
  • folding can be a certain length of the coil the electrode are rolled and provided with the separator, wherein the separator is arranged on the top of the electrode stack.
  • the electrode of the other coil can be arranged. After fixing the uppermost layer of the electrode stack, the winding, which does not provide the uppermost layer, from a first
  • Position are transferred to a second position.
  • the electrode of the transferred coil can be deposited on the electrode stack, wherein the electrode is folded at the same time.
  • the electrode can be fixed in the electrode stack.
  • the other roll can be transferred from a first position to a second position, wherein the electrode is folded and deposited on the electrode stack. This folding process is repeated until an electrode stack having the desired number of electrodes has been produced. The folding is realized in such a way that the Abrolliser with the winding with the respective
  • Electrode or the separator is transferred from a first position to a second position or is transferred from the second position to the first position, so that the respective position of the transferred coil correspondingly covers the other layers. Slippage of the layers before fixing can be prevented, in which the unwinding unit with the uppermost
  • the saving of the insertion of individual cut electrodes can be facilitated by transferring one of the coils from a first position to a second position and by transferring one of the coils from the second position to the first position, respectively Separator separated from each other the electrode stack can be arranged.
  • By using winding can be stored by transferring from the first position to the second position and vice versa, the respective electrode on the electrode stack by rolling from the winding. This can simplify the manufacturing process and the apparatus for manufacturing the electrode stack, since complicated devices for inserting cut electrodes can be dispensed with.
  • by transferring the winding from a first position to a second position and from a second position to a first position on auxiliary clamping devices can be dispensed with, since by the Abrollmaschineen the winding with the uppermost layer in the
  • Area of the electrode stack can prevent slippage of the electrode stack. Slippage of the layers before fixing can be prevented, in which the Abrollü with the uppermost layer can hold down the other layers. This can be realized by the unwinding unit being at a lower level than the electrode stack.
  • the rolling point of the roll with the respective layer can be lower than the electrode stack, as a result of which contact between the layers can also be ensured.
  • slipping of the individual layers prior to fixing can be prevented in a simple manner without requiring expensive mechanical auxiliary clamping devices.
  • the method can accelerate the production of electrode stacks, since it is no longer necessary to wait for the mechanical clamping devices to be pivoted in and out. It is advantageous if in the process the electrode, not on the
  • the electrode may be made double-sided in a Conti process.
  • the winding need not be rotated for each placement of the electrode, as is the case with a single-sided electrode so that the electrode can contact the separator on the electrode stack.
  • the winding with the electrode first changes the first position to the second position and immediately changes the second position back to the first position so that the electrode can contact the separator. Rather, by a double-sided electrode in each case when changing the position of the coil from a first position to a second position and from the second position back into the first position.
  • the electrode can be laid down continuously on the electrode stack without the winding having to be rotated beforehand or the position of the coil having to be changed twice. As a result, the production of the electrode stack can be accelerated, furthermore, complicated devices for depositing the electrodes and for clamping the electrode stack can be dispensed with.
  • the fixing of the electrodes takes place via thermal heating. In this way, it is possible to dispense with additional adhesives, for example adhesive.
  • the electrodes of the electrode stack produced by the process are bonded together by the thermal heating, soldered, fused or welded. In this way can be dispensed with additional adhesive, such as adhesive.
  • the electrode of one polarity is connected to the respective electrode of the same polarity of the previous fold. In this way it is no longer necessary to fix the electrodes together to compress the whole electrode stack. Rather, a fixing of the respective electrodes can be achieved in a simple manner since only the last two layers of the electrode are connected to the same polarity.
  • the winding of the uppermost layer can hold down the other layers in which the unwinding unit of the winding is at a lower level than the electrode stack. This can be realized in such a way that the roll-off point of the roll with the respective layer is lower than the electrode stack, whereby a contact of the layers with one another can be ensured.
  • the method can accelerate the production of electrode stacks, since it is no longer necessary to wait for the mechanical clamping devices to be pivoted in and out.
  • the electrode which is arranged on the separator, consists of a multiplicity of electrodes, which are arranged at a distance from one another on the separator.
  • the electrode may also be double-sided, with the electrode cut to size and spaced on the separator. In this way it can be ensured that the electrode is in the folding by the change in the position of the coil in each case in the region of the electrode stack via the separator with respect to the other electrode de isolated. Furthermore, it can be ensured that only the separator is present in the region of the fold, which simplifies folding.
  • the fixing of the electrode via at least one further thermal heating takes place, wherein the at least one further thermal heating is spaced from the first thermal heating, wherein the number of thermal heaters form a folding edge for the folding of the electrode.
  • the number of thermal heaters form a folding edge for the folding of the electrode.
  • the thermal heating takes place selectively by means of a focused laser beam.
  • a focused laser beam In this way, it can be ensured in a simple manner that only a certain point is heated, whereby the other components are not affected, which benefits the life of the electrochemical energy storage. Furthermore, energy can be saved in this way since much less energy is required for a focused laser beam than, for example, heating part of the electrode stack.
  • the time for fixing the electrodes in the electrode stack can be significantly shortened.
  • a selective heating by means of a focused laser beam a time of less than 0.1 seconds can be achieved for fixing, since it is no longer necessary to fix the individual layers by a mechanical clamping.
  • the electrode layers are simultaneously contacted electrically by the thermal heating. This can be dispensed with a further step. Furthermore, material for contacting the electrode layers can be saved with each other.
  • the transfer of the winding from the second position to the first position takes place in each case via a folded edge metal sheet.
  • a folded edge metal sheet the electrode of the respective roll can be folded during the transfer from the second position to the first position, without the need for previously introducing a folding edge, for example by punching or by a focused laser beam.
  • work steps and devices for producing the electrode stack can be saved.
  • the electrode layers can be pressed against one another "gap-free" by the folded edge metal sheet, which can simplify the fixing of the electrodes since the electrode layers which are to be fixed together are not spaced apart from each other and thus overcome a gap
  • the retraction of the respective folding edge plate takes place from the direction of the respective first position of the respective roll and the outward movement of the respective folding edge plate in the direction of the respective first position of the respective roll. that the folded edge of the respective coils can not hinder the production process of the electrode stack.
  • the invention furthermore relates to an electrochemical energy store, in particular a lithium battery, having at least one electrode stack produced by the previously described method.
  • Electrode stack in the energy storage the production time of the energy storage can be reduced. Furthermore, due to the saving of components for the electrode stack, for example, the material for contacting the electrodes with each other, the total weight of the energy storage can be reduced, whereby costs can be saved during transport of the energy storage.
  • the invention furthermore relates to the use of the electrochemical energy store with at least one electrode stack produced in the previously described method in motor vehicle applications, other electromobility, in particular in ships, two-wheeled vehicles, aircraft, stationary energy storage devices, power tools, entertainment electronics and / or household electronic electronics.
  • the term other electric mobility here describes any type of vehicles and means of locomotion, which can use the chemically generated electrical energy of the energy storage.
  • the automotive applications can in this case represent electronic components that can use the chemically generated electrical energy of the energy storage.
  • the invention further relates to a device for producing an electrode stack according to a previously described method.
  • a device which uses a method described above to produce an electrode stack, it is possible to achieve cycle times of less than 1 second per layer. This is made possible by the fact that the time for fixing the uppermost layer can be reduced due to the lack of clamping devices. Usually times of more than 0.5 seconds are required for the extension and retraction of the clamping devices.
  • the fixing takes place via a focused laser beam, which likewise leads to a time saving over conventional fixing methods. Thus, it is possible to accelerate the production of the electrode stack by means of the device.
  • FIG. 1 shows a view of an arrangement of an apparatus for a method for producing a folded electrode stack
  • FIG. 2 shows a view of the arrangement from FIG. 1 during the introduction of a first thermal connection point
  • FIG. 3 shows a view of the arrangement from FIG. 1 during introduction of a second thermal connection point
  • FIG. 4 is a view of the transfer of winding B from a first position to a second position
  • FIG. 6 is a view of the transfer of winding B from the second position to the first position
  • FIG. 7 shows a view of the arrangement from FIG. 6 during introduction of a first thermal connection point
  • FIG. 8 shows a view of the arrangement from FIG. 6 during the introduction of a second thermal connection point, FIG.
  • FIG. 9 is a view of the transfer of coil A from a first position to a second position
  • FIG. 11 shows a view of the arrangement from FIG. 10 during introduction of a first thermal connection point
  • FIG. 12 is a view of the arrangement of FIG. 10 during the introduction of a second thermal connection point, FIG.
  • FIG. 13 is a view of the transfer of winding B from the first position to the second position
  • FIG. 16 shows a view of the arrangement from FIG. 15 during the introduction of a first thermal connection point
  • FIG. 17 shows a view of the arrangement from FIG. 15 during introduction of a second thermal connection point
  • Fig. 18 is a view of the transfer of winding A from the second to the first position.
  • 1 shows an arrangement for a method for producing an electrode stack 10 for an electrochemical energy store, for example a lithium battery.
  • the arrangement is arranged in a device and comprises inter alia an electrode stack 10, winding A and winding B.
  • the electrode stack 10 is arranged between the winding A and the winding B.
  • the electrode stack 10 comprises at least one separator 12 and at least two electrodes 14, 16.
  • the electrode 14 is arranged with a first polarity together with a separator 12 on a first unwinding unit 18.
  • the electrode 14 is arranged on the separator 12, wherein the separator 12 comprises a multiplicity of electrodes 14, which are cut to size and are arranged at a distance from one another on the separator 12.
  • the electrode 14, the separator 12 and the unwinding unit 18 together form the reel B.
  • the electrode layer 16 extends over the separator 12 in order to produce an electrode stack 10.
  • the electrode layer 16 is arranged on the unwinding unit 20.
  • the unwinding unit 20 and the electrode 16 together form the winding A.
  • the electrode 14 and the electrode 16 have been produced on both sides. In this case, the unwinding unit 20 is located in FIG.
  • the unwinding point of the unwinding unit 20 is lower than the electrode stack 10.
  • the electrodes 14 and 16 have different polarities. Furthermore, it can be seen that the unwinding unit 20 has a first position in a 4 o'clock position and that the unwinding unit 18 has a first position in a 7 o'clock position.
  • Fig. 2 it is shown how the electrode 16 are fixed with the underlying folding of the electrode 16 of the electrode stack 10 by means of a focused laser beam from a laser 22 by thermal heating. Due to the thermal heating, the two layers of the electrode 16 are welded together. The thermal heating takes place selectively by means of a focused laser beam from the laser 22. The thermal heating causes the different layers of the electrode 16 to be electrically contacted with one another at the same time. ""
  • Fig. 3 it can be seen that the two layers of the electrode 16 are fixed by means of a further selective thermal heating by the laser 22 clearly to each other. Furthermore, a fold is defined by the further selective heating. The further selective heating takes place at a distance from the first spot heating.
  • Fig. 4 shows that the reel B has been transferred from the first position, the 7 o'clock position, to a second position, a 2 o'clock position.
  • the folding edge has been produced in a previous, not shown, thermal heating process.
  • the winding B has been transferred from the 7 o'clock to the 2 o'clock position in such a way that the separator 12 rests on the electrode 16 in the region of the electrode stack 10.
  • it is ensured by means of the spaced arrangement of the electrodes 14 on the separator 12 that the electrode 14 is insulated from the electrode A from both sides by means of the separator 12.
  • FIG. 5 shows that a folded edge metal sheet 24 is now moved onto the uppermost layer of the separator 12 in the region of the electrode stack 10.
  • the electrode stacks are compressed so as to press one of the individual layers "gap-free" onto one another, and on the other hand, folding of the coil B from the 2 o'clock position to the 7 o'clock position is facilitated by the folded edge plate 24.
  • the folded edge metal sheet 24 is thereby removed Retracted towards the 7 o'clock position.
  • Fig. 6 it is shown how the winding B has been transferred from the 2 o'clock position to the 7 o'clock position.
  • the folding plate 24 thereby generates a folded edge, so that the separator has been folded and the electrode 14 has been deposited in the region of the electrode stack 10 on the folding plate 24.
  • the folding plate 24 is again moved out of the region of the electrode stack 10 in the direction of the 7 o'clock position.
  • the movement for changing the position must be guided arcuately over the winding A, so that the rolling point of the coil B at the end of the movement is deeper than the electrode stack 10.
  • Fig. 7 shows that by means of a focused laser beam from the laser 22, the electrode 14 is thermally heated selectively to thermally connect the electrode 14 with the underlying fold of the electrode 14. In this process, the rolling point of the coil B is lower than the electrode stack 10, so that the contact between the two layers of the electrode 14 is ensured.
  • FIG. 8 shows how, by means of a laser beam from the laser 22, the electrode 14 is thermally connected to the subjacent fold of electrode 14 with a further selective heating.
  • the two connection points form the folding edge for the next folding of the coil B.
  • the electrode 16 is folded over the two thermal connection points via the previously defined fold edge. This can be seen in FIG. 9 from the fact that the winding A has been transferred from the first position, the 4 o'clock position to the second position, the 11 o'clock position. As a result, the electrode 16 is the uppermost layer of the electrode stack 10.
  • FIG. 10 shows how a folded edge metal sheet 26 is retracted over the electrode 16 m area of the electrode stack 10.
  • the folding plate 16 is thereby retracted from the direction of the 4 o'clock position.
  • the electrode layers in the region of the electrode stack 10 are pressed "gap-free" to each other.
  • the electrode 16 is thermally connected to the underlying fold of electrode 16 by means of a focused laser beam from the laser 22.
  • the thermal heating of the electrode 16 takes place selectively.
  • the electrode 16 is thermally connected to the underlying convolution of the electrode A by another laser beam from the laser 22.
  • FIG. 13 shows, as in FIG. 4, how the separator 12 is deposited on the electrode 16 in the region of the electrode stack 10. This happens because the reel B is transferred from the 7 o'clock position to the 2 o'clock position.
  • the folding edge plate 24 is moved from the direction of the 7 o'clock position into the region of the electrode stack 10. The folded edge plate 24 presses the electrode layers "gap-free" to each other.
  • Fig. 15 shows, as in Fig. 6, that the coil B has been transferred from the second position to the first position.
  • a folding edge is produced in the separator 12 by means of the folded edge metal sheet 24, so that the electrode 14 is deposited on the folded edge metal sheet 24.
  • the folding plate 24 is moved out in the direction of 7 o'clock. The movement to change the position must be performed arcuately over the winding A, so that the rolling point of the coil B at the end of the movement is lower than the electrode stack 10th
  • the electrode 14 is thermally connected to the underlying convolution of electrode B by means of a laser beam from the laser 22.
  • the thermal heating of the electrode layers takes place selectively.
  • the rolling point of the coil B lies deeper than the electrode stack 10, whereby the contact of the two layers is ensured.
  • FIG. 17 shows, like FIG. 8, how the electrode 14 is thermally connected to the underlying fold of the electrode 14 by means of a focused laser beam from the laser 22.
  • the two connection points form the next "fold edge" for the next fold.
  • the winding A is transferred via the folded edge plate 26 from the 11 o'clock position toward 4 o'clock.
  • the electrode 16 is folded over the folding edge plate 26.
  • the movement of the change in the position of the roll must be performed arcuately over the winding B, so that the rolling point of the coil A at the end of the movement is lower than the electrode stack 10.
  • After folding the folding edge sheet is pulled in the direction of the 4 o'clock position.
  • the reel A is in a 4 o'clock position and the reel B is in a 7 o'clock position. This corresponds to the positions of the coil A and the coil B in FIG. 1.
  • the electrode stack 10 is incorporated in an electrochemical energy store. This is not shown.
  • an energy store can be used in motor vehicle applications, other electromobility, in particular in ships, two-wheeled vehicles, aircraft and the like, stationary energy storage devices, electric tools, entertainment electronics and / or household electronic electronics.

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Abstract

The invention relates to a method for producing an electrode stack for an electrochemical energy store by way of two-dimensional convolution, having two coils, wherein one coil comprises a separator and an unwinding unit and another coil comprises an electrode and an unwinding unit, and wherein an electrode is arranged on the separator. The electrodes each have a first polarity or a second polarity. The method according to the invention comprises at least the following steps: arranging the separator, wherein the separator is arranged such that the electrode is arranged below the separator; arranging the electrode of the other coil on the separator; fixing the uppermost electrode by means of an electrode of the same type of the preceding convolution; transferring one of the coils from a first position to a second position, wherein the electrodes are respectively arranged in the electrode stack separated from one another by the separator; fixing the electrodes by means of an electrode of the same type of the preceding convolution; transferring one of the coils from the second position to the first position, respectively. In this way, the production process of an electrode stack (10) can be accelerated.

Description

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Beschreibung description
Titel title
Zweidimensionale Faltung von Elektroden bei gefalteten elektrochemi- sehen Energiespeichern Two-dimensional folding of electrodes in folded electrochemical energy storage
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Elektrodenstapels durch eine zweidimensionale Faltung für einen elektrochemischen Energiespeicher, einen elektrochemischen Energiespeicher der einen nach einem solchen Verfahren hergestellten Elektrodenstapel verwendet, die Verwendung des Energiespeichers in einem elektronischen Bauteil, und eine Vorrichtung zum Herstellen des Elektrodenstapels gemäß dem Verfahren. Stand der Technik The present invention relates to a method for producing an electrode stack by a two-dimensional convolution for an electrochemical energy store, an electrochemical energy accumulator using an electrode stack produced by such a method, the use of the energy accumulator in an electronic component, and an apparatus for producing the electrode stack according to the Method. State of the art
Elektrochemische Energiespeicher, beispielsweise Lithium-Batterien, können auf Grund des Wachstums der Elektroden, beispielsweise in Folge atomarer Anlagerung, nicht kompakt gewickelt werden, da beispielsweise große Zugspannungen in den äu ßeren Elektroden entstehen können. Somit kann eine Schichtung für diesen Typ von Batterien nur mittels Stapeln oder Falten hergestellt werden. Beim Stapeln werden einzeln zugeschnittene Elektroden übereinandergestapelt. Der Separator kann dabei kontinuierlich abgerollt werden. Beim Falten wird eine Elektrode mit einem Sepa- rator auf einem Band hergestellt. Anschließend wird das Band zieharmonika-förmig gefaltet. Abschließend wird ein Band mit einer zweiten Elektrode und einem Separator zugeschnitten und in die Falttaschen des ersten Bandes abgelegt. Bei beiden Varianten sind Taktzeiten unter 1 Sekunde pro Lage schwer zu erreichen. Electrochemical energy storage, such as lithium batteries, due to the growth of the electrodes, for example, as a result of atomic deposition, not be compactly wound because, for example, large tensile stresses in the externa ßeren electrodes can arise. Thus, stratification for this type of batteries can only be made by stacking or folding. When stacking individually cut electrodes are stacked on top of each other. The separator can be unrolled continuously. When folding, an electrode is made with a separator on a belt. Subsequently, the band is folded accordion-shaped. Finally, a tape is cut with a second electrode and a separator and placed in the folding pockets of the first band. In both variants, cycle times of less than 1 second per layer are difficult to achieve.
Offenbarung der Erfindung „ Disclosure of the invention "
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Herstellen eines Elektrodenstapels für einen elektrochemischen Energiespeicher in einem zweidimensionalen Herstellungsverfahren. The subject matter of the present invention is a method for producing an electrode stack for an electrochemical energy store in a two-dimensional production method.
Das Verfahren zum Herstellen eines Elektrodenstapels für einen elektrochemischen Energiespeicher durch eine zweidimensionale Faltung, weist zwei Wickel auf, wobei ein Wickel einen Separator und eine Abrolleinheit umfasst und ein anderer Wickel eine Elektrode und eine Abrolleinheit um- fasst, wobei auf dem Separator eine Elektrode angeordnet ist, wobei die Elektroden jeweils eine erste Polarität oder eine zweite Polarität aufweisen, und das Verfahren mindestens folgende Schritte aufweist: The method for producing an electrode stack for an electrochemical energy store by a two-dimensional folding comprises two windings, one winding comprising a separator and a unwinding unit and another winding comprising an electrode and a unwinding unit, wherein an electrode is arranged on the separator wherein the electrodes each have a first polarity or a second polarity, and the method comprises at least the following steps:
- Anordnen des Separators, wobei der Separator derart angeordnet ist, dass die Elektrode unter dem Separator angeordnet ist,  Arranging the separator, wherein the separator is arranged such that the electrode is arranged under the separator,
- Anordnen der Elektrode des anderen Wickels auf dem Separator, Arranging the electrode of the other roll on the separator,
- Fixieren der obersten Elektrode des Elektrodenstapels, Fixing the uppermost electrode of the electrode stack,
- Überführen von einem der Wickel von einer ersten Position in eine  Transferring one of the wraps from a first position to a
zweite Position,  second position,
- Fixieren der obersten Elektrode des Elektrodenstapels,  Fixing the uppermost electrode of the electrode stack,
- Überführen von einem der Wickel jeweils von der zweiten Position in die erste Position.  Transferring one of the reels each from the second position to the first position.
Der Begriff Elektrodenstapel bezeichnet hierbei eine Vorrichtung, welche insbesondere der Aufnahme und Abgabe von Energie dient. Dazu weist der Elektrodenstapel wenigstens drei Lagen auf, darunter wenigstens eine erste Elektrodenlage einer ersten Polarität, eine zweite Elektrodenlage einer zweiten Polarität sowie einen zwischen diesen Elektrodenlagen angeordneten Separator. Vorzugsweise sind die Lagen des Elektrodenstapels dünnwandig ausgebildet. Eine Lage des Elektrodenstapels ist vorzugsweise als Elektrodenlage oder Separator ausgebildet. Der Elektrodenstapel erstreckt sich in einer Hauptstapelrichtung, welche senkrecht zu den Flächen einer Lage ist, welche benachbarte Lagen berühren. The term electrode stack here refers to a device which in particular serves to receive and deliver energy. For this purpose, the electrode stack has at least three layers, including at least one first electrode layer of a first polarity, a second electrode layer of a second polarity, and a separator arranged between these electrode layers. Preferably, the layers of the electrode stack are formed thin-walled. A layer of the electrode stack is preferably formed as an electrode layer or separator. The electrode stack extends in a main stacking direction that is perpendicular to the surfaces of a layer that contact adjacent layers.
Der Begriff Elektrode bezeichnet hierbei eine Einrichtung, welche der Abgabe und/oder Aufnahme insbesondere elektrischer Energie dient. Einer Elektrode zugeführte elektrische Energie wird zunächst in chemische Energie gewandelt und als chemische Energie abgespeichert. Vorzugsweise ist eine Elektrode dünnwandig. Die Elektrode kann dabei ein Metall, bei- spielsweise aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Kupfer, Nickel, Gold, Edelstahl oder aus einer Metalllegierung der vorgenannten Metalle umfassen. Der Begriff Separator bezeichnet hierbei eine Einrichtung, welche insbesondere zwei Elektroden voneinander trennt. Vorzugsweise trennt ein Separator zwei Elektroden unterschiedlicher Polarität. Vorzugsweise nimmt ein Separator zeitweise einen Elektrolyt auf. Besonders bevorzugt nimmt ein Separator wenigstens zeitweise Lithium-Ionen auf. Vorzugsweise wirkt ein Separator im Wesentlichen als Isolator bezüglich Elektronen. Vorzugsweise ist ein Separator dünnwandig und plattenförmig ausgebildet. Vorzugsweise entspricht die Geometrie eines Separators der Gestalt einer benachbarten Elektrode. Besonders bevorzugt sind die Längen der Begrenzungskanten eines Separators länger als die entsprechenden, insbesonde- re parallel verlaufenden Begrenzungskanten benachbarter Elektroden. AlsThe term electrode in this case denotes a device which serves for the delivery and / or reception of, in particular, electrical energy. An electrical energy supplied to an electrode is first converted into chemical energy and stored as chemical energy. Preferably, an electrode is thin-walled. The electrode can be a metal, while For example, from the group consisting of aluminum, copper, nickel, gold, stainless steel or a metal alloy include the aforementioned metals. The term separator here refers to a device which in particular separates two electrodes from one another. Preferably, a separator separates two electrodes of different polarity. Preferably, a separator temporarily receives an electrolyte. Particularly preferably, a separator absorbs lithium ions at least temporarily. Preferably, a separator acts essentially as an insulator with respect to electrons. Preferably, a separator is thin-walled and plate-shaped. The geometry of a separator preferably corresponds to the shape of an adjacent electrode. Particularly preferably, the lengths of the boundary edges of a separator are longer than the corresponding, in particular parallel, boundary edges of adjacent electrodes. When
Materialien für den Separator können vorwiegend mikroporöse Kunststoffe sowie Vliese aus Glasfaser oder Polyethylen oder Verbundfolien beispielsweise aus Polyethylen und Propylen oder keramische Materialien zum Einsatz kommen. Materials for the separator can be used predominantly microporous plastics and nonwovens made of glass fiber or polyethylene or composite films such as polyethylene and propylene or ceramic materials.
Der Begriff Polarität einer Elektrode beschreibt hierbei, dass diese Elektrode entweder mit dem Pluspol oder dem Minuspol einer dem Elektrodenstapel übergeordneten elektrischen Spannungsquelle elektrisch verbunden ist. Eine Elektrode ist dabei entweder mit dem Pluspol oder dem Minuspol der übergeordneten Spannungsquelle verbunden und weist entweder eine erste oder eine zweite Polarität auf. Eine Elektrode erster Polarität ist vorzugsweise als Anode, eine Elektrode zweiter Polarität vorzugsweise als Kathode ausgebildet. Dabei bezeichnet der Begriff „Anode"; die Elektrodenlage, welche im geladenen Zustand negativ geladen ist. The term polarity of an electrode here describes that this electrode is electrically connected either to the positive pole or the negative pole of an electrical voltage source which is superordinate to the electrode stack. An electrode is connected either to the positive pole or the negative pole of the superordinate voltage source and has either a first or a second polarity. An electrode of the first polarity is preferably formed as an anode, a second polarity electrode preferably as a cathode. The term "anode" refers to the electrode layer which is negatively charged in the charged state.
Der Begriff Anordnen bezeichnet hierbei einen Vorgang, bei dem ein Separator oder eine Elektrode dem übergeordneten Elektrodenstapel zugeführt wird. Vorzugsweise wird ein Separator bzw. eine Elektrode dem Elektrodenstapel so zugeführt, dass die Begrenzungskanten der einzelnen Lagen zueinander im Wesentlichen parallel angeordnet sind. Vorzugsweise wird ein Separator bzw. eine Elektrode derart dem Elektrodenstapel zugeführt, . The term arranging here denotes a process in which a separator or an electrode is supplied to the higher-order electrode stack. Preferably, a separator or an electrode is supplied to the electrode stack so that the boundary edges of the individual layers are arranged substantially parallel to one another. Preferably, a separator or an electrode is supplied to the electrode stack in this way, ,
dass die zugeführte Lage die benachbarte Lage im Wesentlichen vollflächig berührt. the supplied layer essentially touches the adjacent layer over its entire area.
Der Begriff Fixieren bezeichnet hierbei, dass die unbeabsichtigte Verlage- rung des Elektrodenstapels bzw. einer seiner Lagen nur nach Überwindung eines Widerstands erfolgen kann. Mit Fixieren einer Lage bzw. des Elektrodenstapels wird insbesondere die Einhaltung der vorbestimmten Positionen der einzelnen Lagen verbessert. The term fixing here means that the unintentional shifting of the electrode stack or one of its layers can only take place after overcoming a resistance. By fixing a layer or the electrode stack in particular the maintenance of the predetermined positions of the individual layers is improved.
Durch das Verfahren kann auf einfache Weise die Herstellung eines Elektrodenstapels für einen elektrochemischen Energiespeicher vereinfacht werden. Anstatt einzeln zugeschnittene Elektroden übereinanderzustapeln, wobei der Separator zwischen den Elektrodenlagen angeordnet ist und dabei kontinuierlich abgerollt werden kann, und auch die Elektroden im Elektrodenstapel abdeckt, können die Elektroden auf einem Wickel angeordnet und kontinuierlich abgerollt werden. Dadurch kann auf einen komplizierten Aufbau zum Einlegen der zugeschnittenen Elektroden verzichtet werden, was einen Aufbau einer Vorrichtung zum Ausführen des Verfahrens vereinfacht. Um ein Verrutschen der Lagen des Elektrodenstapels vor dem Fixieren zu verhindern, kann die Abrolleinheit des Wickels der obersten Lage die anderen Lagen im Elektrodenstapel niederhalten, in dem die Abrolleinheit sich auf einem niedrigeren Niveau als der Elektrodenstapel befindet. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Abrollpunkt der Abrolleinheit des Wickels tiefer liegt als der Elektrodenstapel. Dadurch kann auch ein Kontakt der Lagen untereinander sichergestellt werden. Somit kann auf einfache Weise ein Verrutschen der einzelnen Lagen vor dem Fixieren ermöglicht werden ohne dass dafür aufwendige mechanische Hilf- Klemmeinrichtungen benötigt werden. Dadurch kann das Verfahren die Herstellung von Elektrodenstapeln beschleunigen, da nicht mehr auf das hinein und hinaus schwenken der mechanischen Klemmeinrichtungen gewartet werden muss. By means of the method, the production of an electrode stack for an electrochemical energy store can be simplified in a simple manner. Instead of stacking individually cut electrodes, wherein the separator is arranged between the electrode layers and thereby can be unrolled continuously, and also covers the electrodes in the electrode stack, the electrodes can be arranged on a winding and unrolled continuously. As a result, a complicated structure for inserting the cut electrodes can be dispensed with, which simplifies a structure of an apparatus for carrying out the method. In order to prevent slippage of the layers of the electrode stack before fixing, the unwinding unit of the winding of the uppermost layer can hold down the other layers in the electrode stack, in which the unwinding unit is at a lower level than the electrode stack. This can be achieved in that the unwinding point of the unwinding unit of the reel is lower than the electrode stack. As a result, it is also possible to ensure contact of the layers with one another. Thus, slipping of the individual layers prior to fixing can be made possible in a simple manner without the need for complicated mechanical auxiliary clamping devices. As a result, the method can accelerate the production of electrode stacks, since it is no longer necessary to wait for the mechanical clamping devices to be pivoted in and out.
Für das Verfahren kann eine Elektrode mit dem Separator auf einem Band hergestellt sein. Es ist weiterhin auch möglich, dass die Elektrode und der Separator kontinuierlich abgerollt werden können. Die Elektrode und derFor the process, an electrode with the separator can be made on a belt. It is also possible that the electrode and the separator can be unrolled continuously. The electrode and the
Separator können zusammen auf einer Abrolleinheit angeordnet sein und einen Wickel bilden. Beim Falten kann eine bestimmte Länge des Wickels der Elektrode mit dem Separator abgerollt und bereitgestellt werden, wobei der Separator dabei auf der Oberseite des Elektrodenstapels angeordnet ist. Über den Separator kann die Elektrode des anderen Wickels angeordnet werden. Nach einem Fixieren der obersten Lage des Elektrodenstapels, kann der Wickel, der nicht die oberste Lage bereitstellt, von einer erstenSeparator may be arranged together on a Abrolleinheit and form a winding. When folding can be a certain length of the coil the electrode are rolled and provided with the separator, wherein the separator is arranged on the top of the electrode stack. About the separator, the electrode of the other coil can be arranged. After fixing the uppermost layer of the electrode stack, the winding, which does not provide the uppermost layer, from a first
Position in eine zweite Position überführt werden. Dadurch kann die Elektrode des überführten Wickels auf den Elektrodenstapel abgelegt werden, wobei die Elektrode gleichzeitig gefaltet wird. Sobald die Elektrode des Wickels auf dem Elektrodenstapel abgelegt worden ist, kann die Elektrode in dem Elektrodenstapel fixiert werden. Danach kann der andere Wickel von einer ersten Position in eine zweite Position überführt werden, wobei die Elektrode gefaltet wird und auf dem Elektrodenstapel abgelegt wird. Dieser Faltprozess wird so lange wiederholt bis ein Elektrodenstapel mit der gewünschten Anzahl von Elektroden entstanden ist. Das Falten wird dabei derart realisiert, dass die Abrolleinheit mit dem Wickel mit der jeweiligenPosition are transferred to a second position. As a result, the electrode of the transferred coil can be deposited on the electrode stack, wherein the electrode is folded at the same time. Once the electrode of the roll has been deposited on the electrode stack, the electrode can be fixed in the electrode stack. Thereafter, the other roll can be transferred from a first position to a second position, wherein the electrode is folded and deposited on the electrode stack. This folding process is repeated until an electrode stack having the desired number of electrodes has been produced. The folding is realized in such a way that the Abrolleinheit with the winding with the respective
Elektrode oder dem Separator von einer ersten Position in eine zweite Position überführt wird oder von der zweiten Position in die erste Position überführt wird, so dass die jeweilige Lage des überführten Wickels entsprechend die anderen Lagen überdeckt. Ein Verrutschen der Lagen vor dem Fixieren kann verhindert werden, in dem die Abrolleinheit mit der oberstenElectrode or the separator is transferred from a first position to a second position or is transferred from the second position to the first position, so that the respective position of the transferred coil correspondingly covers the other layers. Slippage of the layers before fixing can be prevented, in which the unwinding unit with the uppermost
Lage die anderen Lagen niederhalten kann. Dies kann dadurch realisiert werden, dass sich die Abrolleinheit auf einem niedrigeren Niveau als der Elektrodenstapel befindet. Das kann dadurch ermöglicht werden, dass der Abrollpunkt des Wickels mit der jeweiligen Lage tiefer liegt als der Elektro- denstapel, wodurch auch ein Kontakt der Lagen untereinander sichergestellt werden kann. Somit kann auf einfache Weise ein Verrutschen der einzelnen Lagen vor dem Fixieren verhindert werden ohne dass dafür aufwendige mechanische Hilf-Klemmeinrichtungen benötigt werden. Dadurch kann das Verfahren die Herstellung von Elektrodenstapeln beschleunigen, da nicht mehr auf das hinein und hinaus schwenken der mechanischenAble to hold down the other layers. This can be realized by having the unwinding unit at a lower level than the electrode stack. This can be made possible by the fact that the roll-off point of the roll with the respective layer is lower than the electrode stack, whereby a contact of the layers with each other can be ensured. Thus, slipping of the individual layers prior to fixing can be prevented in a simple manner without requiring expensive mechanical auxiliary clamping devices. As a result, the method can accelerate the production of electrode stacks, since no longer in and out of the mechanical
Klemmeinrichtungen gewartet werden muss. Clamping devices must be maintained.
Das Einsparen des Einlegens von einzelnen zugeschnittenen Elektroden kann durch das Überführen von einem der Wickel von einer ersten Position in eine zweite Position und durch das Überführen von einem der Wickel jeweils von der zweiten Position in die erste Position ermöglicht werden, wobei die Elektroden jeweils durch den Separator getrennt voneinander in dem Elektrodenstapel angeordnet werden. Durch die Verwendung von Wickel kann durch das Überführen von der ersten Position in die zweite Position und umgekehrt die jeweilige Elektrode auf dem Elektrodenstapel durch Abrollen vom Wickel abgelegt werden. Dies kann den Herstellungsprozess und die Vorrichtung zum Herstellen des Elektrodenstapels vereinfachen, da auf komplizierte Vorrichtungen zum Einlegen von zugeschnittenen Elektroden verzichtet werden kann. Weiterhin kann durch das Überführen der Wickel von einer ersten Position in eine zweite Position und von einer zweiten Position in eine erste Position auf Hilfs-Klemmvorrichtungen verzichtet werden, da durch die Abrolleinheiten der Wickel mit der obersten Lage imThe saving of the insertion of individual cut electrodes can be facilitated by transferring one of the coils from a first position to a second position and by transferring one of the coils from the second position to the first position, respectively Separator separated from each other the electrode stack can be arranged. By using winding can be stored by transferring from the first position to the second position and vice versa, the respective electrode on the electrode stack by rolling from the winding. This can simplify the manufacturing process and the apparatus for manufacturing the electrode stack, since complicated devices for inserting cut electrodes can be dispensed with. Furthermore, by transferring the winding from a first position to a second position and from a second position to a first position on auxiliary clamping devices can be dispensed with, since by the Abrolleinheiten the winding with the uppermost layer in the
Bereich des Elektrodenstapels ein Verrutschen des Elektrodenstapels verhindern kann. Ein Verrutschen der Lagen vor dem Fixieren kann verhindert werden, in dem die Abrolleinheit mit der obersten Lage die anderen Lagen niederhalten kann. Dies kann dadurch realisiert werden, dass sich die Ab- rolleinheit auf einem niedrigeren Niveau als der Elektrodenstapel befindet.Area of the electrode stack can prevent slippage of the electrode stack. Slippage of the layers before fixing can be prevented, in which the Abrolleinheit with the uppermost layer can hold down the other layers. This can be realized by the unwinding unit being at a lower level than the electrode stack.
Dadurch kann der Abrollpunkt des Wickels mit der jeweiligen Lage tiefer liegen als der Elektrodenstapel, wodurch auch ein Kontakt der Lagen untereinander sichergestellt werden kann. Somit kann auf einfache Weise ein Verrutschen der einzelnen Lagen vor dem Fixieren verhindert werden ohne dass dafür aufwendige mechanische Hilf-Klemmeinrichtungen benötigt werden. Dadurch kann das Verfahren die Herstellung von Elektrodenstapeln beschleunigen, da nicht mehr auf das hinein und hinaus schwenken der mechanischen Klemmeinrichtungen gewartet werden muss. Es ist vorteilhaft, wenn bei dem Verfahren die Elektrode, die nicht auf demAs a result, the rolling point of the roll with the respective layer can be lower than the electrode stack, as a result of which contact between the layers can also be ensured. Thus, slipping of the individual layers prior to fixing can be prevented in a simple manner without requiring expensive mechanical auxiliary clamping devices. As a result, the method can accelerate the production of electrode stacks, since it is no longer necessary to wait for the mechanical clamping devices to be pivoted in and out. It is advantageous if in the process the electrode, not on the
Separator angeordnet ist, als eine doppelseitige Elektrode ausgebildet ist, beispielsweise kann die Elektrode in einem Conti-Prozess doppelseitig hergestellt worden sein. Auf diese Weise kann auf einfache Weise bei der Herstellung des Elektrodenstapels erreicht werden, dass der Wickel nicht für jedes Anordnen der Elektrode gedreht werden muss, wie dies bei einer einseitigen Elektrode der Fall ist damit die Elektrode den Separator auf dem Elektrodenstapels kontaktieren kann. Oder der Wickel mit der Elektrode erst die erste Position in zweite Position ändert und sofort die zweite Position in die erste Position zurück ändert, damit die Elektrode den Sepa- rator kontaktieren kann. Vielmehr kann durch eine doppelseitige Elektrode jeweils bei der Änderung der Position des Wickels von einer ersten Position in eine zweite Position und von der zweiten Position zurück in die erste Po- sition die Elektrode kontinuierlich auf dem Elektrodenstapel abgelegt werden ohne dass dafür der Wickel vorher gedreht werden muss oder die Position des Wickels zweimal geändert werden muss. Dadurch kann die Herstellung des Elektrodenstapels beschleunigt werden, weiterhin kann auf komplizierte Vorrichtungen zum Ablegen der Elektroden und zum Festklemmen des Elektrodenstapels verzichtet werden. Separator is arranged as a double-sided electrode is formed, for example, the electrode may be made double-sided in a Conti process. In this way, it can be easily achieved in the manufacture of the electrode stack that the winding need not be rotated for each placement of the electrode, as is the case with a single-sided electrode so that the electrode can contact the separator on the electrode stack. Or the winding with the electrode first changes the first position to the second position and immediately changes the second position back to the first position so that the electrode can contact the separator. Rather, by a double-sided electrode in each case when changing the position of the coil from a first position to a second position and from the second position back into the first position. The electrode can be laid down continuously on the electrode stack without the winding having to be rotated beforehand or the position of the coil having to be changed twice. As a result, the production of the electrode stack can be accelerated, furthermore, complicated devices for depositing the electrodes and for clamping the electrode stack can be dispensed with.
In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform des Verfahrens erfolgt das Fixieren der Elektroden über eine thermische Erwärmung erfolgt. Auf diese Wei- se kann auf zusätzliche Adhäsionsmittel, beispielsweise Klebstoff verzichtet werden. In an advantageous embodiment of the method, the fixing of the electrodes takes place via thermal heating. In this way, it is possible to dispense with additional adhesives, for example adhesive.
Vorteilhafterweise werden die Elektrode des durch das Verfahren hergestellten Elektrodenstapels durch die thermische Erwärmung miteinander verklebt, verlötet, verschmolzen oder verschweißt. Auf diese Weise kann auf zusätzliche Adhäsionsmittel, beispielsweise Klebstoff, verzichtet werden. Advantageously, the electrodes of the electrode stack produced by the process are bonded together by the thermal heating, soldered, fused or welded. In this way can be dispensed with additional adhesive, such as adhesive.
Es ist vorteilhaft, wenn bei dem Verfahren bei dem Fixieren jeweils die Elektrode der einen Polarität mit der jeweiligen Elektrode der gleichen Polarität der vorherigen Faltung verbunden wird. Auf diese Weise ist es nicht mehr nötig zum Fixieren der Elektroden den ganzen Elektrodenstapel zusammenzudrücken. Vielmehr kann auf einfache Weise ein Fixieren der jeweiligen Elektroden erreicht werden, da nur jeweils die letzten beiden Lagen der Elektrode mit derselben Polarität verbunden werden. Um ein Verrutschen der Lagen vor dem Fixieren zu verhindern, kann der Wickel der obersten Lage die anderen Lagen niederhalten, in dem die Abrolleinheit des Wickels sich auf einem niedrigeren Niveau als der Elektrodenstapel befindet. Dies kann derart realisiert werden, dass der Abrollpunkt des Wickels mit der jeweiligen Lage tiefer liegt als der Elektrodenstapel, wodurch auch ein Kontakt der Lagen untereinander sichergestellt werden kann. Somit kann auf einfache Weise ein Verrutschen der einzelnen Lagen vor dem Fixieren ermöglicht werden ohne dass dafür aufwendige mechanische Hilf- Klemmeinrichtungen benötigt werden. Dadurch kann das Verfahren die Herstellung von Elektrodenstapeln beschleunigen, da nicht mehr auf das hinein und hinaus schwenken der mechanischen Klemmeinrichtungen gewartet werden muss. In einer vorteilhaften Ausgestaltungsform des Verfahrens besteht die Elektrode, die auf dem Separator angeordnet ist, aus einer Vielzahl an Elektroden, die beabstandet voneinander auf dem Separator angeordnet sind. Die Elektrode kann ebenfalls doppelseitig hergestellt sein, wobei die Elektrode zugeschnitten wird und beabstandet auf dem Separator angeordnet wird. Auf diese Weise kann gewährleistet werden, dass die Elektrode bei der Faltung durch die Veränderung der Position des Wickels jeweils im Bereich des Elektrodenstapels über den Separator gegenüber der anderen Elektro- de isoliert ist. Weiterhin kann dadurch sichergestellt werden, dass im Bereich der Faltung nur der Separator vorhanden ist, was eine Faltung vereinfacht. It is advantageous if, in the fixing method, in each case the electrode of one polarity is connected to the respective electrode of the same polarity of the previous fold. In this way it is no longer necessary to fix the electrodes together to compress the whole electrode stack. Rather, a fixing of the respective electrodes can be achieved in a simple manner since only the last two layers of the electrode are connected to the same polarity. In order to prevent slippage of the layers before fixing, the winding of the uppermost layer can hold down the other layers in which the unwinding unit of the winding is at a lower level than the electrode stack. This can be realized in such a way that the roll-off point of the roll with the respective layer is lower than the electrode stack, whereby a contact of the layers with one another can be ensured. Thus, slipping of the individual layers prior to fixing can be made possible in a simple manner without the need for complicated mechanical auxiliary clamping devices. As a result, the method can accelerate the production of electrode stacks, since it is no longer necessary to wait for the mechanical clamping devices to be pivoted in and out. In an advantageous embodiment of the method, the electrode, which is arranged on the separator, consists of a multiplicity of electrodes, which are arranged at a distance from one another on the separator. The electrode may also be double-sided, with the electrode cut to size and spaced on the separator. In this way it can be ensured that the electrode is in the folding by the change in the position of the coil in each case in the region of the electrode stack via the separator with respect to the other electrode de isolated. Furthermore, it can be ensured that only the separator is present in the region of the fold, which simplifies folding.
Es ist vorteilhaft, wenn bei dem Verfahren das Fixieren der Elektrode über mindestens eine weitere thermische Erwärmung erfolgt, wobei die mindestens eine weitere thermische Erwärmung beabstandet von der ersten thermischen Erwärmung erfolgt, wobei die Anzahl der thermische Erwärmungen eine Faltkante für die Faltung der Elektrode bilden. Auf diese Weise kann auf einfache eine Faltkante gebildet werden, wodurch ein Falten der Elektrodenlagen erleichtert wird. Dadurch kann die Produktion des Elektrodenstapels durch Falten beschleunigt werden. It is advantageous if in the method, the fixing of the electrode via at least one further thermal heating takes place, wherein the at least one further thermal heating is spaced from the first thermal heating, wherein the number of thermal heaters form a folding edge for the folding of the electrode. In this way can be formed on a simple folding edge, whereby a folding of the electrode layers is facilitated. As a result, the production of the electrode stack can be accelerated by folding.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die thermische Erwärmung punktuell mittels eines fokussierten Laserstrahls. Auf diese Weise kann auf einfache Weise sichergestellt werden, dass nur ein bestimmter Punkt erwärmt wird, wodurch die anderen Bauteile nicht in Mitleidenschaft gezogen werden, was der Lebensdauer des elektrochemischen Energiespeichers zu Gute kommt. Weiterhin kann auf diese Weise Energie eingespart werden, da für einen fokussierten Laserstrahl viel weniger Ener- gie benötigt wird, als beispielsweise einen Teil des Elektrodenstapels zu erwärmen. Des Weiteren kann durch die Verwendung eines fokussierten Laserstrahls die Zeit zum Fixieren der Elektroden im Elektrodenstapel erheblich verkürzt werden. Durch eine punktuelle Erwärmung mittels eines fokussierten Laserstrahl kann eine Zeit von weniger als 0,1 Sekunden für das Fixieren erreicht werden, da es nicht mehr nötig ist, die einzelnen Lagen durch eine mechanische Klemmung zu fixieren. Für das Klemmen und dem Herausschwenken aus dem Klemmbereich wird jeweils eine Zeit von mehr als 0,5 Sekunden benötigt. Durch die Verwendung eines fokussierten Laserstrahls können somit Schichtungszeiten von kleiner 1 Sekunde erreicht werden. Es ist vorteilhaft, wenn bei dem Verfahren durch die thermische Erwärmung gleichzeitig die Elektrodenlagen elektrisch miteinander kontaktiert werden. Dadurch kann auf einen weiteren Arbeitsschritt verzichtet werden. Weiterhin kann Material zur Kontaktierung der Elektrodenlagen untereinander eingespart werden. In an advantageous embodiment of the method, the thermal heating takes place selectively by means of a focused laser beam. In this way, it can be ensured in a simple manner that only a certain point is heated, whereby the other components are not affected, which benefits the life of the electrochemical energy storage. Furthermore, energy can be saved in this way since much less energy is required for a focused laser beam than, for example, heating part of the electrode stack. Furthermore, by using a focused laser beam, the time for fixing the electrodes in the electrode stack can be significantly shortened. By a selective heating by means of a focused laser beam, a time of less than 0.1 seconds can be achieved for fixing, since it is no longer necessary to fix the individual layers by a mechanical clamping. For the terminals and the swinging out of the clamping area is a time of needed more than 0.5 seconds. By using a focused laser beam thus stratification times of less than 1 second can be achieved. It is advantageous if, in the method, the electrode layers are simultaneously contacted electrically by the thermal heating. This can be dispensed with a further step. Furthermore, material for contacting the electrode layers can be saved with each other.
Vorteilhafterweise erfolgt bei dem Verfahren das Überführen der Wickel von der zweiten Position in die erste Position jeweils über ein Faltkantblech. Mit Hilfe eines Faltkantbleches kann die Elektrode des jeweiligen Wickels bei dem Überführen von der zweiten Position in die erste Position gefaltet werden, ohne dass vorher eine Faltkante eingebracht werden muss, beispielsweise durch stanzen oder durch einen fokussierten Laserstrahl. Dadurch können Arbeitsschritte und Vorrichtungen zum Herstellen des Elektrodenstapels eingespart werden. Weiterhin können durch das Faltkantblech die Elektrodenlagen„spaltfrei", also ohne Abstände zwischen den einzelnen Lagen, aufeinandergedrückt werden. Dies kann das Fixieren der Elektroden vereinfachen, da dadurch die Elektrodenlagen, welche miteinander fixiert werden sollen nicht beabstandet voneinander angeordnet sind und somit ein Spalt überwunden werden muss, was das Fixieren erschweren kann. Vorzugweise erfolgt das Einfahren des jeweiligen Faltkant- bleches aus Richtung der jeweiligen ersten Position des jeweiligen Wickels und das Herausfahren des jeweiligen Faltkantbleches in Richtung der jeweiligen ersten Position des jeweiligen Wickels. Auf diese Weise kann sichergestellt werden, dass die Faltkantbleche der jeweiligen Wickel nicht den Herstellungsprozess des Elektrodenstapels behindern können. Advantageously, in the method, the transfer of the winding from the second position to the first position takes place in each case via a folded edge metal sheet. By means of a folded edge metal sheet, the electrode of the respective roll can be folded during the transfer from the second position to the first position, without the need for previously introducing a folding edge, for example by punching or by a focused laser beam. As a result, work steps and devices for producing the electrode stack can be saved. Furthermore, the electrode layers can be pressed against one another "gap-free" by the folded edge metal sheet, which can simplify the fixing of the electrodes since the electrode layers which are to be fixed together are not spaced apart from each other and thus overcome a gap Preferably, the retraction of the respective folding edge plate takes place from the direction of the respective first position of the respective roll and the outward movement of the respective folding edge plate in the direction of the respective first position of the respective roll. that the folded edge of the respective coils can not hinder the production process of the electrode stack.
Hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicher, der erfindungsgemäßen Verwendung des mit einem nach dem oben beschriebenen Verfahren herge- stellten Elektrodenstapel ausgestatteten Energiespeichers in einem Elektrogerät und der Vorrichtung zum Herstellen eines Elektrodenstapels gemäß dem Verfahren, sowie auf die Figuren verwiesen. Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein elektrochemischer Energiespeicher, insbesondere eine Lithium-Batterie, mit mindestens einem nach dem vorher beschriebenen Verfahren hergestellten Elektrodenstapel. Durch die Verwendung des nach dem vorher beschriebenen Verfahren hergestelltenWith regard to further features and advantages of the method according to the invention, explicit reference is made here to the explanations in connection with the energy store according to the invention, the inventive use of the energy store equipped with an electrode stack produced according to the method described above in an electrical device and the device for producing an electrode stack according to FIG Method, and referenced to the figures. The invention furthermore relates to an electrochemical energy store, in particular a lithium battery, having at least one electrode stack produced by the previously described method. By using the prepared according to the method described above
Elektrodenstapels in dem Energiespeicher kann die Produktionszeit des Energiespeichers verringert werden. Weiterhin kann aufgrund der Einsparung von Bauteilen für den Elektrodenstapel, beispielsweise das Material zur Kontaktierung der Elektroden untereinander, das Gesamtgewicht des Energiespeichers verringert werden, wodurch beim Transport des Energiespeichers Kosten eingespart werden können. Electrode stack in the energy storage, the production time of the energy storage can be reduced. Furthermore, due to the saving of components for the electrode stack, for example, the material for contacting the electrodes with each other, the total weight of the energy storage can be reduced, whereby costs can be saved during transport of the energy storage.
Hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Energiespeichers wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusam- menhang dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels, der erfindungsgemäßen Verwendung des Energiespeichers in einem Elektrogerät und der Vorrichtung zum Herstellen des Energiestapels gemäß dem Verfahren, sowie auf die Figuren verwiesen. Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung des elektrochemischen Energiespeichers mit mindestens einem in dem vorher beschriebenen Verfahren hergestellten Elektrodenstapel in Kraftfahrzeuganwendungen, sonstigen Elektromobilitäten, insbesondere in Schiffen, Zweirädern, Flugzeugen, stationären Energiespeichern, Elektrowerkzeugen, Unterhal- tungselektroniken und/oder Haushaltselektronikelektroniken. Der Begriff sonstige Elektromobilitäten beschreibt hierbei jegliche Art von Fahrzeugen und Fortbewegungsmitteln, welche die chemisch erzeugte elektrische Energie des Energiespeichers verwenden können. Die Kraftfahrzeuganwendungen, sonstigen Elektromobilitäten, insbesondere Schiffe, Zweiräder, Flugzeuge, stationären Energiespeichern, Elektrowerkzeugen, Unterhaltungselektroniken und/oder Haushaltselektronikelektroniken können hierbei elektronische Bauteile darstellen, welche die chemisch erzeugte elektrische Energie des Energiespeichers verwenden können. Durch die Reduzierung der Herstellungszeit können Kosten eingespart werden, welche sich auch im Endpreis der oben genannten Produkte niederschlagen können. Hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendung wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels, dem erfindungsgemäßen Energiespeicher und der Vorrichtung zum Herstellen des Elektrodenstapels gemäß dem Verfahren, sowie auf die Figuren verwiesen. With regard to further features and advantages of the energy store according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the inventive method for producing an electrode stack, the inventive use of the energy store in an electrical appliance and the device for producing the energy stack according to the method, and to the figures , The invention furthermore relates to the use of the electrochemical energy store with at least one electrode stack produced in the previously described method in motor vehicle applications, other electromobility, in particular in ships, two-wheeled vehicles, aircraft, stationary energy storage devices, power tools, entertainment electronics and / or household electronic electronics. The term other electric mobility here describes any type of vehicles and means of locomotion, which can use the chemically generated electrical energy of the energy storage. The automotive applications, other electromobility, in particular ships, two-wheelers, aircraft, stationary energy storage, power tools, entertainment electronics and / or electronic household electronics can in this case represent electronic components that can use the chemically generated electrical energy of the energy storage. By reducing the production time costs can be saved, which can also be reflected in the final price of the above products. With regard to further features and advantages of the use according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the method according to the invention for producing an electrode stack, the energy store according to the invention and the device for producing the electrode stack according to the method, as well as to the figures.
Die Erfindung betrifft weiterhin eine Vorrichtung zum Herstellen eines Elektrodenstapels gemäß einem vorher beschriebenen Verfahrens. Mit Hilfe einer Vorrichtung, die ein oben beschriebenes Verfahren verwendet um einen Elektrodenstapel herzustellen ist es möglich Taktzeiten von unter 1 Sekunde pro Lage zu erreichen. Dies wird dadurch ermöglicht, dass die Zeit zum Fixieren der obersten Lage aufgrund der fehlenden Klemmeinrichtungen verringert werden kann. Üblicherweise werden für das Ein- und Ausfahren der Klemmeinrichtungen Zeiten von mehr als 0,5 Sekunden benötigt. Weiterhin erfolgt das Fixieren über einen fokussierten Laserstrahl, was ebenfalls zu einer Zeitersparnis gegenüber herkömmlichen Fixierverfahren führt. Somit ist es möglich die Produktion des Elektrodenstapels mit Hilfe der Vorrichtung zu beschleunigen. The invention further relates to a device for producing an electrode stack according to a previously described method. With the aid of a device which uses a method described above to produce an electrode stack, it is possible to achieve cycle times of less than 1 second per layer. This is made possible by the fact that the time for fixing the uppermost layer can be reduced due to the lack of clamping devices. Usually times of more than 0.5 seconds are required for the extension and retraction of the clamping devices. Furthermore, the fixing takes place via a focused laser beam, which likewise leads to a time saving over conventional fixing methods. Thus, it is possible to accelerate the production of the electrode stack by means of the device.
Hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels, dem erfindungsgemäßen Energiespeicher und der erfindungsgemäßen Verwendung eines chemischen Energiespeichers, sowie auf die Figuren verwiesen. With regard to further features and advantages of the device according to the invention, reference is hereby explicitly made to the explanations in connection with the method according to the invention for producing an electrode stack, the energy store according to the invention and the use of a chemical energy store according to the invention, and to the figures.
Zeichnungen und Beispiele Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßenDrawings and examples Further advantages and advantageous embodiments of the invention
Gegenstände werden durch die Zeichnungen und die Beispiele veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen und die Beispiele nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen 1 Objects are illustrated by the drawings and the examples and explained in the following description. It should be noted that the drawings and examples are merely descriptive and are not intended to limit the invention in any way. Show it 1
Fig.1 eine Ansicht einer Anordnung einer Vorrichtung für ein Verfahren zum Herstellen eines gefalteten Elektrodenstapels, 1 shows a view of an arrangement of an apparatus for a method for producing a folded electrode stack,
Fig. 2 eine Ansicht der Anordnung aus Fig. 1 beim Einbringen eines ersten thermischen Verbindungspunktes,  2 shows a view of the arrangement from FIG. 1 during the introduction of a first thermal connection point, FIG.
Fig. 3 eine Ansicht der Anordnung aus Fig. 1 beim Einbringen eines zweiten thermischen Verbindungspunktes,  3 shows a view of the arrangement from FIG. 1 during introduction of a second thermal connection point, FIG.
Fig. 4 eine Ansicht des Überführens von Wickel B von einer ersten Position in eine zweite Position,  4 is a view of the transfer of winding B from a first position to a second position,
Fig. 5 eine Ansicht des Einfahrens eines Faltkantbleches auf den Wickel B,  5 is a view of the retraction of a Faltkantbleches on the winding B,
Fig. 6 eine Ansicht des Überführens von Wickel B von der zweiten Position in die erste Position,  6 is a view of the transfer of winding B from the second position to the first position,
Fig. 7 eine Ansicht der Anordnung aus Fig. 6 beim Einbringen eines ersten thermischen Verbindungspunktes,  7 shows a view of the arrangement from FIG. 6 during introduction of a first thermal connection point, FIG.
Fig.8 eine Ansicht der Anordnung aus Fig. 6 beim Einbringen eines zweiten thermischen Verbindungspunktes,  8 shows a view of the arrangement from FIG. 6 during the introduction of a second thermal connection point, FIG.
Fig. 9 eine Ansicht des Überführens von Wickels A von einer ersten Position in eine zweite Position,  9 is a view of the transfer of coil A from a first position to a second position,
Fig. 10 eine Ansicht des Einfahrens eines Faltkantbleches auf den Wickel A,  10 is a view of the retraction of a Faltkantbleches on the winding A,
Fig. 11 eine Ansicht der Anordnung aus Fig. 10 beim Einbringen eines ersten thermischen Verbindungspunktes,  11 shows a view of the arrangement from FIG. 10 during introduction of a first thermal connection point, FIG.
Fig. 12 eine Ansicht der Anordnung aus Fig. 10 beim Einbringen eines zweiten thermischen Verbindungspunktes,  12 is a view of the arrangement of FIG. 10 during the introduction of a second thermal connection point, FIG.
Fig. 13 eine Ansicht des Überführens von Wickel B von der ersten Position in die zweite Position,  13 is a view of the transfer of winding B from the first position to the second position,
Fig. 14 eine Ansicht des Einfahrens eines Faltkantbleches auf den Wickel B,  14 is a view of the retraction of a Faltkantbleches on the winding B,
Fig. 15 eine Ansicht des Überführens von Wickel B von der zweiten Position in die erste Position,  15 is a view of the transfer of winding B from the second position to the first position,
Fig. 16 eine Ansicht der Anordnung aus Fig. 15 beim Einbringen eines ersten thermischen Verbindungspunktes,  16 shows a view of the arrangement from FIG. 15 during the introduction of a first thermal connection point, FIG.
Fig. 17 eine Ansicht der Anordnung aus Fig. 15 beim Einbringen eines zweiten thermischen Verbindungspunktes,  17 shows a view of the arrangement from FIG. 15 during introduction of a second thermal connection point, FIG.
Fig. 18 eine Ansicht des Überführens von Wickel A von der zweiten in die erste Position. Fig. 1 zeigt eine Anordnung für ein Verfahren zum Herstellen eines Elektrodenstapels 10 für einen elektrochemischen Energiespeicher, beispielsweise eine Lithium-Batterie. Die Anordnung ist in einer Vorrichtung angeordnet und umfasst unter anderem einen Elektrodenstapel 10, Wickel A und Wickel B. Der Elektrodenstapel 10 ist zwischen dem Wickel A und dem Wickel B angeordnet. Der Elektrodenstapel 10 umfasst mindestens einen Separator 12, sowie mindestens zwei Elektroden 14, 16. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist bei dem Verfahren die Elektrode14 mit einer ersten Polarität zusammen mit einem Separator 12 auf einer ersten Abrolleinheit 18 angeordnet. Die Elektrode 14 ist dabei auf dem Separator 12 angeordnet, dabei umfasst der Separator 12 eine Vielzahl an Elektrode 14, welche zugeschnitten sind und beabstandet voneinander auf dem Separator 12 angeordnet sind. Die Elektrode 14, der Separator 12 und die Abrolleinheit 18 ergeben zusammen den Wickel B. Weiterhin ist in Fig. 1 erkennbar, dass die Elektrodenlage 16 sich über den Separator 12 erstreckt, um einen Elektrodenstapel 10 herzustellen. Die Elektrodenlage 16 ist an der Abrolleinheit 20 angeordnet. Die Abrolleinheit 20 und die Elektrode 16 bilden zusammen den Wickel A. Weiterhin sollen in diesem Ausführungsbeispiel die Elektrode 14 und die Elektrode 16 doppelseitig hergestellt worden sein. Die Abrolleinheit 20 befindet sich in Fig. 1 dabei auf einem niedrigeren Niveau als der Elektrodenstapel 10 um den Separator 12 und die Elektroden 14,16 zu fixieren. Dies wird dadurch realisiert, dass der Abrollpunkt der Abrolleinheit 20 tiefer liegt als der Elektrodenstapel 10. Die Elektroden 14 und 16 weisen dabei unterschiedliche Polaritäten auf. Weiterhin ist erkennbar, dass die Abrolleinheit 20 eine erste Position in einer 4 Uhr Position aufweist und die die Abrolleinheit 18 eine erste Position in einer 7 Uhr Position aufweist. Fig. 18 is a view of the transfer of winding A from the second to the first position. 1 shows an arrangement for a method for producing an electrode stack 10 for an electrochemical energy store, for example a lithium battery. The arrangement is arranged in a device and comprises inter alia an electrode stack 10, winding A and winding B. The electrode stack 10 is arranged between the winding A and the winding B. The electrode stack 10 comprises at least one separator 12 and at least two electrodes 14, 16. As shown in FIG. 1, in the method the electrode 14 is arranged with a first polarity together with a separator 12 on a first unwinding unit 18. In this case, the electrode 14 is arranged on the separator 12, wherein the separator 12 comprises a multiplicity of electrodes 14, which are cut to size and are arranged at a distance from one another on the separator 12. The electrode 14, the separator 12 and the unwinding unit 18 together form the reel B. Furthermore, it can be seen in FIG. 1 that the electrode layer 16 extends over the separator 12 in order to produce an electrode stack 10. The electrode layer 16 is arranged on the unwinding unit 20. The unwinding unit 20 and the electrode 16 together form the winding A. Furthermore, in this embodiment, the electrode 14 and the electrode 16 have been produced on both sides. In this case, the unwinding unit 20 is located in FIG. 1 at a lower level than the electrode stack 10 in order to fix the separator 12 and the electrodes 14, 16. This is realized in that the unwinding point of the unwinding unit 20 is lower than the electrode stack 10. The electrodes 14 and 16 have different polarities. Furthermore, it can be seen that the unwinding unit 20 has a first position in a 4 o'clock position and that the unwinding unit 18 has a first position in a 7 o'clock position.
In Fig. 2 ist dargestellt, wie die Elektrode 16 mit der darunterliegenden Faltung der Elektrode 16 des Elektrodenstapels 10 mit Hilfe eines fokussierten Laserstrahls aus einem Laser 22 durch eine thermische Erwärmung fixiert werden. Durch die thermische Erwärmung werden die beiden Lagen der Elektrode 16 miteinander verschweißt. Die thermische Erwärmung erfolgt punktuell mittels eines fokussierten Laserstrahls aus dem Laser 22. Durch die thermische Erwärmung werden die unterschiedlichen Lagen der Elekt- rode 16 gleichzeitig elektrisch miteinander kontaktiert. „„ In Fig. 2 it is shown how the electrode 16 are fixed with the underlying folding of the electrode 16 of the electrode stack 10 by means of a focused laser beam from a laser 22 by thermal heating. Due to the thermal heating, the two layers of the electrode 16 are welded together. The thermal heating takes place selectively by means of a focused laser beam from the laser 22. The thermal heating causes the different layers of the electrode 16 to be electrically contacted with one another at the same time. ""
- 14 -  - 14 -
In Fig. 3 ist erkennbar, dass die beiden Lagen der Elektrode 16 mittels einer weiteren punktuellen thermischen Erwärmung durch den Laser 22 eindeutig zueinander fixiert werden. Weiterhin wird durch die weitere punktuelle Erwärmung eine Faltkante definiert. Die weitere punktuelle Erwärmung erfolgt dabei beabstandet von der ersten punktuellen Erwärmung. In Fig. 3 it can be seen that the two layers of the electrode 16 are fixed by means of a further selective thermal heating by the laser 22 clearly to each other. Furthermore, a fold is defined by the further selective heating. The further selective heating takes place at a distance from the first spot heating.
Fig. 4 zeigt, dass der Wickel B von der ersten Position, der 7 Uhr Position, in eine zweite Position, einer 2 Uhr Position, überführt worden ist. Die Faltkante ist in einem vorherigen nicht gezeigten thermischen Erwärmungspro- zess erzeugt worden. Der Wickel B ist dabei derart von der 7 Uhr in die 2 Uhr Position überführt worden, dass im Bereich des Elektrodenstapels 10 der Separator 12 auf der Elektrode 16 aufliegt. Wie in Fig. 4 erkennbar wird mittels der beabstandeten Anordnung der Elektroden 14 auf dem Separator 12 gewährleistet, dass die Elektrode 14 von beiden Seiten mittels des Separators 12 gegenüber der Elektrode A isoliert ist. Fig. 4 shows that the reel B has been transferred from the first position, the 7 o'clock position, to a second position, a 2 o'clock position. The folding edge has been produced in a previous, not shown, thermal heating process. The winding B has been transferred from the 7 o'clock to the 2 o'clock position in such a way that the separator 12 rests on the electrode 16 in the region of the electrode stack 10. As can be seen in FIG. 4, it is ensured by means of the spaced arrangement of the electrodes 14 on the separator 12 that the electrode 14 is insulated from the electrode A from both sides by means of the separator 12.
Fig. 5 zeigt, dass ein Faltkantblech 24 nun auf die oberste Lage des Separators 12 im Bereich des Elektrodenstapels 10 eingefahren wird. Auf diese Weise wird zum einen der Elektrodenstapel zusammengedrückt, um eine die einzelnen Lagen„spaltfrei" aufeinanderzudrücken, zum anderen wird durch das Faltkantblech 24 ein Überführen des Wickels B von der 2 Uhr Position in die 7 Uhr Position vereinfacht. Das Faltkantblech 24 wird dabei aus Richtung der 7 Uhr Position eingefahren. FIG. 5 shows that a folded edge metal sheet 24 is now moved onto the uppermost layer of the separator 12 in the region of the electrode stack 10. In this way, on the one hand, the electrode stacks are compressed so as to press one of the individual layers "gap-free" onto one another, and on the other hand, folding of the coil B from the 2 o'clock position to the 7 o'clock position is facilitated by the folded edge plate 24. The folded edge metal sheet 24 is thereby removed Retracted towards the 7 o'clock position.
In Fig. 6 wird gezeigt, wie der Wickel B von der 2 Uhr Position in die 7 Uhr Position zurück überführt worden ist. Das Faltblech 24 erzeugt dabei eine Faltkante, so dass der Separator gefaltet worden ist und die Elektrode 14 im Bereich des Elektrodenstapels 10 auf das Faltblech 24 abgelegt worden ist. Nach dem Überführen wird das Faltblech 24 wieder aus dem Bereich des Elektrodenstapels 10 in Richtung der 7 Uhr Position herausgefahren. Die Bewegung zur Änderung der Position muss dabei bogenförmig über den Wickel A geführt werden, damit der Abrollpunkt des Wickels B am Ende der Bewegung tiefer ist als der Elektrodenstapel 10. Fig. 7 zeigt, dass mittels eines fokussierten Laserstrahls aus dem Laser 22 die Elektrode 14 punktuell thermisch erwärmt wird, um die Elektrode 14 mit der darunterliegenden Faltung der Elektrode 14 thermisch zu verbinden. Bei diesem Vorgang liegt der Abrollpunkt des Wickels B tiefer als der Elektrodenstapel 10, so dass der Kontakt zwischen den beiden Lagen der Elektrode 14 sichergestellt ist. In Fig. 6 it is shown how the winding B has been transferred from the 2 o'clock position to the 7 o'clock position. The folding plate 24 thereby generates a folded edge, so that the separator has been folded and the electrode 14 has been deposited in the region of the electrode stack 10 on the folding plate 24. After the transfer, the folding plate 24 is again moved out of the region of the electrode stack 10 in the direction of the 7 o'clock position. The movement for changing the position must be guided arcuately over the winding A, so that the rolling point of the coil B at the end of the movement is deeper than the electrode stack 10. Fig. 7 shows that by means of a focused laser beam from the laser 22, the electrode 14 is thermally heated selectively to thermally connect the electrode 14 with the underlying fold of the electrode 14. In this process, the rolling point of the coil B is lower than the electrode stack 10, so that the contact between the two layers of the electrode 14 is ensured.
In Fig. 8 wird gezeigt, wie mittels eines Laserstrahls aus dem Laser 22 die Elektrode 14 mit einer weiteren punktuellen Erwärmung mit der darunterliegenden Faltung von Elektrode 14 thermisch verbunden wird. Die beiden Verbindungspunkte bilden dabei die Faltkante für die nächste Faltung des Wickels B. FIG. 8 shows how, by means of a laser beam from the laser 22, the electrode 14 is thermally connected to the subjacent fold of electrode 14 with a further selective heating. The two connection points form the folding edge for the next folding of the coil B.
Wie in Fig. 9 gezeigt wird über die vorher definierte Faltkante, wie in Fig. 2 und Fig. 3 gezeigt, die Elektrode 16 über die zwei thermischen Verbindungspunkte gefaltet. Dies ist in Fig. 9 daran erkennbar, dass der Wickel A von der ersten Position, der 4 Uhr Position in die zweite Position, der 11 Uhr Position, überführt worden ist. Dadurch ist die Elektrode 16 die oberste Lage des Elektrodenstapels 10. As shown in FIG. 9, as shown in FIGS. 2 and 3, the electrode 16 is folded over the two thermal connection points via the previously defined fold edge. This can be seen in FIG. 9 from the fact that the winding A has been transferred from the first position, the 4 o'clock position to the second position, the 11 o'clock position. As a result, the electrode 16 is the uppermost layer of the electrode stack 10.
Fig. 10 zeigt, wie ein Faltkantblech 26 über die Elektrode 16 m Bereich des Elektrodenstapels 10 eingefahren wird. Das Faltblech 16 wird dabei aus Richtung der 4 Uhr Position eingefahren. Mit Hilfe des Faltkantblechs 26 werden die Elektroden-Lagen im Bereich des Elektrodenstapels 10„spaltfrei" aufeinandergedrückt. 10 shows how a folded edge metal sheet 26 is retracted over the electrode 16 m area of the electrode stack 10. The folding plate 16 is thereby retracted from the direction of the 4 o'clock position. With the help of the folded edge sheet 26, the electrode layers in the region of the electrode stack 10 are pressed "gap-free" to each other.
In Fig. 11 wird wie bereits in Fig. 2 gezeigt, wie mittels eines fokussierten Laserstrahls aus dem Laser 22 die Elektrode 16 mit der darunterliegenden Faltung von Elektrode 16 thermisch verbunden wird. Die thermische Erwärmung der Elektrode 16 erfolgt dabei punktuell. In FIG. 11, as already shown in FIG. 2, the electrode 16 is thermally connected to the underlying fold of electrode 16 by means of a focused laser beam from the laser 22. The thermal heating of the electrode 16 takes place selectively.
In Fig. 12 wird wie in Fig. 3 gezeigt, wie mittels eines Laserstrahls aus dem Laser 22 die Elektrode 16 mit einer weiteren punktuellen Erwärmung mit der darunterliegenden Faltung von Elektrode A thermisch verbunden wird. In FIG. 12, as shown in FIG. 3, the electrode 16 is thermally connected to the underlying convolution of the electrode A by another laser beam from the laser 22.
Fig. 13 zeigt wie in Fig. 4, wie der Separator 12 im Bereich des Elektrodenstapels 10 auf die Elektrode 16 abgelegt wird. Das geschieht dadurch, dass der Wickel B von der 7 Uhr Position in die 2 Uhr Position überführt wird. In Fig. 14 wird wie in Fig. 5 gezeigt, wie das Faltkantblech 24 aus Richtung der 7 Uhr Position in den Bereich des Elektrodenstapels 10 eingefahren wird. Das Faltkantblech 24 drückt dabei die Elektroden-Lagen„spaltfrei" aufeinander. FIG. 13 shows, as in FIG. 4, how the separator 12 is deposited on the electrode 16 in the region of the electrode stack 10. This happens because the reel B is transferred from the 7 o'clock position to the 2 o'clock position. In FIG. 14, as shown in FIG. 5, the folding edge plate 24 is moved from the direction of the 7 o'clock position into the region of the electrode stack 10. The folded edge plate 24 presses the electrode layers "gap-free" to each other.
Fig. 15 zeigt wie in Fig. 6 dass der Wickels B von der zweiten Position in die erste Position überführt worden ist. Bei Änderung der Position wird mittels des Faltkantblechs 24 in dem Separator 12 eine Faltkante erzeugt, so dass die Elektrode 14 auf dem Faltkantblech 24 abgelegt wird. Nachdem der Wickel B von der 2 Uhr Position in die 7 Uhr Position überführt worden ist, wird das Faltblech 24 in Richtung 7 Uhr herausgefahren. Die Bewegung zur Änderung der Position muss dabei bogenförmig über den Wickel A geführt werden, damit der Abrollpunkt des Wickels B am Ende der Bewegung tiefer liegt als der Elektrodenstapel 10. Fig. 15 shows, as in Fig. 6, that the coil B has been transferred from the second position to the first position. When the position is changed, a folding edge is produced in the separator 12 by means of the folded edge metal sheet 24, so that the electrode 14 is deposited on the folded edge metal sheet 24. After the winding B has been transferred from the 2 o'clock position to the 7 o'clock position, the folding plate 24 is moved out in the direction of 7 o'clock. The movement to change the position must be performed arcuately over the winding A, so that the rolling point of the coil B at the end of the movement is lower than the electrode stack 10th
In Fig. 16 wird wie in Fig. 7 gezeigt, wie mittels eines Laserstrahls aus dem Laser 22 die Elektrode 14 mit der darunterliegenden Faltung von Elektrode B thermisch verbunden wird. Die thermische Erwärmung der Elektroden- Lagen erfolgt dabei punktuell. Der Abrollpunkt des Wickels B liegt dabei tie- fer als der Elektrodenstapel 10, womit der Kontakt der beiden Lagen sicher gestellt wird. In FIG. 16, as shown in FIG. 7, the electrode 14 is thermally connected to the underlying convolution of electrode B by means of a laser beam from the laser 22. The thermal heating of the electrode layers takes place selectively. The rolling point of the coil B lies deeper than the electrode stack 10, whereby the contact of the two layers is ensured.
Fig. 17 zeigt wie Fig. 8 wie mittels eines fokussierten Laserstrahls aus dem Laser 22 die Elektrode 14 mit der darunterliegenden Faltung der Elektrode 14 thermisch verbunden wird. Die beiden Verbindungspunkte bilden dabei die nächste„Faltkante" für die nächste Faltung. FIG. 17 shows, like FIG. 8, how the electrode 14 is thermally connected to the underlying fold of the electrode 14 by means of a focused laser beam from the laser 22. The two connection points form the next "fold edge" for the next fold.
In Fig. 18 wird der Wickel A über das Faltkantblech 26 von der 11 Uhr Position in Richtung 4 Uhr überführt. Dabei wird die Elektrode 16 über das Falt- kantblech 26 gefaltet. Die Bewegung der Änderung der Position des Wickels muss dabei bogenförmig über den Wickel B geführt werden, damit der Abrollpunkt des Wickels A am Ende der Bewegung tiefer liegt als der Elektrodenstapel 10. Nach der Faltung wird das Faltkantblech in Richtung der 4 Uhr Position herausgezogen. Der Wickel A befindet sich in einer 4 Uhr Position und der Wickel B befindet sich in einer 7 Uhr Position. Dies entspricht den Positionen des Wickels A und des Wickels B in Fig. 1 . In einem anderen Beispiel ist der Elektrodenstapel 10 in einem elektrochemischen Energiespeicher eingebaut. Dies ist jedoch nicht dargestellt. In Fig. 18, the winding A is transferred via the folded edge plate 26 from the 11 o'clock position toward 4 o'clock. In this case, the electrode 16 is folded over the folding edge plate 26. The movement of the change in the position of the roll must be performed arcuately over the winding B, so that the rolling point of the coil A at the end of the movement is lower than the electrode stack 10. After folding the folding edge sheet is pulled in the direction of the 4 o'clock position. The reel A is in a 4 o'clock position and the reel B is in a 7 o'clock position. This corresponds to the positions of the coil A and the coil B in FIG. 1. In another example, the electrode stack 10 is incorporated in an electrochemical energy store. This is not shown.
Weiterhin ist nicht gezeigt, dass ein Energiespeicher in Kraftfahrzeugan- Wendungen, sonstigen Elektromobilitäten, insbesondere in Schiffen, Zweirädern, Flugzeugen und ähnlichem, stationären Energiespeichern, Elektro- werkzeugen, Unterhaltungselektroniken und/oder Haushaltselektronikelektroniken verwendet werden kann. Furthermore, it is not shown that an energy store can be used in motor vehicle applications, other electromobility, in particular in ships, two-wheeled vehicles, aircraft and the like, stationary energy storage devices, electric tools, entertainment electronics and / or household electronic electronics.

Claims

Ansprüche claims
Verfahren zum Herstellen eines Elektrodenstapels (10) für einen elektrochemischen Energiespeicher durch eine zweidimensionale Faltung, umfassend zwei Wickel (A, B), wobei ein Wickel (B) einen Separator (12 ) und eine Abrolleinheit (18) umfasst und ein Wickel (A) eine Elektrode (16) und eine Abrolleinheit (20) umfasst, wobei auf dem Separator (12) eine Elektrode (14) angeordnet ist, wobei die Elektroden (14, 16) jeweils eine erste Polarität oder eine zweite Polarität aufweisen, mit mindestens folgenden Schritten: Method for producing an electrode stack (10) for an electrochemical energy store by a two-dimensional folding, comprising two rolls (A, B), wherein a roll (B) comprises a separator (12) and a take-off unit (18) and a roll (A) an electrode (16) and an unwinding unit (20), wherein an electrode (14) is arranged on the separator (12), the electrodes (14, 16) each having a first polarity or a second polarity, with at least the following steps :
a) Anordnen des Separators (12), wobei der Separator (12) derart angeordnet ist, dass die Elektrode (14) unter dem Separator(12) angeordnet ist,  a) arranging the separator (12), the separator (12) being arranged such that the electrode (14) is arranged under the separator (12),
b) Anordnen der Elektrode (16) auf dem Separator,  b) arranging the electrode (16) on the separator,
c) Fixieren der obersten Elektrode (14,16) des Elektrodenstapels, d) Überführen von einem der Wickel (A, B) von einer ersten Position in eine zweite Position,  c) fixing the top electrode (14, 16) of the electrode stack, d) transferring one of the reels (A, B) from a first position to a second position,
e) Fixieren der obersten Elektrode (14,16) des Elektrodenstapels, f) Überführen von einem der Wickel (A,B) jeweils von der zweiten Position in die erste Position.  e) fixing the uppermost electrode (14,16) of the electrode stack, f) transferring one of the coils (A, B) respectively from the second position to the first position.
Verfahren nach Anspruch 1 , wobei die Elektrode (16) als eine doppelseitige Elektrode (16) ausgebildet ist.  The method of claim 1, wherein the electrode (16) is formed as a double-sided electrode (16).
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Fixieren der Elektroden (14, 16) über eine thermische Erwärmung erfolgt.  The method of claim 1 or 2, wherein the fixing of the electrodes (14, 16) takes place via a thermal heating.
Verfahren nach Anspruch 3, wobei die Elektroden (14, 16) durch die thermische Erwärmung miteinander verklebt, verlötet, verschmolzen oder verschweißt werden.  The method of claim 3, wherein the electrodes (14, 16) are bonded, soldered, fused or welded together by the thermal heating.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, wobei bei dem Fixieren jeweils die Elektrode (14, 16) mit einer Polarität mit der jeweiligen Elektrode (14, 16) der gleichen Polarität der vorherigen Faltung verbunden wird. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, wobei die Elektrode (14) aus einer Vielzahl an Elektroden (14) besteht, die beabstandet voneinander auf dem Separator (12) angeordnet sind.  The method of claim 1 to 4, wherein in the fixing each of the electrode (14, 16) is connected with one polarity with the respective electrode (14, 16) of the same polarity of the previous convolution. The method of claim 1 to 5, wherein the electrode (14) consists of a plurality of electrodes (14) spaced from each other on the separator (12) are arranged.
Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, wobei bei dem Fixieren der Elektrode (14, 16) mindestens eine weitere thermische Erwärmung erfolgt, wobei die mindestens eine weitere thermische Erwärmung beabstandet von der ersten thermischen Erwärmung erfolgt, wobei die Anzahl der thermische Erwärmungen eine Faltkante für die Faltung der Elektrode (14, 16) bilden. The method of claim 1 to 6, wherein the fixing of the electrode (14, 16) at least one further thermal heating takes place, wherein the at least one further thermal heating spaced from the first thermal heating takes place, the number of thermal heaters forming a folding edge for the folding of the electrode (14, 16).
8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 7, wobei die thermische Erwärmung punktuell mittels eines fokussierten Laserstrahls erfolgt.  8. The method of claim 1 to 7, wherein the thermal heating takes place selectively by means of a focused laser beam.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, wobei durch die thermische Erwärmung die Elektrode (14, 16) jeweils mit der darunterliegenden Faltung der jeweiligen Elektrode (14, 16) elektrisch kontaktiert werden.  9. The method of claim 1 to 8, wherein by the thermal heating, the electrode (14, 16) in each case with the underlying folding of the respective electrode (14, 16) are electrically contacted.
10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, wobei das Überführen der Wickel (A, B) von der zweiten Position in die erste Position jeweils über ein Faltkantblech (24, 26) erfolgt.  10. The method of claim 1 to 9, wherein the transfer of the winding (A, B) from the second position to the first position in each case via a Faltkantblech (24, 26).
1 1 . Elektrochemischer Energiespeicher, insbesondere Lithium-Ionen- Batterie, umfassend mindestens einen Elektrodenstapel (10) hergestellt nach einem der Verfahrensansprüche 1 bis 10.  1 1. Electrochemical energy store, in particular lithium-ion battery, comprising at least one electrode stack (10) produced according to one of the method claims 1 to 10.
12. Verwendung des elektrochemischen Energiespeichers nach Anspruch 11 in Kraftfahrzeuganwendungen, sonstigen Elektromobilitäten, insbesondere in Schiffen, Zweirädern, Flugzeugen, stationären Energiespeichern, Elektrowerkzeugen , Unterhaltungselektroniken und/oder Haushaltselektronikelektroniken.  12. Use of the electrochemical energy store according to claim 11 in motor vehicle applications, other electromobility, in particular in ships, two-wheeled vehicles, aircraft, stationary energy storage devices, power tools, entertainment electronics and / or electronic household electronics.
13. Vorrichtung zum Herstellen eines Elektrodenstapels gemäß einem Verfahren nach einem der Verfahrensansprüche I bis 10.  13. An apparatus for producing an electrode stack according to a method according to one of the method claims I to 10.
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