WO2015058843A1 - Verfahren und vorrichtung zur prüfung einer elektrode und verfahren zur herstellung eines energiespeichers - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur prüfung einer elektrode und verfahren zur herstellung eines energiespeichers Download PDF

Info

Publication number
WO2015058843A1
WO2015058843A1 PCT/EP2014/002778 EP2014002778W WO2015058843A1 WO 2015058843 A1 WO2015058843 A1 WO 2015058843A1 EP 2014002778 W EP2014002778 W EP 2014002778W WO 2015058843 A1 WO2015058843 A1 WO 2015058843A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
electrode
thermogram
temperature profile
unit
excitation
Prior art date
Application number
PCT/EP2014/002778
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Philipp Just
Thomas Echelmeyer
Michael Roscher
Lars Ebert
Original Assignee
Thyssenkrupp System Engineering Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Thyssenkrupp System Engineering Gmbh filed Critical Thyssenkrupp System Engineering Gmbh
Publication of WO2015058843A1 publication Critical patent/WO2015058843A1/de

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/04—Construction or manufacture in general
    • H01M10/0404—Machines for assembling batteries
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N25/00—Investigating or analyzing materials by the use of thermal means
    • G01N25/72—Investigating presence of flaws
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
    • H01M10/42—Methods or arrangements for servicing or maintenance of secondary cells or secondary half-cells
    • H01M10/4285—Testing apparatus
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/043—Processes of manufacture in general involving compressing or compaction
    • H01M4/0435—Rolling or calendering
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/04—Auxiliary arrangements, e.g. for control of pressure or for circulation of fluids
    • H01M8/04298—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems
    • H01M8/04313—Processes for controlling fuel cells or fuel cell systems characterised by the detection or assessment of variables; characterised by the detection or assessment of failure or abnormal function
    • H01M8/0432—Temperature; Ambient temperature
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M8/00—Fuel cells; Manufacture thereof
    • H01M8/10—Fuel cells with solid electrolytes
    • H01M8/1007—Fuel cells with solid electrolytes with both reactants being gaseous or vaporised
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/22—Electrodes
    • H01G11/26—Electrodes characterised by their structure, e.g. multi-layered, porosity or surface features
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01G—CAPACITORS; CAPACITORS, RECTIFIERS, DETECTORS, SWITCHING DEVICES, LIGHT-SENSITIVE OR TEMPERATURE-SENSITIVE DEVICES OF THE ELECTROLYTIC TYPE
    • H01G11/00—Hybrid capacitors, i.e. capacitors having different positive and negative electrodes; Electric double-layer [EDL] capacitors; Processes for the manufacture thereof or of parts thereof
    • H01G11/84—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof
    • H01G11/86—Processes for the manufacture of hybrid or EDL capacitors, or components thereof specially adapted for electrodes
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/10—Energy storage using batteries
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
    • Y02E60/30—Hydrogen technology
    • Y02E60/50—Fuel cells
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the invention is based on a method and a device for testing an electrode.
  • an electrode web is first produced by coating a film with corresponding active material. Subsequently, the electrode web is calendered, optionally cut and an energy storage cell produced by stacking, folding and / or winding the electrode web with a further electrode and / or a separator.
  • the quality of the electrode web is of central importance for the manufactured energy storage cell.
  • the electrode web must have a coating of active material of constant thickness and the surface must be free of defects and contaminants.
  • CONFIRMATION COPY A reliable test of an intended for the production of an energy storage electrode on the one hand on their layer thickness or to a desired layer thickness and on the other hand on the absence of superficial defects and impurities allowed.
  • a method for testing an electrode provided for the production of an energy store comprising the steps of providing the electrode in a first method step, thermally exciting the electrode in a second method step, producing a thermogram of the electrode in a third method step and evaluating the Thermogram in a fourth step.
  • the method according to the invention has the advantage that a check of both the layer thickness and the defect-free surface finish of the electrode is made possible in a method step which is to be integrated into an existing energy storage production method in a comparatively simple and space-compact manner.
  • an ongoing quality control in the production of energy storage is possible.
  • faulty electrodes can be sorted out of the manufacturing process immediately. It is thus avoided in advance that are assembled from defective electrodes energy storage, which are sorted out in the later functional test at the end of the tape. If faulty or inferior electrodes are detected and sorted out immediately, the reject rate during the functional test of the finished energy storage device is considerably reduced. The production costs are thereby reduced overall.
  • the thermogram comprises in particular a single thermogram or a thermogram sequence, i. a temporal sequence of thermograms.
  • the thermogram is a thermal image of at least a portion of the electrode. It is conceivable that a plurality of thermal measurement data is displayed in a false color image. Preferably, each pixel of the thermal image is assigned a specific temperature reading.
  • the electrode preferably comprises a band material, for example a foil web, which is coated on one or both sides with active material.
  • the energy store comprises in particular a battery, such as a lithium-ion battery, or a capacitor.
  • the electrode in the second method step, is thermally excited by means of an infrared light source.
  • the electrode becomes thermal by the infrared light source excited or heated.
  • the thermogram is then preferably recorded by means of a thermal imaging camera. In the thermogram, irregularities in the surface of the electrode can be detected comparatively easily, since defects, such as impurities included, change the thermal properties in the relevant region and thus a deviation in the thermogram can be seen. In the absence of such deviations in the thermogram it can be concluded that the tested electrode area has no surface defects.
  • the electrode is transported continuously relative to the infrared light source and relative to the thermal imaging camera by means of a transport mechanism.
  • the electrode is transported by the transport mechanism continuously past the infrared light source, past the thermal imaging camera and finally past the thermal imaging camera.
  • the thermal image recorded by the thermal imager then shows not only a snapshot of the current temperature distribution in the electrode, but also a temperature profile of the electrodes.
  • a warm-up characteristic can be derived from the temperature profile since the relevant electrode region is only exposed to the excitation by the excitation unit for a limited time, and / or a cooling characteristic is derived since the relevant electrode region already has more time to cool down in an edge region of the field of view of the thermal imaging camera had, as in the opposite edge region of the field of view, in which the electrode area just passed the infrared light source (of course, depending on the distance between the infrared light source and thermal imaging camera).
  • a region-wise varying layer thickness would namely lead to a deviation of the heat capacity of the electrode and thus to an altered warm-up or cool-down characteristic, which is detectable in the evaluation of the thermogram.
  • the thermogram produced in the third method step is compared with a predetermined reference thermogram.
  • the reference thermogram was preferably determined in an initial reference measurement, which is carried out once in a zeroth process step, on a verifiably defect-free electrode.
  • the recorded thermogram is in order or has errors or deviations.
  • a temperature profile of the electrode and in particular a warm-up or cool-down characteristic of the electrode are determined from the thermogram.
  • the layer thickness, the density and / or the basis weight of the active material layer of the electrode can advantageously be determined from the temperature profile or the heating or cooling characteristic.
  • the determined temperature profile is compared with a predetermined reference temperature profile and, in particular, the determined heating or cooling characteristic is compared with a predetermined reference characteristic. In this way it can be checked whether the electrode surface has defects or impurities and at the same time whether the layer thickness of the active material of the electrode is substantially constant.
  • the reference temperature profile or the reference characteristic are in turn determined in an initial reference measurement, which is performed once in a zeroth process step, on a demonstrably error-free electrode. From the temperature or temperature profile image can also be determined a determination of the basis weight, and the degree of compression of the active material. Alternatively, it would also be conceivable that, instead of the comparison with corresponding reference values, a suitable calculation model is used for calculating layer thicknesses, area weights, etc.
  • the layer thickness, the basis weight and the porosity of the electrode coating are preferably determined with the aid of the method according to the invention as a function of the temperature profile and the maximum temperature.
  • only two of the three sizes must be determined, since the remaining third size is to be determined from the other two variables.
  • the electrode in a fifth method step, is judged to be correct if the difference between the thermogram and the reference thermogram determined by the comparison and / or between the temperature profile and the reference temperature profile and / or between the warm-up - or Abkühl characterizing and the reference characteristic is within a predetermined tolerance range and wherein the electrode is judged to be incorrect if the difference is outside the predetermined tolerance range.
  • electrodes thus become the surface defects or layer thickness deviations, recognized immediately and can be sorted out from the manufacturing process of the energy storage.
  • an electrode in the first process step, is provided in the form of a film web coated with active material on both sides, wherein both sides of the electrode are thermally excited in the second process step and in each case in the third process step from both sides of the electrode Thermogram are created, which are evaluated in the fourth step.
  • both sides of the electrode can thus be tested in a single process.
  • different analysis parameters for example a different thermal excitation, for the two different sides of the electrode. This is helpful in particular for different layer thicknesses.
  • the determined thermograms are not each compared with a reference thermogram, but that the thermogram of the top of the electrode is compared with the thermogram of the bottom of the electrode in order to detect any defects and layer thickness deviations can.
  • Another object of the present invention is a method for producing an energy storage cell, wherein in a first manufacturing step at least one electrode is provided, wherein in a second manufacturing step, the at least one electrode is calendered and wherein in a third manufacturing step, the at least one electrode with the above
  • an energy storage cell is produced by stacking, folding and / or winding the at least one electrode, if the at least one electrode was evaluated as being correct in the fifth method step.
  • the test of the electrode is embedded in the manufacturing process, so that the electrode in question can be checked before installation in an energy storage cell and optionally sorted out.
  • the energy storage cell is produced by stacking, folding and / or winding the electrode with a further electrode and / or a separator. It is conceivable that the further electrode is also tested with the above-described method according to the invention for testing an electrode. It is conceivable that the at least one electrode is cut in the second production step, in particular after calendering.
  • Another object of the present invention is a device for testing an intended for the production of an energy storage electrode, wherein the device comprises a supply unit for providing the electrode, an excitation unit for thermal excitation of the electrode, a detection unit for creating a thermogram of the electrode and a Evaluation unit for evaluation of the thermogram has.
  • the recording of the thermogram allows a check of the electrode for any defects and irregularities in a comparatively simple and inexpensive manner to implement compared to the prior art.
  • This has the advantage that a check of the functionality is already possible during the further processing of the electrode to an energy storage cell.
  • advantageously only a single detection unit is needed to create a thermogram of one side of the electrode.
  • the excitation unit comprises an infrared light source and / or that the detection unit comprises a thermal imaging camera.
  • a thermal imaging camera preferably allows the creation of a thermal image in which each pixel is assigned a discrete temperature measurement point. Such a thermal image can be comparatively easily compared with a reference heat image of a demonstrably intact electrode in order to detect any defects or impurities on the basis of deviations.
  • the evaluation unit is configured to determine a temperature profile and / or a warm-up or cool-down characteristic of the electrode from the thermogram so that not only the discrete temperature values from the electrode are used for the check, but also the course of the temperature values over time, i. their change with the time of the thermal excitation or its change with the elapsed time since the thermal excitation. In this way, a warm-up or cool-down characteristic of the electrode is obtained.
  • the evaluation unit has a memory for providing a reference thermogram, a reference temperature profile and / or a reference characteristic and wherein the evaluation unit has a comparator unit for comparing the thermogram with the reference thermogram and / or the temperature profile with the reference temperature profile and / or has the Abkühl suspectizing with the reference characteristic.
  • Way can be checked by a simple comparison, both the surface condition, as well as the layer thickness of the electrode.
  • both sides of the electrode can thus be tested in a single method, wherein in particular only two detection units are required for this purpose.
  • Figures 1 and 2 show a schematic side view and a schematic top view of a method and an apparatus for testing an electrode according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 shows a thermogram, which in the context of the method and the
  • An apparatus for testing an electrode according to an exemplary embodiment of the present invention is recorded and evaluated.
  • FIGS. 1 and 2 illustrate a schematic side view and a schematic top view of a method and a device 1 for testing an electrode 2 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the device 1 is provided to check an electrode 2, from which an energy storage device is to be manufactured, to check whether the electrode 2 has defects, impurities or layer thickness variations and if necessary to separate them out of the production process. In this way, the quality of the produced energy storage is to be increased and the rejection rate of the same to be lowered.
  • the device 1 has a provision unit, which is provided for providing an electrode 2 in the form of an electrode strip in a first method step.
  • the electrode tape comprises a film web 3, which is coated on both sides with active material 4.
  • the active material 4 comprises either cathode or anode material.
  • the delivery unit comprises a non-illustrated roll holder on which the electrode web is arranged as a roll and from which the electrode web is unwound successively. By means of a transport mechanism, not shown, the unwound from the roll electrode web along the main transport 11, in particular continuously through the device 1, transported.
  • the device 1 has two excitation units 5, each in the form of an infrared light source, in order to thermally excite the electrode path on both sides in regions.
  • the two excitation units 5 are arranged on opposite sides of the electrode 2 for this purpose.
  • the two detection units 6 are each designed as thermal imaging cameras which in each case create a thermogram 8 from the surface of each side of the electrode areas in the context of the third method step.
  • the thermogram 8 is an image whose pixels are each assigned a measured by the respective thermal imaging camera temperature reading.
  • the thermogram 8 is shown in FIG. Since the detection units 6 are slightly spaced apart from the excitation units 5 along the main transport direction 11, the electrode areas heated by the excitation units 5 already cool down during transport to the detection units 6. The thermal energy recorded for each side of the electrode 2 Therefore, gram 8 does not only show a steady-state temperature value, but in each case a temperature profile in the electrode region or a cooling characteristic of the relevant electrode region.
  • the device 1 further has an evaluation unit 7, which is provided for evaluating the thermograms 8.
  • the evaluation unit 7 has a memory 9 in which a reference thermogram of a verifiable intact reference electrode is stored.
  • the reference thermogram is made once in an initial process step and shows the desired state of the thermogram 8 for an intact electrode 2.
  • the evaluation unit 7 obtains the thermograms 8 of the detection units 6 in the fourth method step and compares the determined thermograms 8 with the corresponding reference thermogram. This comparison is thus a comparison of the actual state and the desired state. Depending on this comparison, the relevant electrode area is then evaluated.
  • thermogram 8 If the difference between the determined thermogram 8 and the reference thermogram in total or for the individual pixels is in each case below a predefined threshold value for defining the tolerance range, the relevant electrode region is marked as being "in order”. If the difference between the determined thermogram 8 and the reference thermogram in total or for the individual pixels is above the predefined threshold value in each case, the corresponding electrode area is marked as improper or "not in order”. Alternatively, it is also possible that the thermogram 8 of the upper side of the electrode 2 is compared with the thermogram 8 of the underside. If the difference of both thermograms 8 is below the threshold value, the electrode 2 is defined as "proper". A reference thermogram is advantageously not necessary in this embodiment in order to detect deviations or defects in the active material coating of the corresponding electrode region.
  • the device 1 has a marking unit (not shown) which identifies the electrode areas accordingly.
  • a marking unit (not shown) which identifies the electrode areas accordingly.
  • electrode areas 2 are preferably cut out of the electrode tape and removed from the manufacturing process.
  • Such electrode areas 2 which have been classified or marked as being proper the are left in the manufacturing process of the energy storage, so that by stacking, folding and / or winding these electrodes areas with other electrode areas that have also undergone a corresponding test method, and / or separators an energy storage is constructed.
  • the electrode 2 is produced by coating the film web 3 with active material 4 and then first calendered and then cut.
  • the present test method is thus embedded in a production process for energy storage.
  • thermogram 8 is shown schematically in FIG. 3, which is recorded and evaluated within the scope of the method and the device 1 for testing an electrode 2 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the thermogram 8 is a three-dimensional thermal image of the surface area concerned of the electrode 2 with a multiplicity of pixels arranged in a grid-like manner, each pixel corresponding to a specific XY position of the surface area. The color in the respective pixel then represents the measured temperature in this area. Those pixels which are closer to the excitation units 5 have a higher temperature than the pixels which are more widely spaced apart from the excitation units 5, since the electrode 2 had less time for cooling in this region.
  • the thermogram 8 therefore indicates a temperature profile or a cooling characteristic in the present example. Below the thermogram 8, a schematic temperature curve 10 for one line of the thermal image is illustrated. The temperature decreases with increasing distance in the main transport direction 11.
  • the decay behavior of the temperature is a measure of the layer thickness of the active material 4 on the film web 3, since with thinner layer thicknesses due to the reduced heat capacity faster cooling and thicker layer thicknesses due to the increased heat capacity slower cooling takes place, if otherwise identical parameters, such as porosity, Composition and the like, prevail.
  • the temperature profile or the cooling characteristic thus shows whether a substantially constant layer thickness is present in the desired range. If the surface of the electrode 2 has defects or imperfections due, for example, to contamination, such locations become visible by local variations in the thermogram 8. The occurrence of local irregularities is thus a measure of defects or defects on the electrode 2. By comparing the determined thermogram 8 with the reference thermogram, Both are determined whether the layer thickness is constant and in the desired range, as well as whether defects or defects are present.
  • the basis weight, and the degree of compression of the active material 4 can be determined.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Sustainable Energy (AREA)
  • Sustainable Development (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Immunology (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)

Abstract

Es wird ein Verfahren zur Prüfung einer für die Herstellung eines Energiespeichers vorgesehenen Elektrode vorgeschlagen, welches die Schritte aufweist: Bereitstellen der Elektrode in einem ersten Verfahrensschritt, thermisches Anregen der Elektrode in einem zweiten Verfahrensschritt, Erstellen eines Thermogramms der Elektrode in einem dritten Verfahrensschritt und Auswerten des Thermogramms in einem vierten Verfahrensschritt.

Description

VERFAHREN UND VORRICHTUNG ZUR PRÜFUNG EINER ELEKTRODE UND
VERFAHREN ZUR HERSTELLUNG EINES ENERGIESPEICHERS
Stand der Technik
Die Erfindung geht aus von einem Verfahren und einer Vorrichtung zur Prüfung einer Elektrode.
Im Automobilbereich gewinnen Elektromotoren als alternatives Antriebskonzept zu Verbrennungsmotoren zunehmend an Bedeutung. Der limitierende Faktor bei Elektro- und Hybridfahrzeugen sowohl hinsichtlich der zu erzielenden Fahrleistungen und Reichweiten, als auch bei der Reduktion der Herstellungskosten auf ein zum konventionellen Verbrennungsfahrzeug konkurrenzfähiges Niveau sind stets die Energiespeicher zur Speicherung der elektrischen Energie für die Elektromotoren. Daneben finden Energiespeicher zunehmend Anwendung in dezentralen und auf sogenannten regenerativen Energien basierenden Energieerzeugungsanalagen, wie beispielsweise in Wind-, Wasser- und Solarenergieanlagen, um die wetterbedingt ungleichmäßige Energieerzeugung zu puffern. Es besteht daher ein hoher Bedarf an elektrischen Energiespeichern, welche eine hohe Leistungsdichte aufweisen und vergleichsweise kostengünstig herstellbar sind.
Aus dem Stand der Technik ist bekannt, Energiespeicherzellen aus Elektroden aufzubauen. Üblicherweise wird dabei zunächst eine Elektrodenbahn durch Beschichtung einer Folie mit entsprechendem Aktivmaterial erzeugt. Anschließend wird die Elektrodenbahn kalandriert, gegebenenfalls geschnitten und eine Energiespeicherzelle durch Stapeln, Falten und/oder Wickeln der Elektrodenbahn mit einer weiteren Elektrode und/oder einem Separator hergestellt.
Die Qualität der Elektrodenbahn ist für die gefertigte Energiespeicherzelle von zentraler Bedeutung. Damit eine funktionsfähige, hochwertige und betriebssichere Energiespeicherzelle entsteht, muss die Elektrodenbahn eine Beschichtung mit Aktivmaterial von konstanter Dicke aufweisen und die Oberfläche muss frei von Fehlstellen und Verunreinigungen sein.
Offenbarung der Erfindung
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung bereitzustellen, welches bzw. welche in einfach und kostengünstig zu implementierender
BESTÄTIGUNGSKOPIE Weise eine zuverlässige Prüfung einer für die Herstellung eines Energiespeichers vorgesehenen Elektrode einerseits auf ihre Schichtdicke oder auf eine gewünschte Schichtdicke und andererseits auf das Fehlen von oberflächlichen Fehlstellen und Verunreinigungen erlaubt.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren zur Prüfung einer für die Herstellung eines Energiespeichers vorgesehenen Elektrode mit den Schritten: Bereitstellen der Elektrode in einem ersten Verfahrensschritt, thermisches Anregen der Elektrode in einem zweiten Verfahrensschritt, Erstellen eines Thermogramms der Elektrode in einem dritten Verfahrensschritt und Auswerten des Thermogramms in einem vierten Verfahrensschritt.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat gegenüber dem Stand der Technik den Vorteil, dass in einem vergleichsweise einfach und bauraumkompakt in ein bestehendes Energiespeicherherstellungsverfahren zu integrierenden Verfahrensschritt eine Überprüfung sowohl der Schichtdicke, als auch der fehlerfreien Oberflächenbeschaffenheit der Elektrode ermöglicht wird. Hierdurch ist eine laufende Qualitätskontrolle bei der Herstellung von Energiespeichern möglich. Insbesondere können hierdurch fehlerhafte Elektroden sofort aus dem Herstel- lungsprozess aussortiert werden. Es wird somit im Vorfeld vermieden, dass aus fehlerhaften Elektroden Energiespeicher zusammengebaut werden, welche erst im späteren Funktionstest am Bandende aussortiert werden. Wenn fehlerhafte oder minderwertige Elektroden sofort erkannt und aussortiert werden, wird die Ausschussrate beim Funktionstest der fertigen Energiespeicher erheblich reduziert. Die Herstellungskosten werden hierdurch insgesamt gesenkt. Im Sinne der vorliegenden Erfindung umfasst das Thermogramm insbesondere ein einzelnes Thermogramm oder eine Thermogrammsequenz, d.h. eine zeitliche Abfolge von Thermogrammen. Das Thermogramm ist dabei ein Wärmebild wenigstens eines Teilbereichs der Elektrode. Denkbar ist, dass eine Mehrzahl von thermischen Messdaten in einem Falschfarbenbild dargestellt wird. Vorzugsweise ist jedem Bildpunkt des Wärmebilds ein konkreter Temperaturmesswert zugeordnet. Die Elektrode umfasst vorzugsweise ein Bandmaterial, beispielsweise eine Folienbahn, welches einseitig oder beidseitig mit Aktivmaterial beschichtet ist. Der Energiespeicher umfasst insbesondere eine Batterie, wie beispielsweise einen Lithium-Ionen-Akkumulator, oder einen Kondensator.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind den Unteransprüchen, sowie der Beschreibung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen entnehmbar.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im zweiten Verfahrensschritt die Elektrode mittels einer Infrarotlichtquelle thermisch angeregt wird. In vorteilhafter Weise wird die Elektrode durch die Infrarotlichtquelle thermisch angeregt bzw. erwärmt. Im dritten Verfahrensschritt wird das Thermogramm dann vorzugsweise mittels einer Wärmebildkamera aufgenommen. Im Thermogramm lassen sich Unregelmäßigkeiten in der Oberfläche der Elektrode vergleichsweise einfach detektieren, da sich durch Defekte, wie beispielsweise eingeschlossene Verunreinigungen, die thermischen Eigenschaften im betreffenden Bereich verändern und somit eine Abweichung im Thermogramm zu sehen ist. Bei Abwesenheit solcher Abweichungen im Thermogramm kann darauf geschlossen werden, dass der geprüfte Elektrodenbereich keine Oberflächendefekte aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Elektrode während des zweiten und dritten Verfahrensschrittes mittels eines Transportmechanismus kontinuierlich relativ zur Infrarotlichtquelle und relativ zur Wärmebildkamera transportiert wird. Vorzugsweise wird die Elektrode von dem Transportmechanismus kontinuierlich an der Infrarotlichtquelle vorbei, zur Wärmebildkamera und schließlich an der Wärmebildkamera vorbei transportiert. Das von der Wärmebildkamera aufgenommene Wärmebild zeigt sodann nicht nur eine Momentaufnahme der aktuellen Temperaturverteilung in der Elektrode, sondern auch einen Temperaturverlauf der Elektroden. Aus dem Temperaturverlauf kann eine Aufwärmcharakteristik abgeleitet werden, da der betreffende Elektrodenbereich der Anregung durch die Anregungseinheit nur zeitlich begrenzt ausgesetzt ist, und/oder eine Abkühlcharakteristik abgeleitet werden, da der betreffende Elektrodenbereich in einem Randbereich des Sichtfeldes der Wärmebildkamera bereits mehr Zeit zum Abkühlen zur Verfügung hatte, als im gegenüberliegenden Randbereich des Sichtfeldes, in welchem der Elektrodenbereich gerade erst die Infrarotlichtquelle passiert hat (natürlich je nach Abstand zwischen Infrarotlichtquelle und Wärmebildkamera). In vorteilhafter Weise kann aus dem Temperaturverlauf bzw. der Aufwärm- und/oder Abkühlcharakteristik darauf geschlossen werden, ob die Elektrode eine gleichmäßige Beschichtung mit Aktivmaterial aufweist und insbesondere ob die Schichtdicke im gewünschten Bereich liegt. Eine bereichsweise variierende Schichtdicke würde nämlich zu einer Abweichung der Wärmekapazität der Elektrode und somit zu einer veränderten Aufwärm- oder Abkühlcharakteristik führen, die bei der Auswertung des Thermogramms detektierbar ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im vierten Verfahrensschritt das im dritten Verfahrensschritt erstellte Thermogramm mit einem vorgegebenen Referenzthermogramm verglichen wird. Das Referenzthermogramm wurde vorzugsweise in einer initialen Referenzmessung, die in einem nullten Verfahrensschritt einmalig durchgeführt wird, an einer nachweislich fehlerfreien Elektrode ermittelt. In vorteilhafter Weise kann durch einen Vergleich des aufgenommenen Thermogramms mit dem Referenzthermogramm ermittelt werden, ob die aktuell getestete Elektrode, d.h. diejenige Elektrode, von der das aufgenommene Thermogramm stammt, in Ordnung ist oder Fehler bzw. Abweichungen aufweist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im vierten Verfahrensschritt aus dem Thermogramm ein Temperaturverlauf der Elektrode und insbesondere eine Aufwärm- oder Abkühlcharakteristik der Elektrode bestimmt werden. Aus dem Temperaturverlauf bzw. der Aufwärm- bzw. Abkühlcharakteristik kann vorteilhafterweise die Schichtdicke, die Dichte und/oder das Flächengewicht des Aktivmaterialschicht der Elektrode bestimmt werden. Vorzugsweise wird im vierten Verfahrensschritt der ermittelte Temperaturverlauf mit einem vorgegebenen Referenztemperaturverlauf verglichen und insbesondere die ermittelte Aufwärm- bzw. Abkühlcharakteristik mit einer vorgegebenen Referenzcharakteristik verglichen. Auf diese Weise kann geprüft werden, ob die Elektrodenoberfläche Fehlstellen oder Verunreinigungen aufweist und gleichzeitig ob die Schichtdicke des Aktivmaterials der Elektrode im Wesentlichen konstant ist. Der Referenztemperaturverlauf bzw. die Referenzcharakteristik werden wiederum in einer initialen Referenzmessung, die in einem nullten Verfahrensschritt einmalig durchgeführt wird, an einer nachweislich fehlerfreien Elektrode ermittelt. Aus dem Temperatur- bzw. Temperaturverlaufsbild kann zudem eine Bestimmung des Flächengewichts, sowie der Grad der Verdichtung des Aktivmaterials bestimmt werden. Alternativ wäre auch denkbar, dass anstelle des Vergleichs mit entsprechenden Referenzwerten ein geeignetes Rechenmodell zur Berechnung von Schichtdicken, Flächengewichten usw. herangezogen wird. Vorzugsweise werden mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens die Schichtdicke, das Flächengewicht und die Porosität der Elektro- denbeschichtung in Abhängigkeit des Temperaturverlaufs und der Maximaltemperatur bestimmt. Vorteilhafterweise müssen lediglich zwei der drei Größen (Schichtdicke, Flächengewicht und Porosität) bestimmt werden, da die verbleibende dritte Größe aus den beiden anderen Größen zu bestimmen ist.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass in einem fünften Verfahrensschritt die Elektrode als ordnungsgemäß bewertet wird, wenn die durch den Vergleich ermittelte Differenz zwischen dem Thermogramm und dem Referenzthermogramm und/oder zwischen dem Temperaturverlauf und dem Referenztemperaturverlauf und/oder zwischen der Aufwärm- oder Abkühlcharakteristik und der Referenzcharakteristik innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegt und wobei die Elektrode als nicht ordnungsgemäß bewertet wird, wenn die Differenz außerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs liegt. Vorteilhafterweise werden somit Elektroden, die Oberflächendefekte oder Schichtdickenabweichungen aufweisen, sofort erkannt und können aus dem Herstellungsverfahren des Energiespeichers aussortiert werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass im ersten Verfahrensschritt eine Elektrode in Form einer beidseitig mit Aktivmaterial beschichteten Folienbahn bereitgestellt wird, wobei im zweiten Verfahrensschritt beide Seiten der Elektrode thermisch angeregt werden und wobei im dritten Verfahrensschritt von beiden Seiten der Elektrode jeweils ein Thermogramm erstellt werden, welche im vierten Verfahrensschritt ausgewertet werden. In vorteilhafter Weise können somit in einem einzigen Verfahren beide Seiten der Elektrode geprüft werden. Durch die Verwendung zweier verschiedener Anregungs- und Erfassungseinheiten können für die beiden unterschiedlichen Seiten der Elektrode zudem vorteilhafterweise unterschiedliche Analyseparameter, beispielsweise eine unterschiedliche thermische Anregungen, verwendet werden. Dies ist insbesondere bei unterschiedlichen Schichtdicken hilfreich. Es ist ferner denkbar, dass die ermittelten Thermogramme nicht jeweils mit einem Referenzthermogramm verglichen werden, sondern dass das Thermogramm der Oberseite der Elektrode mit dem Thermogramm der Unterseite der Elektrode verglichen wird, um etwaige Fehlstellen und Schichtdickenabweichungen detektieren zu können.
Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeicherzelle, wobei in einem ersten Herstellungsschritt wenigstens eine Elektrode bereitgestellt wird, wobei in einem zweiten Herstellungsschritt die wenigstens eine Elektrode kalandriert wird und wobei in einem dritten Herstellungsschritt die wenigstens eine Elektrode mit dem vorstehend erläuterten erfindungsgemäßen Verfahren zur Prüfung einer Elektrode geprüft wird, wobei in einem vierten Herstellungsschritt eine Energiespeicherzelle durch Stapeln, Falten und/oder Wickeln der wenigstens einen Elektrode hergestellt wird, wenn die wenigstens eine Elektrode im fünften Verfahrensschritt als ordnungsgemäß bewertet wurde. In vorteilhafter Weise wird die Prüfung der Elektrode in das Herstellungsverfahren eingebettet, so dass die betreffende Elektrode noch vor dem Verbau in einer Energiespeicherzelle geprüft und ggf. aussortiert werden kann. Vorzugsweise wird im vierten Herstellungsschritt die Energiespeicherzelle durch Stapeln, Falten und/oder Wickeln der Elektrode mit einer weiteren Elektrode und/oder einem Separator hergestellt. Denkbar ist, dass auch die weitere Elektrode mit dem vorstehend erläuterten erfindungsgemäßen Verfahren zur Prüfung einer Elektrode geprüft wird. Denkbar ist, dass die wenigstens eine Elektrode im zweiten Herstellungsschritt, insbesondere nach dem Kalandrieren, geschnitten wird. Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zur Prüfung einer für die Herstellung eines Energiespeichers vorgesehenen Elektrode, wobei die Vorrichtung eine Bereitstellungseinheit zur Bereitstellung der Elektrode, eine Anregungseinheit zur thermischen Anregung der Elektrode, eine Erfassungseinheit zur Erstellung eines Thermo- gramms der Elektrode und eine Auswerteeinheit zur Auswertung des Thermogramms aufweist.
In vorteilhafter Weise erlaubt die Aufnahme des Thermogramms eine Überprüfung der Elektrode auf etwaige Defekte und Unregelmäßigkeiten in einer im Vergleich zum Stand der Technik vergleichsweise einfach und kostengünstig zu implementierenden Weise. Dies hat den Vorteil, dass eine Überprüfung der Funktionsfähigkeit schon während der Weiterverarbeitung der Elektrode zu einer Energiespeicherzelle ermöglicht wird. Ferner wird vorteilhafterweise nur eine einzige Erfassungseinheit zur Erstellung eines Thermogramms einer Seite der Elektrode benötigt.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Anregungseinheit eine Infrarotlichtquelle umfasst und/oder dass die Erfassungseinheit eine Wärmebildkamera umfasst. Eine Wärmebildkamera erlaubt vorzugsweise die Erstellung eines Wärmebildes, bei welchem jedem Bildpunkt ein diskreter Temperaturmesspunkt zugeordnet ist. Ein solches Wärmebild lässt sich vergleichsweise einfach mit einem Referenzwärmebild einer nachweislich intakten Elektrode vergleichen, um anhand von Abweichungen etwaige Defekte oder Verunreinigungen zu detektieren. Vorzugsweise ist die Auswerteinheit zur Bestimmung eines Temperaturverlauf und/oder einer Aufwärm- oder Abkühlcharakteristik der Elektrode aus dem Thermogramm konfiguriert, damit nicht nur die diskreten Temperaturwerte von der Elektrode für die Überprüfung herangezogen werden, sondern auch der Verlauf der Temperaturwerte mit der Zeit, d.h. deren Änderung mit der Zeit der thermischen Anregung oder deren Änderung mit der verstrichenen Zeit seit der thermischen Anregung. Auf diese Weise erhält man eine Aufwärm- oder Abkühlcharakteristik der Elektrode.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Auswerteeinheit einen Speicher zum Bereitstellen eines Referenzthermogramms, eines Referenztemperaturverlaufs und/oder einer Referenzcharakteristik aufweist und wobei die Auswerteeinheit eine Komparatoreinheit zum Vergleichen des Thermogramms mit dem Referenzthermogramm und/oder des Temperaturverlaufs mit dem Referenztemperaturverlauf und/oder der Abkühlcharakteristik mit der Referenzcharakteristik aufweist. In vorteilhafter Weise kann durch einen einfachen Vergleich sowohl die Oberflächenbeschaffenheit, als auch die Schichtdicke der Elektrode überprüft werden.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist vorgesehen, dass die Bereitstellungeinheit zur Bereitstellung einer Elektrode in Form einer beidseitig mit Aktivmaterial beschichteten Folienbahn vorgesehen ist, wobei eine Vorrichtung die Anregungseinheit zur thermischen Anregung einer Seite der Elektrode und eine weitere Anregungseinheit zur thermischen Anregung der anderen Seite der Elektrode aufweist und wobei die Vorrichtung die Erfassungseinheit zur Erstellung eines Thermogramms der einen Seite der Elektrode und eine weitere Erfassungseinheit zur Erstellung eines weiteren Thermogramms der anderen Seite der Elektrode aufweist, wobei die Auswerteeinheit sowohl zur Auswertung des Thermogramms, als auch des weiteren Thermogramms konfiguriert ist. In vorteilhafter Weise können somit in einem einzigen Verfahren beide Seiten der Elektrode geprüft werden, wobei hierfür insbesondere nur zwei Erfassungseinheiten benötigt werden.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den Zeichnungen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung von bevorzugten Ausführungsformen anhand der Zeichnungen. Die Zeichnungen illustrieren dabei lediglich beispielhafte Ausführungsformen der Erfindung, welche den wesentlichen Erfindungsgedanken nicht einschränken.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Figuren 1 und 2 zeigen eine schematische Seitenansicht und eine schematische Aufsichtsdarstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zur Prüfung einer Elektrode gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Figur 3 zeigt ein Thermogramm, welches im Rahmen des Verfahrens und der
Vorrichtung zur Prüfung einer Elektrode gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgenommen und ausgewertet wird.
Ausführungsformen der Erfindung
In den verschiedenen Figuren sind gleiche Teile stets mit den gleichen Bezugszeichen versehen und werden daher in der Regel auch jeweils nur einmal benannt bzw. erwähnt. In Figuren 1 und 2 wird eine schematische Seitenansicht und eine schematische Aufsichtsdarstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung 1 zur Prüfung einer Elektrode 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung illustriert.
Die Vorrichtung 1 ist dazu vorgesehen, eine Elektrode 2, aus welcher ein Energiespeicher hergestellt werden soll, dahingehend zu überprüfen, ob die Elektrode 2 Fehlstellen, Verunreinigungen oder Schichtdickenvariationen aufweist und sie gegebenenfalls aus dem Her- stellungsprozess auszusondern. Auf diese Weise soll die Qualität der herzustellenden Energiespeicher gesteigert und die Ausschussrate derselben gesenkt werden.
Die Vorrichtung 1 weist eine Bereitstellungseinheit auf, welche zur Bereitstellung einer Elektrode 2 in Form eines Elektrodenbandes in einem ersten Verfahrensschritt vorgesehen ist. Das Elektrodenband umfasst im vorliegenden Beispiel eine Folienbahn 3, welche beidseitig mit Aktivmaterial 4 beschichtet ist. Das Aktivmaterial 4 umfasst entweder Kathoden- oder Anodenmaterial. Die Bereitstellungseinheit umfasst im vorliegenden Beispiel eine nicht- abgebildete Rollenhalterung, auf welcher die Elektrodenbahn als Rolle angeordnet ist und von welcher die Elektrodenbahn sukzessive abgewickelt wird. Mittels eines nicht dargestellten Transportmechanismus wird die von der Rolle abgewickelte Elektrodenbahn entlang der Haupttransportrichtung 11 , insbesondere kontinuierlich durch die Vorrichtung 1 , transportiert.
Zur Durchführung des zweiten Verfahrensschrittes weist die Vorrichtung 1 zwei Anregungseinheiten 5 jeweils in Form einer Infrarotlichtquelle auf, um die Elektrodenbahn auf beiden Seiten bereichsweise thermisch anzuregen. Die beiden Anregungseinheiten 5 sind hierfür auf gegenüberliegenden Seiten der Elektrode 2 angeordnet.
Nachdem die entsprechenden Elektrodenbereiche der Elektrodenbahn durch die beiden Anregungseinheiten 5 beidseitig aufgeheizt wurden, werden die Elektrodenbereiche an zwei Erfassungseinheiten 6 der Vorrichtung 1 vorbeitransportiert. Die beiden Erfassungseinheiten 6 sind jeweils als Wärmebildkameras ausgebildet, welche von der Oberfläche einer jeden Seite der Elektrodenbereiche im Rahmen des dritten Verfahrensschrittes jeweils ein Thermogramm 8 erstellen. Das Thermogramm 8 ist ein Bild, dessen Bildpunkten jeweils ein durch die jeweilige Wärmebildkamera gemessener Temperaturmesswert zugeordnet ist. Das Thermogramm 8 ist in Figur 3 gezeigt. Da die Erfassungseinheiten 6 entlang der Haupttransportrichtung 11 von den Anregungseinheiten 5 etwas beabstandet ist, kühlen die durch die Anregungseinheiten 5 aufgewärmten Elektrodenbereiche beim Transport zu den Erfassungseinheiten 6 bereits ab. Das für jede Seite der Elektrode 2 aufgenommene Thermo- gramm 8 zeigt daher nicht nur einen stationären Temperaturwert, sondern jeweils einen Temperaturverlauf im Elektroden bereich bzw. eine Abkühlcharakteristik des betreffenden Elektrodenbereichs.
Die Vorrichtung 1 weist ferner eine Auswerteeinheit 7 auf, welche zur Auswertung der Ther- mogramme 8 vorgesehen ist. Die Auswerteeinheit 7 weist im vorliegenden Beispiel einen Speicher 9 auf, in welchem ein Referenzthermogramm einer nachweislich intakten Referenzelektrode abgespeichert ist. Das Referenzthermogramm wird in einem initialen Verfahrensschritt einmalig angefertigt und zeigt den Soll-Zustand des Thermogramms 8 für eine intakte Elektrode 2. Die Auswerteinheit 7 bezieht im vierten Verfahrensschritt die Thermogramme 8 der Erfassungseinheiten 6 und vergleicht die ermittelten Thermogramme 8 mit dem entsprechenden Referenzthermogramm. Dieser Vergleich ist somit ein Vergleich von Ist-Zustand und Soll-Zustand. In Abhängigkeit dieses Vergleichs wird der betreffende Elektrodenbereich sodann bewertet. Wenn die Differenz zwischen ermitteltem Thermogramm 8 und Referenzthermogramm in Summe oder für die einzelnen Bildpunkte jeweils unterhalb eines vordefinierten Schwellwerts zur Definition des Toleranzbereichs liegt, wird der betreffende Elektrodenbereich als ordnungsgemäß bzw. als "in Ordnung" gekennzeichnet. Wenn die Differenz zwischen ermitteltem Thermogramm 8 und Referenzthermogramm in Summe oder für die einzelnen Bildpunkte jeweils oberhalb des vordefinierten Schwellwerts liegt, wird der entsprechende Elektrodenbereich als nicht ordnungsgemäß bzw. als "nicht in Ordnung" gekennzeichnet. Alternativ ist auch möglich, dass das Thermogramm 8 der Oberseite der Elektrode 2 mit dem Thermogramm 8 der Unterseite verglichen wird. Wenn die Differenz beider Thermogramme 8 unterhalb des Schwellwerts liegt, wird die Elektrode 2 als "ordnungsgemäß" definiert. Ein Referenzthermogramm ist bei dieser Ausführungsform vorteilhafterweise nicht notwendig, um Abweichungen oder Defekte in der Aktivmaterialbeschichtung des entsprechenden Elektrodenbereichs aufzuspüren.
Denkbar ist, dass die Vorrichtung 1 eine Kennzeichnungseinheit (nicht dargestellt) aufweist, welche die Elektrodenbereiche entsprechend kennzeichnet. Durch die Verwendung zweier verschiedener Anregungs- und Erfassungseinheiten 5, 6 können für die Ober- und Unterseite der Elektrode 2 vorteilhafterweise unterschiedliche Analyseparameter, beispielsweise eine unterschiedliche thermische Anregung verwendet werden. Dies ist insbesondere bei unterschiedlichen Schichtdickten auf Ober- und Unterseite hilfreich.
Als nicht ordnungsgemäß definierte Elektrodenbereiche werden vorzugsweise aus dem Elektrodenband herausgeschnitten und aus dem Herstellungsverfahren herausgenommen. Solche Elektrodenbereiche 2, die als ordnungsgemäß eingestuft oder gekennzeichnet wur- den, werden im Herstellungsverfahren des Energiespeichers belassen, so dass durch Stapeln, Falten und/oder Wickeln dieser Elektroden bereiche mit weiteren Elektrodenbereichen, die ebenfalls ein entsprechendes Prüfverfahren durchlaufen haben, und/oder Separatoren ein Energiespeicher aufgebaut wird.
Denkbar ist, dass vor dem Prüfverfahren die Elektrode 2 durch Beschichten der Folienbahn 3 mit Aktivmaterial 4 hergestellt und anschließend zunächst kalandriert und dann geschnitten wird. Das vorliegende Prüfungsverfahren ist somit in ein Herstellungsverfahren für Energiespeicher eingebettet.
In Figur 3 ist ein Thermogramm 8 schematisch dargestellt, welches im Rahmen des Verfahrens und der Vorrichtung 1 zur Prüfung einer Elektrode 2 gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgenommen und ausgewertet wird.
Das Thermogramm 8 ist ein dreidimensionales Wärmebild des betreffenden Flächenbereichs der Elektrode 2 mit einer Vielzahl von rasterartig angeordneten Bildpunkten, wobei jeder Bildpunkt einer bestimmten X- Y-Position des Flächenbereichs entspricht. Die Farbe im jeweiligen Bildpunkt repräsentiert sodann die gemessene Temperatur in diesem Bereich. Diejenigen Bildpunkte, welche den Anregungseinheiten 5 näher sind, weisen dabei eine höhere Temperatur als die den Anregungseinheiten 5 stärker beabstandeten Bildpunkte auf, da die Elektrode 2 in diesen Bereich weniger Zeit zum Abkühlen hatte. Das Thermogramm 8 zeigt im vorliegenden Beispiel daher einen Temperaturverlauf bzw. eine Abkühlcharakteristik an. Unterhalb des Thermogramms 8 ist eine schematische Temperaturkurve 10 für eine Zeile des Wärmebildes illustriert. Die Temperatur nimmt mit zunehmender Wegstrecke in Haupt- transportrichtung 11 ab.
Das Abklingverhalten der Temperatur ist ein Maß für die Schichtdicke des Aktivmaterials 4 auf der Folienbahn 3, da bei dünneren Schichtdicken aufgrund der verminderten Wärmekapazität eine schnellere Abkühlung und bei dickeren Schichtdicken aufgrund der erhöhten Wärmekapazität eine langsamere Abkühlung erfolgt, sofern ansonsten identische Parameter, wie Porosität, Zusammensetzung und dergleichen, vorherrschen. Der Temperaturverlauf bzw. die Abkühlcharakteristik zeigt somit, ob eine im Wesentlichen konstante Schichtdicke im gewünschten Bereich vorliegt. Wenn die Oberfläche der Elektrode 2 Defekte oder Fehlstellen, beispielsweise aufgrund von Verunreinigungen aufweist, werden solche Stellen durch lokale Abweichungen im Thermogramm 8 sichtbar. Das Auftreten von lokalen Unregelmäßigkeiten ist somit ein Maß für Defekte oder Fehlstellen auf der Elektrode 2. Durch einen Vergleich des ermittelten Thermogramms 8 mit dem Referenzthermogramm kann da- her sowohl festgestellt werden, ob die Schichtdicke konstant ist und im gewünschten Bereich liegt, als auch ob Defekte oder Fehlstellen vorhanden sind.
Aus dem Temperatur- bzw. Temperaturverlaufsbild kann zudem das Flächengewicht, sowie der Grad der Verdichtung des Aktivmaterials 4 bestimmt werden.
Bezugszeichenliste
1 Vorrichtung
2 Elektrode
3 Folienbahn
4 Aktivmaterial
5 Anregungseinheit
6 Erfassungseinheit
7 Auswerteeinheit
8 Thermogramm
9 Speicher
10 Temperaturkurve
11 Haupttransportrichtung

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Verfahren zur Prüfung einer für die Herstellung eines Energiespeichers vorgesehenen Elektrode (2) mit den Schritten:
- Bereitstellen der Elektrode (2) in einem ersten Verfahrensschritt,
- Thermisches Anregen der Elektrode (2) in einem zweiten Verfahrensschritt,
- Erstellen eines Thermogramms (8) der Elektrode (2) in einem dritten Verfahrensschritt und
- Auswerten des Thermogramms (8) in einem vierten Verfahrensschritt.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei im zweiten Verfahrensschritt die Elektrode (2) mittels Anregungseinheit (5) in Form einer Infrarotlichtquelle thermisch angeregt wird.
3. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im dritten Verfahrensschritt das Thermogramm (8) mittels einer Erfassungseinheit (6) in Form einer Wärmebildkamera aufgenommen wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Elektrode (2) während des zweiten und dritten Verfahrensschrittes mittels eines Transportmechanismus kontinuierlich relativ zur Infrarotlichtquelle und relativ zur Wärmebildkamera transportiert wird.
5. Verfahren nach Anspruch 4, wobei im vierten Verfahrensschritt das im dritten Verfahrensschritt erstellte Thermogramm (8) mit einem vorgegebenen Referenzthermo- gramm verglichen wird.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im vierten Verfahrensschritt aus dem Thermogramm (8) ein Temperaturverlauf der Elektrode (2) und insbesondere eine Aufwärm- oder Abkühlcharakteristik der Elektrode (2) bestimmt werden.
7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei im vierten Verfahrensschritt der ermittelte Temperaturverlauf mit einem vorgegebenen Referenztemperaturverlauf verglichen wird und insbesondere die ermittelte Aufwärm- und/oder Abkühlcharakteristik mit einer vorgegebenen Referenzcharakteristik verglichen wird.
8. Verfahren nach einem der Ansprüche 5 oder 7, wobei in einem fünften Verfahrensschritt die Elektrode (2) als ordnungsgemäß bewertet wird, wenn die durch den Vergleich ermittelte Differenz zwischen dem Thermogramm (8) und dem Referenzther- mogramm und/oder zwischen dem Temperaturverlauf und dem Referenztemperaturverlauf und/oder zwischen der Aufwärm- oder Abkühlcharakteristik und der Referenzcharakteristik innerhalb eines vorgegebenen Toleranzbereichs liegt und wobei die Elektrode (2) als nicht ordnungsgemäß bewertet wird, wenn die Differenz außerhalb des vorgegebenen Toleranzbereichs liegt.
9. Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichers, wobei in einem ersten Herstellungsschritt wenigstens eine Elektrode (2) bereitgestellt wird, wobei in einem zweiten Herstellungsschritt die wenigstens eine Elektrode (2) kalandriert wird und wobei in einem dritten Herstellungsschritt die wenigstens eine Elektrode (2) mit einem Verfahren gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche geprüft wird, wobei in einem vierten Herstellungsschritt der Energiespeicher durch Stapeln, Falten und/oder Wickeln der wenigstens einen Elektrode (2) hergestellt wird, wenn die wenigstens eine Elektrode (2) im fünften Verfahrensschritt als ordnungsgemäß bewertet wurde.
10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei im zweiten Herstellungsschritt die Elektrode (2) nach dem Kalandrieren geschnitten wird und/oder wobei im vierten Herstellungsschritt der Energiespeicher durch Stapeln, Falten und/oder Wickeln der Elektrode (2) mit einer weiteren Elektrode (2) und/oder einem Separator hergestellt wird.
11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei im ersten Verfahrensschritt eine Elektrode (2) in Form einer beidseitig mit Aktivmaterial (4) beschichteten Folienbahn (3) bereitgestellt wird, wobei im zweiten Verfahrensschritt beide Seiten der Elektrode (2) thermisch angeregt werden und wobei im dritten Verfahrensschritt von beiden Seiten der Elektrode (2) jeweils ein Thermogramm (8) erstellt wird, welches im vierten Verfahrensschritt ausgewertet wird.
12. Vorrichtung (1 ) zur Prüfung einer für die Herstellung eines Energiespeichers vorgesehenen Elektrode (2), wobei die Vorrichtung (1 ) aufweist
- eine Bereitstellungseinheit zur Bereitstellung der Elektrode (2),
- eine Anregungseinheit (5) zur thermischen Anregung der Elektrode (2),
- eine Erfassungseinheit (6) zur Erstellung eines Thermogramms (8) der Elektrode (2) und
- eine Auswerteeinheit (7) zur Auswertung des Thermogramms (8).
13. Vorrichtung (1 ) nach Anspruch 11 , wobei die Anregungseinheit (5) eine Infrarotlichtquelle umfasst und/oder wobei die Erfassungseinheit (6) eine Wärmebildkamera um- fasst.
14. Vorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Auswerteinheit (8) zur Bestimmung eines Temperaturverlauf und/oder einer Aufwärm- oder Abkühlcharakteristik der Elektrode (2) aus dem Thermogramm (8) konfiguriert ist.
15. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei die Auswerteeinheit (7) einen Speicher (9) zum Bereitstellen eines Referenzthermogramms, eines Referenztemperaturverlaufs und/oder einer Referenzcharakteristik aufweist und wobei die Auswerteeinheit (7) eine Komparatoreinheit zum Vergleichen des Thermogramms (8) mit dem Referenzthermogramm und/oder des Temperaturverlauf mit dem Referenztemperaturverlauf und/oder der Aufwärm- oder Abkühlcharakteristik mit der Referenzcharakteristik aufweist.
16. Vorrichtung (1 ) nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei die Bereitstellungseinheit zur Bereitstellung einer Elektrode (2) in Form einer beidseitig mit Aktivmaterial (4) beschichteten Folienbahn (3) vorgesehen ist, wobei die Vorrichtung (1 ) die Anregungseinheit (5) zur thermischen Anregung einer Seite der Elektrode (2) und eine weitere Anregungseinheit (5) zur thermischen Anregung der anderen Seite der Elektrode (2) aufweist und wobei die Vorrichtung (1 ) die Erfassungseinheit (6) zur Erstellung eines Thermogramms (8) der einen Seite der Elektrode (2) und eine weitere Erfassungseinheit (6) zur Erstellung eines weiteren Thermogramms (8) der anderen Seite der Elektrode (2) aufweist, wobei die Auswerteeinheit (7) sowohl zur Auswertung des Thermogramms (8), als auch des weiteren Thermogramms (8) konfiguriert ist.
PCT/EP2014/002778 2013-10-24 2014-10-15 Verfahren und vorrichtung zur prüfung einer elektrode und verfahren zur herstellung eines energiespeichers WO2015058843A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE102013221592.4 2013-10-24
DE102013221592.4A DE102013221592A1 (de) 2013-10-24 2013-10-24 Verfahren und Vorrichtung zur Prüfung einer Elektrode und Verfahren zur Herstellung eines Energiespeichers

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2015058843A1 true WO2015058843A1 (de) 2015-04-30

Family

ID=51845367

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2014/002778 WO2015058843A1 (de) 2013-10-24 2014-10-15 Verfahren und vorrichtung zur prüfung einer elektrode und verfahren zur herstellung eines energiespeichers

Country Status (2)

Country Link
DE (1) DE102013221592A1 (de)
WO (1) WO2015058843A1 (de)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113300050A (zh) * 2020-02-21 2021-08-24 大众汽车股份公司 用于电池组电极的检验系统
DE102022113313A1 (de) 2022-05-25 2023-11-30 Mb Automation Gmbh & Co. Kg Vorrichtung und verfahren zum sensorbasierten inspizieren eines objekts

Families Citing this family (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016142864A1 (en) 2015-03-09 2016-09-15 Alliance For Sustainable Energy, Llc Batch and continuous methods for evaluating the physical and thermal properties of films
CN111624221A (zh) * 2019-11-22 2020-09-04 中国地质大学（武汉） 一种滑坡红外场演化监测系统
DE102022108528A1 (de) 2022-04-08 2023-10-12 Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft Verfahren zur Messung einer Verkrümmung eines Bandmaterials sowie Vorrichtung zum Einspannen eines Bandsegmentes
DE102022113940A1 (de) 2022-06-02 2023-12-07 Schott Ag Verfahren zum Feststellen eines thermischen Qualitätsmaßes eines Probenkörpers
DE102022205762A1 (de) 2022-06-07 2023-12-07 Körber Technologies Gmbh Inspektionsanordnung für die Energiezellen produzierende Industrie

Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040048113A1 (en) * 2002-09-06 2004-03-11 Murphy Michael W. Method for detecting electrical defects in membrane electrode assemblies
US20050237067A1 (en) * 2004-04-22 2005-10-27 Daimlerchrysler Ag Arrangement and method for detection and localization of short circuits in membrane electrode arrangements
US20060029121A1 (en) * 2004-08-03 2006-02-09 Daimlerchrysler Ag Test apparatus and test method for the nondestructive testing in particular of membrane electrode assemblies for use in fuel cells, which can be integrated in production
US20060127729A1 (en) * 2004-12-10 2006-06-15 3M Innovative Properties Company Fuel cell
JP2010257861A (ja) * 2009-04-28 2010-11-11 Ckd Corp 積層電池の製造過程に用いられる検査装置
US20110039017A1 (en) * 2008-05-21 2011-02-17 Sadayuki Okazaki Method for manufacturing thin film
WO2013063278A1 (en) * 2011-10-25 2013-05-02 Purdue Research Foundation Thermography for battery component quality assurance
DE102011120278A1 (de) * 2011-12-05 2013-06-06 Li-Tec Battery Gmbh Verfahren und System zur Herstellung von blatt- oder plattenförmigen Objekten

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2008153119A (ja) * 2006-12-19 2008-07-03 Nippon Steel Corp 電池検査システム、及び電池検査方法
DE102009018079A1 (de) * 2009-04-20 2010-10-21 Li-Tec Battery Gmbh Verfahren zum Betrieb einer Batterie
DE102011088723A1 (de) * 2011-12-15 2013-06-20 Robert Bosch Gmbh Prüfverfahren für ein Batteriezellengehäuse und dazugehörige Prüfanordnung

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20040048113A1 (en) * 2002-09-06 2004-03-11 Murphy Michael W. Method for detecting electrical defects in membrane electrode assemblies
US20050237067A1 (en) * 2004-04-22 2005-10-27 Daimlerchrysler Ag Arrangement and method for detection and localization of short circuits in membrane electrode arrangements
US20060029121A1 (en) * 2004-08-03 2006-02-09 Daimlerchrysler Ag Test apparatus and test method for the nondestructive testing in particular of membrane electrode assemblies for use in fuel cells, which can be integrated in production
US20060127729A1 (en) * 2004-12-10 2006-06-15 3M Innovative Properties Company Fuel cell
US20110039017A1 (en) * 2008-05-21 2011-02-17 Sadayuki Okazaki Method for manufacturing thin film
JP2010257861A (ja) * 2009-04-28 2010-11-11 Ckd Corp 積層電池の製造過程に用いられる検査装置
WO2013063278A1 (en) * 2011-10-25 2013-05-02 Purdue Research Foundation Thermography for battery component quality assurance
DE102011120278A1 (de) * 2011-12-05 2013-06-06 Li-Tec Battery Gmbh Verfahren und System zur Herstellung von blatt- oder plattenförmigen Objekten

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113300050A (zh) * 2020-02-21 2021-08-24 大众汽车股份公司 用于电池组电极的检验系统
US11757139B2 (en) 2020-02-21 2023-09-12 Volkswagen Aktiengesellschaft Battery electrode inspection system
CN113300050B (zh) * 2020-02-21 2024-01-16 大众汽车股份公司 用于电池组电极的检验系统
DE102022113313A1 (de) 2022-05-25 2023-11-30 Mb Automation Gmbh & Co. Kg Vorrichtung und verfahren zum sensorbasierten inspizieren eines objekts

Also Published As

Publication number Publication date
DE102013221592A1 (de) 2015-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
WO2015058843A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur prüfung einer elektrode und verfahren zur herstellung eines energiespeichers
DE112011105675B4 (de) Steuervorrichtung und Steuerverfahren für nicht-wässrige Sekundärbatterie
DE69702873T2 (de) Batterie Abscheider
DE112012005901B4 (de) Batteriesystem und Verschlechterungsbestimmungsverfahren
DE102016109199B4 (de) Herstellungsverfahren einer zusammengesetzten Batterie
DE102015220381A1 (de) Vorrichtung zum Herstellen einer Membran-Elektrodenanordnung für eine Brennstoffzelle und eine durch diese hergestellte Membran-Elektrodenanordnung
DE112012003688T5 (de) Brennstoffzelleninspektionsverfahren und -inspektionsvorrichtung
DE102015117769B4 (de) Brennstoffzellensystem mit impedanzwertkorrektur und steuerverfahren für brennstoffzellensystem
DE102015016987A1 (de) Verfahren zum Feststellen einer Degradation einer wiederaufladbaren Batteriezelle sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
DE102011102367A1 (de) Echtzeit-Zellkerntemperaturschätzung während der Ruheperiode
DE102017100130B4 (de) Automatisiertes stochastisches Verfahren zum Erkennen von Eigenschaften und Verwenden desselben in einem wiederholbaren Verfahren
DE102012113062A1 (de) Anschlussleiter
DE102022109561A1 (de) Elektrochemische methoden zur identifizierung der zellqualität
DE102009055944A1 (de) Separator für eine elektrochemische Zelle und elektrochemische Zelle mit einem solchen Separator
DE102016004285A1 (de) Verfahren zum Überwachen einer elektrischen Kühlmittelpumpe
DE102009008859A1 (de) Knopfzelle und Verfahren zu ihrer Herstellung
EP3619755A1 (de) Elektrische energiespeicherzelle
DE102018208187A1 (de) Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine elektrische Energiespeichereinheit sowie entsprechende Transportvorrichtung
DE102016001580A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Membran-Elektroden-Anordnung für eine Brennstoffzelle
WO2023011793A1 (de) Herstellungsverfahren und -anlage für batteriespeicher
DE102014101051A1 (de) Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung eines Elektrodenstapels
DE102019118110A1 (de) Verfahren zum Herstellen einer Elektrode
DE102022125877A1 (de) Kapazitätsbasierte qualitätsüberwachung und -kontrolle bei der batterieherstellung
DE102023207152B3 (de) Verfahren zur Bestimmung einer Lage von Elektrodenblättern in einem Elektroden-Separator-Verbund
DE102012212419A1 (de) Verfahren zum Herstellen eines Energiespeichers und Energiespeicher

Legal Events

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

Ref document number: 14792738

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 14792738

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1