WO2020094313A1 - Verfahren zur herstellung eines stapels von elektrodenelementen sowie stapel von elektrodenelementen - Google Patents

Verfahren zur herstellung eines stapels von elektrodenelementen sowie stapel von elektrodenelementen Download PDF

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WO2020094313A1
WO2020094313A1 PCT/EP2019/077039 EP2019077039W WO2020094313A1 WO 2020094313 A1 WO2020094313 A1 WO 2020094313A1 EP 2019077039 W EP2019077039 W EP 2019077039W WO 2020094313 A1 WO2020094313 A1 WO 2020094313A1
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cathode
separator
stack
anode
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PCT/EP2019/077039
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Alexander Tornow
Kai STÜHM
Sven Rathmann
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Volkswagen Aktiengesellschaft
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    • 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 relates to a method for producing a stack of electrode elements and a stack of electrode elements.
  • batteries are known, for example, which comprise anode elements and cathode elements in the form of stacks, the individual elements being present separately from the other elements with the aid of separator elements.
  • the individual elements are first produced in individual manufacturing processes and then stacked in an alternating sequence so that a stack of electrode elements can be manufactured for the use of electric batteries. Due to the geometric differences between the battery electrodes and separators, the commonly known ones
  • Batch procedures require additional complex measures to create a desired batch with the desired properties.
  • complex measures for position detection and alignment for example, camera systems and
  • Position detection devices include, so that a central stacking of the elements on each other is possible. Because of these circumstances, restrictions often follow
  • the separator element should primarily the cathode elements and
  • the separator element must at the same time be permeable to the ions which bring about the conversion of the stored chemical energy into electrical energy. For example, you can
  • Polyethylene can be produced. These separator elements can then be provided between a cathode element and an anode element in the course of a stacking process.
  • a common stacking system is, for example, the so-called "pick and place” system. The individual elements are each picked up from respective stacks where they are stored, in order then to stack them in an alternating order to stack or feed a stack carrier.
  • guides via linear axes and industrial robots are to be regarded as known in the prior art.
  • a wide variety of systems serve as aids for aligning individual elements and placing them within the stack in the desired manner.
  • Methods for position detection are also known as vision systems, wherein alignment can be achieved, for example, using servo drive systems.
  • the battery has an anode material layer, a
  • a housing includes an interior that surrounds the anode material layer and the cathode material layer.
  • the housing includes a non-electrical conductivity conductor made of plastic material.
  • the separator projects in a surface area beyond the cathode material layer, so that the separator forms an overhang at one edge of the cathode material layer.
  • a method for manufacturing such a battery is known to be known from this document.
  • Separator elements are arranged in a flush stack. According to the solution of the document EP 2 706 592 A1, certain precautions must be taken when stacking and arranging the individual elements, so that a desired alignment of the elements can be achieved. In particular, an integral connection between individual separator elements can be reached, leaving open the extent to which a defined stacking is to be achieved in the course of the method presented.
  • the invention is based on the object of providing a method for producing a stack of electrode elements which ensures less expensive production and therefore more economical products.
  • Cathode elements is provided. Such a method comprises the following steps: providing at least one anode element, providing at least one cathode element, the method comprising the following further steps:
  • each separator element Arranging in each case at least one separator element on opposite sides of a respective cathode element, an outer shape and the dimensions of each separator element being identical to an outer shape and the dimensions of each
  • Anode element is and wherein a respective cathode element has at most the outer shape and its dimensions of each separator element, stacking at least one provided anode element and at least one provided cathode element with the respective arranged separator elements in alternating order by means of a stacking device until a user-defined number of anode elements and
  • Cathode elements with the respective arranged separator elements is arranged to form a flush stack. Due to the identical outer shape and its dimensions
  • the cathode elements can have at most the dimensions and external shape of the separator elements, so that nevertheless they are mutually bordered by at least one separator element.
  • the term maximum is to be understood here as an upper limit, so that the respective cathode elements can also have smaller and / or a smaller geometry or a smaller external shape and their dimensions in comparison to the separator elements.
  • a stack of electrode elements is provided.
  • Such a stack comprises at least one anode element and at least one cathode element, at least one in each case
  • Separator element is arranged on opposite sides of a respective cathode element, an outer contour dimension of each separator element being identical to an outer contour dimension of each anode element.
  • Electrode elements are Electrode elements.
  • the arrangement of the at least one separator element on opposite sides is carried out by the cathode element by means of lamination.
  • a lamination can be carried out individually, for example, so that each cathode element is provided with the corresponding separator elements.
  • Such a composite of cathode element with at least one separator element on opposite sides of the cathode element can also be referred to in this context as a laminate.
  • Stacking device comprises at least two transport devices, the first
  • Transport device supplies cathode elements with the respective arranged separator elements to a traversing magazine carrier and the second transport device
  • a stack of electrode elements is created by alternately feeding the aforementioned elements.
  • the individual electrodes that are prepared for the stacking process are placed directly over the respective electrodes
  • Transport devices which can be provided, for example, in the form of vacuum belts, are fed to the traversing magazine carrier.
  • Transport devices which can be provided, for example, in the form of vacuum belts, are fed to the traversing magazine carrier.
  • Separator elements framed cathode elements for example, this could be done directly after trimming.
  • the alternate feeding of anodes and laminates i.e. the cathode element / separator element composite
  • the transport devices or vacuum belts can also be slightly inclined in the direction of the magazine carrier, so that gravity can be used to make an easy transition from the transport devices to the stack.
  • the individual elements are stacked and stacked at the same time to form a stack of
  • Electrode elements Rather, additional costs can be saved by direct guidance to the stacking process. Overall, an even more cost-effective method can thus be provided. In particular, a robust feed system and a continuous material flow can thus be provided. A simple and efficient connection to pre-processes is also very possible.
  • Stacking device comprises a lamination device, the lamination device comprising a cathode element store in the form of a rolling device and at least two
  • Separator element storage in the form of respective rolling devices, so that on opposite sides of respective cathode elements at least one
  • Separator element can be arranged, and the stacking device also one Anode element storage in the form of a rolling device and at least three transport systems, a first transport system feeding anode elements and a second transport system cathode elements with the respective arranged separator elements to a third transport system, so that in the third transport system by alternately stacking anode elements and cathode elements with the respective arranged separator elements a stack of electrode elements is created.
  • the cathode element store can be arranged centrally between the at least two separator element stores in such a way that during an application process or rollout process of cathode elements from the cathode element store, accordingly
  • Separator elements can be arranged on opposite sides of the cathode elements.
  • the actual lamination of these individual components can then be carried out in a further area of the lamination device, with a cutting process optionally also being able to take place here. This is especially the case when the cathode elements and separator elements are, for example, rolled-up materials which do not yet have the desired suitable size or dimensions and geometries.
  • the individual transport systems can, for example, optionally have a plurality of gripping systems, by means of which a single element can be gripped individually and fed to the stacking process.
  • electrodes become a third directly after lamination and trimming via linear drives with gripping systems guided and decoupled
  • the first and second transport devices can, for example, be rotating systems with the same direction of movement.
  • the third transport device can also be a circulating system, which, however, has an opposite direction of movement, so that respective elements can be received by the first and second transport devices and thus an initial stack structure can be generated in circulation.
  • the third transport device can also act as a central one
  • This third transport device moves, for example, until the stack reaches a desired target height.
  • the stacks are then discharged and new ones are fed in at the same time
  • the third transport device can also carry out the stack transfer to the next process, for example a
  • the stacking device further comprising two counter-rotating feed systems, which are designed to move respective anode elements and cathode elements with the respective arranged separator elements from the respective magazine carriers alternately onto a stack, so that a stack of electrode elements is created .
  • the electrodes / laminates are stored in magazines and
  • the stack is built up by means of two rotating feed systems that interlock above the stack carrier.
  • the stack is built up by synchronizing the two systems with one another.
  • the guidance of the magazine carrier can ensure the alignment of the electrodes / laminates.
  • the rotating feed systems can be optional
  • the magazine carriers can be arranged in relation to the respective feed system in such a way that an element located in the top of the magazine carrier can be automatically picked up and transported by the respective feed system.
  • the method can thus be carried out particularly efficiently and cost-effectively, with particularly good automation of the individual method steps leading to a particularly efficient and cost-effective method.
  • each magazine carrier comprising at least a first air nozzle system, which is each designed, an uppermost cathode element with the respective arranged
  • each magazine carrier comprises a rotatable conveying element, which is designed, each raised
  • the stacking device further comprising at least two transport systems with a respective second air nozzle system, so that raised cathode elements with the respective arranged separator elements and anode elements and moved away from the respective magazine carrier are alternately moved onto a stack, so that a stack of electrode elements is created .
  • the rotatable conveying element can, for example, be an essentially circular element which comprises at least one friction cam with which a respective individual element is transported from the magazine carrier in the direction of the respective second air nozzle system can be.
  • the second air nozzle systems can also be slightly inclined with respect to a horizontal plane from the respective magazine carrier in the direction of the stack to be produced, so that gravity can be used to feed the individual elements to the stack structure.
  • the second air nozzle systems can be designed in such a way that a cushion can be formed using the outflowing air in the direction of the elements lying thereon. For example, after separation, the electrodes / laminates are stored in a magazine and buffered. The stack is then built up by alternating removal of
  • Electrodes / laminates from the two magazine carriers The removal is carried out, for example, by said friction cams or comparable elements, the friction cams being able to remove the top electrode layer in each case by means of an eccentric drive.
  • the stack is built up by synchronizing the two systems with one another. The electrodes are transported on air cushions. In addition, the guidance of the magazine carrier can change the orientation of the
  • Stacking device comprises at least one stop element, which is designed
  • the stacking device comprises a lowering device, so that a manufactured stack of
  • Electrode elements can be lowered during and / or after creation.
  • Manufacturing process during the alternating stacking of the individual elements are additionally favored, so that this can also support an inexpensive process in this way.
  • a stapling step can optionally also be carried out simultaneously with the stack construction.
  • Stack carriers are provided so that the stack to be manufactured ultimately as one
  • Product unit can be used for another purpose.
  • a strong one Simplified fixing of the electrodes and laminates in the stack carrier is thus possible, so that maximized output can be achieved.
  • FIG. 1 shows a stacking device for a method for producing a stack of
  • FIG. 2 shows a further stacking device for a method for producing a stack of electrode elements
  • FIG. 3 shows a further stacking device for a method for producing a stack of electrode elements
  • FIG. 4 shows a further stacking device for a method for producing a stack of electrode elements
  • FIG. 6 shows a process flow diagram for a method for producing a stack of electrode elements.
  • FIG. 1 shows a stacking device 10A for a method for producing a stack of electrode elements 12.
  • the transport devices 14 can be provided, for example, in the form of vacuum belts.
  • Three individual cathode elements 18 with respective arranged separator elements 20 can be seen on the left transport device 14.
  • On the right Transport device 14 shows three individual anode elements 22.
  • an individual anode element 22 can also be seen, which is located in a transition region 24 between the right transport device 14 and the traversing magazine carrier 16. This anode element 22 is thus being placed on the upper stack of electrode elements 12.
  • Electrode elements 12 are also located on a lowering device 26 of the traversing magazine carrier 16.
  • a further stack of electrode elements 12 is shown in the traversing magazine carrier 16 on a further lowering device 26 below the upper stack of electrode elements 12.
  • the traversing magazine carrier 16 has two boundary walls 28. These boundary walls 28 are spaced apart from one another in such a way that the individual electrode elements, specifically the individual cathode elements 18, with respective arranged separator elements 20 and
  • Anode elements 22 corresponding essentially to fit within them
  • Boundary walls 28 can be stacked flush with the stack of electrode elements 12.
  • the transport devices 14 are in the direction of the traversing one
  • the angle of 15 °, in particular of 20 °, in particular an angle of 30 ° or an angle in an interval between 15 ° and 45 ° being established, for example with respect to a horizontal plane of an upper boundary edge 30 of the traversing magazine carrier 16 can, so that a transport of the individual elements is favored due to the action of gravity.
  • Transport devices 14 in the form of vacuum belts hold back respective elements and release them alternately in order to form the stack by means of a control unit (not shown), so that due to the action of gravity, a respective element is moved in a user-defined manner via the transition region 24 in the direction of the traversing magazine carrier 16, in order to ultimately achieve the intended one To take up space in the stack of electrode elements 12.
  • the stack structure With the stack structure, the stack itself can also be fixed at the same time.
  • FIG. 2 shows a further stacking device 10B for a method for producing a stack of electrode elements 12.
  • This stacking device 10B has an associated one
  • the lamination device 32 has an associated cathode element memory 34 in the form of a rolling device and two
  • Separator element stores 36 are shown in the form of respective rolling devices.
  • Cathode element material 38 is unwound from cathode element memory 34.
  • Separator 40 are custom cathode elements 18 from the
  • Cathode element material 38 produced For example, this could be done using a Cutting process happen. Separator element material 42 is unrolled from each of the two separator element stores 36 and fed to the respective cathode element 18 above and below (relative to the image plane), so that these components are fed together to a processing station 44 of the lamination device 32. In the
  • Processing station 44 then produces cathode elements 18 with separator elements 20 located on opposite sides.
  • the stacking device 10B also has an anode element memory 46, which is shown in FIG. 2 below the processing station 44.
  • Anode element material 48 is unwound from this anode element memory 46 and further processed into individual anode elements 22 by a further separating device 50.
  • a first transport system 52 accepts the individual anode elements 22.
  • Individual gripping system elements 54 each hold an anode element 22.
  • the first transport system 52 is designed to rotate and guides the anode elements 22 to a stack generation area 56 by means of the gripping system elements 54.
  • the cathode elements 18 with separator elements 20 located on opposite sides are simultaneously operated by a second transport system 58, which is also designed to be rotating, with gripping system elements arranged there 60 transported from the processing station 44 in the direction of a third transport system 62.
  • the third transport system 62 is also shown rotating and likewise has respective gripping system elements 64.
  • the individual cathode elements 18 with the arranged separator elements 20 can thus be separated from the second transport system 58, which is also designed to be rotating, with gripping system elements arranged there 60 transported from the processing station 44 in the direction of a third transport system 62.
  • the third transport system 62 is also shown rotating and likewise has respective gripping system elements 64.
  • the individual cathode elements 18 with the arranged separator elements 20 can thus be separated from the second
  • Transport system 58 are transported to the third transport system 62, where they are handed over and are in turn transported by the third transport system 62 to the stack generation area 56.
  • Cathode elements 18 with the arranged separator elements 20 and anode elements can then be stacked alternately in the stack generation area 56, so that stacks of electrode elements 12 are generated.
  • the third transport system 62 therefore moves in circulation, the individual elements in the stack generation area 56 being arranged accordingly to one another until the stack to be produced reaches a target height. A finished stack can then be in one
  • Stack transfer area 57 can be transported to a next process or to storage, for example.
  • the individual transport systems 52, 58, 62 can, for example, each be in the form of an extended transport system.
  • Feed speed can be 4 m / s.
  • the stack itself can also be fixed in place with the stack structure.
  • FIG. 3 shows a further stacking device 10C for a method for producing a stack of electrode elements 12.
  • the stacking device 10C has a magazine carrier 66 with cathode elements 18 with the respective arranged separator elements 20 and one Magazine carrier 67 with anode elements 22.
  • the magazine carrier 66 is shown on the left (in relation to the image plane), a bearing surface 68 of the magazine carrier 66 being shown raised at an angle greater than 45 ° with respect to a horizontal image plane, so that the cathode elements 18 resting on the bearing surface 68 are slightly inclined.
  • a support element 70 of the magazine carrier 66 can be seen below the support surface 68.
  • a rotatable feed system 72 is shown. An arrow shown indicates the direction of rotation of the feed system 72. In this case, the rotatable feed system 72 has three divider elements 74, a cathode element 18 with arranged separator elements 20 being shown in each divider element 74.
  • Divider elements 74 are limited to three here. In a manner not shown, there could also be more than three or fewer divider elements 74. The single ones
  • Divider elements 74 have an essentially elongated triangular shape, with one broad side being connected to the feed system 72 and two legs running towards an opposite tip. By means of the separating compartment elements 74, the cathode elements 18 with the arranged separator elements 20 become a stack
  • Electrode elements 12 transported which is located to the right of the feed system 72.
  • a further feed system 76 which is similar to the feed system 72 already described. Only one direction of rotation is opposite to a direction of rotation of the feed system 72.
  • the feed system 76 leads corresponding to anode elements 22 starting from the magazine carrier 67 to the stack with electrode elements 12.
  • the stacking device 10C is designed by means of two counter-rotating feed systems 72, 76 anode elements 22 and
  • the stack itself can also be fixed in place with the stack structure.
  • FIG. 4 shows a further stacking device 10D for a method for producing a stack of electrode elements 12.
  • the stacking device 10D has a magazine carrier 78 with cathode elements 18 with the respective arranged separator elements 20 and a magazine carrier 80 with anode elements 22.
  • the magazine carriers 78, 80 each have a feed device 82 with which the individual elements which lie in the magazine carriers 78, 80 are transported upwards.
  • Each magazine carrier 78, 80 has at least one first air nozzle system 84, which is designed in each case, an uppermost one
  • each magazine carrier 78, 80 is a rotatable Includes conveyor element 86, which is designed to move respective raised elements away from the respective magazine carrier 78, 80.
  • the respective conveying elements 86 each have a cam area 88, with which respective elements can be captured for the purpose of transportation.
  • the conveying elements 86 are also shown with arrows, each of which shows a direction of rotation of the conveying elements 86, the directions of rotation of the respective conveying elements 86 being in opposite directions. In other words, the conveying element 86 shown on the left rotates against the
  • the cam regions 88 can each have a friction element on the outside, not shown, which can be constructed, for example, from a substantially rubber-like material.
  • the stacking device 10D is shown with two transport systems 90, 92, each of which has a second air nozzle system 94, 96. Cathode elements 18 with the respective arranged separator elements 20 and anode elements 22 can thus be moved alternately onto a stack from the respective magazine carrier 78, 80, so that a stack of electrode elements 12 is created. In this variant, too, the stack itself can also be fixed in place with the stack structure.
  • FIG. 5 shows a stack of electrode elements 12.
  • An anode element 22 and a cathode element 18 with the respective arranged separator elements 20 are shown in detail.
  • the cathode element 18 shown is dimensioned smaller than the separator elements 20 arranged above and below.
  • the separator elements 20 are in turn dimensioned such that an outer shape and the dimensions of each
  • Anode element 22 is.
  • FIG. 6 shows a process flow diagram 100 for a method for producing a stack of electrode elements 12.
  • first step 110 at least one anode element 22 is provided.
  • second step 120 at least one cathode element 18 is provided.
  • at least one separator element 20 is arranged on opposite sides of a respective cathode element 18, an outer shape and the dimensions of each separator element 20 being identical to an outer shape and the dimensions of each anode element 22, and a respective cathode element 18 being at most Has outer shape and the dimensions of each separator element 20.
  • the stacking of at least one provided anode element 22 and at least one provided cathode element 18 with the respective ones is arranged Separator elements 20 in alternating order by means of a stacking device 10A, B, C,

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stapels von Elektrodenelementen (12) sowie einen Stapel von Elektrodenelementen (12). Es ist vorgesehen, dass ein Verfahren zur Herstellung eines Stapels von Elektrodenelementen (12) bereitgestellt wird. Das Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte: Bereitstellen von mindestens einem Anodenelement (22) und mindestens einem Kathodenelement (18). Es wird zudem jeweils zumindest ein Separatorelement (20) auf sich gegenüberliegenden Seiten von einem jeweiligen Kathodenelement (18) angeordnet. Eine Außenform und deren Abmaße von jedem Separatorelement (20) ist identisch mit einer Außenform und deren Abmaße von jedem Anodenelement (22). Ein jeweiliges Kathodenelement (18) weist zudem maximal die Außenform und deren Abmaße von jedem Separatorelement (20) auf. Anschließend wird der Stapel gefertigt, bis eine benutzerdefinierte Anzahl von Anodenelementen (22) und Kathodenelementen (18) angeordnet ist. Zudem wird ein Stapel von Elektrodenelementen (12) offenbart. So ein Stapel umfasst mindestens ein Anodenelement (22) und mindestens ein Kathodenelement (18), wobei jeweils zumindest ein Separatorelement (20) auf sich gegenüberliegenden Seiten von einem jeweiligen Kathodenelement (18) angeordnet ist, wobei eine Außenform und deren Abmaße von jedem Separatorelement (20) identisch mit einer Außenform und deren Abmaße von jedem Anodenelement (22) ist und wobei ein jeweiliges Kathodenelement (18) maximal die Außenform und deren Abmaße von jedem Separatorelement (20) aufweist.

Description

Beschreibung
Verfahren zur Herstellung eines Stapels von Elektrodenelementen sowie Stapel von
Elektrodenelementen
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Stapels von Elektrodenelementen sowie einen Stapel von Elektrodenelementen.
Elektrische Batterien werden heutzutage für die unterschiedlichsten Anwendungen hergestellt, um elektrische Energie bereitzustellen. Gemäß dem Stand der Technik sind beispielsweise Batterien bekannt, welche Anodenelemente und Kathodenelemente in Form von Stapeln umfassen, wobei die einzelnen Elemente jeweils von den anderen Elementen mithilfe von Separatorelementen getrennt vorliegen. Dabei werden zunächst in einzelnen für sich stehenden Herstellungsverfahren die einzelnen Elemente hergestellt und anschließend in abwechselnder Reihenfolge aufgestapelt, sodass ein Stapel von Elektrodenelementen für den Einsatz von elektrischen Batterien gefertigt werden kann. Aufgrund von geometrischen Unterschieden zwischen den Batterieelektroden und Separatoren sind bei den gängig bekannten
Stapelverfahren zusätzliche komplexe Maßnahmen erforderlich, um einen gewünschten Stapel mit den gewünschten Eigenschaften zu erstellen. Insbesondere können solche komplexen Maßnahmen zur Lageerkennung und Ausrichtung beispielsweise Kamerasysteme und
Lageerkennungsvorrichtungen umfassen, sodass eine zentrische Stapelung der Elemente aufeinander möglich ist. Aus diesen Umständen folgen häufig Einschränkungen der
Produktivität im Stapelprozess und zusätzliche Produktionskosten verteuern somit das zu erstellende Produkt. Das Separatorelement soll vor allem die Kathodenelemente und
Anodenelemente sowohl räumlich als auch elektrisch trennen. Dabei muss das
Separatorelement jedoch gleichzeitig für die Ionen durchlässig sein, welche die Umwandlung der gespeicherten chemischen in elektrische Energie bewirken. Beispielsweise können
Separatorelemente aus mikroporösen Kunststoffen sowie Vliesen aus Glasfasern oder
Polyethylen hergestellt werden. Diese Separatorelemente können dann jeweils zwischen einem Kathodenelement und einem Anodenelement im Zuge eines Stapelverfahrens vorgesehen werden. Ein gängiges Stapelsystem ist zum Beispiel das sogenannte„Pick and Place“ - System. Dabei werden die einzelnen Elemente jeweils von jeweiligen Stapeln, wo sie magaziniert sind, aufgenommen, um diese dann in abwechselnder Reihenfolge übereinander zu stapeln beziehungsweise einem Stapelträger zuzuführen. In diesem Zusammenhang sind Führungen über Linearachsen als auch Industrieroboter im Stand der Technik als bekannt anzusehen. Wie bereits erwähnt dienen dabei verschiedenste Systeme als Hilfsmittel, um einzelne Elemente auszurichten und in gewünschter Weise innerhalb des Stapels zu platzieren. Methoden zur Lageerkennung sind auch als Visions-Systeme bekannt, wobei eine Ausrichtung beispielsweise über Servo-Antriebssysteme erreicht werden kann. Aufgrund von zusätzlichen Systemen, die es zu bedienen und organisieren geht, folgt meist eine direkte Reduzierung der Ausbringung und eine erhöhte Fehleranfälligkeit. Allgemeine Stapeltechniken können dabei verschiedenste Produkte hervorbringen. Beispielsweise sind Z-Falten und Einzelblatt-Stapel bekannt. Auch ist das Stapeln von Bi-Zellen bekannt. Eine Bi-Zelle ist dabei ein Verbund aus Anode-Separator-Kathode-Separator-Anode. Neben der Stapeltechnik sind auch Techniken wie das Stack-Winding bekannt. Dabei werden Elektroden auf einem kontinuierlichen
Separatorband laminiert und anschließend gewickelt.
Aus der Druckschrift EP 2 706 592 A1 ist eine Batterie mit präzis positioniertem Aufbau als bekannt zu entnehmen. Dabei weist die Batterie eine Anodenmaterialschicht, eine
Kathodenmaterialschicht und einen Separator auf, der als eine Trennschicht zwischen der Anodenmaterialschicht und der Kathodenmaterialschicht ausgebildet ist. Ein Gehäuse umfasst einen Innenraum, der die Anodenmaterialschicht und die Kathodenmaterialschicht umgibt. Das Gehäuse umfasst einen nicht-elektrischen Leitfähigkeitsleiter aus Kunststoffmaterial. Der Separator ragt in einem Oberflächenbereich über die Kathodenmaterialschicht hinaus, sodass der Separator an einer Kante der Kathodenmaterialschicht einen Überhang darüber ausbildet. Zudem ist aus dieser Druckschrift ein Verfahren zum Herstellen solch einer Batterie als bekannt zu entnehmen. Dabei sind folgende Verfahrensschritte aus dem vorgestellten Verfahren nicht als bekannt zu entnehmen: Anordnen von jeweils zumindest einem Separatorelement auf sich gegenüberliegende Seiten von einem jeweiligen Kathodenelement, wobei eine Außenform und deren Abmaße von jedem Separatorelement identisch mit einer Außenform und deren Abmaße von jedem Anodenelement ist und wobei ein jeweiliges Kathodenelement maximal die
Außenform und deren Abmaße von jedem Separatorelement aufweist und Stapeln von je einem bereitgestellten Anodenelement und einem bereitgestellten Kathodenelement mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen mittels einer Stapelvorrichtung, bis eine benutzerdefinierte Anzahl der Anodenelemente und Kathodenelemente mit den jeweiligen angeordneten
Separatorelementen zu einem bündigen Stapel angeordnet sind. Auch gemäß Lösung von der Druckschrift EP 2 706 592 A1 müssen beim Stapeln und Anordnen der einzelnen Elemente gewisse Vorkehrungen getroffen werden, sodass eine gewünschte Ausrichtung der Elemente erreicht werden kann. Insbesondere soll zudem eine stoffschlüssige Verbindung zwischen einzelnen Separatorelementen erreicht werden, wobei offen gelassen wird, inwiefern eine definierte Stapelung im Zuge des vorgestellten Verfahrens erreicht werden soll.
Zukünftige Verfahren werden aber unter anderem auch daran gemessen werden, inwiefern die Kostenstruktur zu einem immer intensiveren Wettbewerb passt oder vereinbar ist.
Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung eines Stapels von Elektrodenelementen bereitzustellen, welches eine kostengünstigere Produktion und somit kostengünstige Produkte gewährleistet.
In bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Verfahren zur Herstellung eines Stapels von Elektrodenelementen, insbesondere von Anodenelementen und
Kathodenelementen, bereitgestellt wird. Solch ein Verfahren umfasst dabei die folgenden Schritte: Bereitstellen von mindestens einem Anodenelement, Bereitstellen von mindestens einem Kathodenelement, wobei das Verfahren die folgenden weiteren Schritte umfasst:
Anordnen von jeweils zumindest einem Separatorelement auf sich gegenüberliegenden Seiten von einem jeweiligen Kathodenelement, wobei eine Außenform und deren Abmaße von jedem Separatorelement identisch mit einer Außenform und deren Abmaße von jedem
Anodenelement ist und wobei ein jeweiliges Kathodenelement maximal die Außenform und deren Abmaße von jedem Separatorelement aufweist, Stapeln von zumindest je einem bereitgestellten Anodenelement und zumindest einem bereitgestellten Kathodenelement mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen in wechselnder Reihenfolge mittels einer Stapelvorrichtung, bis eine benutzerdefinierte Anzahl der Anodenelemente und
Kathodenelemente mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen zu einem bündigen Stapel angeordnet ist. Aufgrund der identischen Außenform und deren Abmaße
beziehungsweise allgemein einer identischen Geometrie von den Anodenelementen und den Separatorelementen, welche ja die Kathodenelemente umgeben, können komplexe Methoden zur Lageerkennung und Ausrichtung entfallen. Die Elemente können direkt gestapelt werden. Es lässt sich somit die Produktivität des Prozesses des Stapelns an sich mit dem vorgestellten Verfahren steigern. Auf diese Weise können zusätzliche Kosten von Ausrichtungsvorrichtungen oder derartigen Methoden eingespart werden, sodass ein kostengünstigeres Verfahren und somit letztendlich kostengünstige Produkte bereitgestellt werden können. Zusätzlich sind die Kathodenelemente durch die umgebenden Separatorelemente derart angeordnet, dass allgemein eine verbesserte Sicherheit erreicht werden kann. Die identischen Abmessungen führen zudem zu einer erhöhten Raumausnutzung. Die Kathodenelemente können in einer Ausführung maximal die Ausmaße und Außenform der Separatorelemente aufweisen, sodass sie entsprechend dennoch von zumindest je einem Separatorelement gegenseitig eingefasst sind. Der Begriff maximal ist hier als eine Obergrenze aufzufassen, sodass die jeweiligen Kathodenelemente auch kleiner und/oder eine kleinere Geometrie beziehungsweise eine kleinere Außenform und deren Abmaße im Vergleich zu den Separatorelementen aufweisen können.
In weiterer bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass ein Stapel von Elektrodenelementen bereitgestellt wird. Solch ein Stapel umfasst dabei mindestens ein Anodenelement und mindestens ein Kathodenelement, wobei jeweils zumindest ein
Separatorelement auf sich gegenüberliegenden Seiten von einem jeweiligen Kathodenelement angeordnet ist, wobei eine äußere Konturabmessung von jedem Separatorelement identisch mit einer äußeren Konturabmessung von jedem Anodenelement ist. Die zuvor genannten Vorteile gelten soweit übertragbar in gleicher Weise für den vorgestellten Stapel von
Elektrodenelementen.
Weitere bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den übrigen, in den Unteransprüchen genannten Merkmalen.
Es ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das Anordnen von dem jeweils zumindest einem Separatorelement auf sich gegenüberliegenden Seiten von dem Kathodenelement mittels Laminierung vollzogen wird. So eine Laminierung kann beispielsweise einzeln vollzogen werden, sodass jedes Kathodenelement für sich mit den entsprechenden Separatorelementen versehen wird. So ein Verbund von Kathodenelement mit zumindest jeweils einem Separatorelement auf sich gegenüberliegenden Seiten des Kathodenelements kann in diesem Zusammenhang auch als Laminat bezeichnet werden. Der Prozess der
Laminierung sichert nicht nur eine effiziente und somit kostengünstige Herstellung, sondern ermöglicht zudem eine besonders gute Sicherheit in Bezug auf die eingeschlossenen
Kathodenelemente.
Ferner ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass nach und/oder während der Laminierung die Separatorelemente derart zugeschnitten werden, sodass eine Außenform und deren Abmaße von jedem Separatorelement identisch mit einer Außenform und deren Abmaße von jedem Anodenelement ist. Diese Form von Laminierung kann
beispielsweise dann vorgesehen sein, wenn größere Elemente von Separatorelementen vor der Anordnung an den Kathodenelementen vorhanden sind, welche dann vor oder während der Laminierung zugeschnitten werden. Dies kann in einer Produktionslinie mit dem eigentlichen Stapeln zusammen organisiert werden oder separat vor dem Stapeln vollzogen werden.
Auf diese Weise lässt sich somit ein noch kostengünstigeres Verfahren erreichen.
Auch ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die
Stapelvorrichtung mindestens zwei Transportvorrichtungen umfasst, wobei die erste
Transportvorrichtung Kathodenelemente mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen zu einem traversierenden Magazinträger zuführt und die zweite Transportvorrichtung
Anodenelemente zu dem traversierenden Magazinträger zuführt, sodass in dem
traversierenden Magazinträger durch abwechselnde Zuführung von den zuvor genannten Elementen ein Stapel von Elektrodenelementen erstellt wird. Die vereinzelten und für den Stapelprozess vorbereiteten Elektroden werden direkt über die jeweiligen
Transportvorrichtungen, welche beispielsweise in der Form von Vakuumbändern vorgesehen werden können, dem traversierenden Magazinträger zugeführt. Im Falle der durch die
Separatorelemente eingefassten Kathodenelemente könnte dies zum Beispiel direkt nach dem Beschnitt erfolgen. Durch wechselseitiges Zuführen von Anoden und Laminaten (sprich den Kathodenelement/Separatorelementen-Verbund) erfolgt dann ein unmittelbarer Stapelaufbau, wobei eine entsprechende Führung des Magazinträgers die Ausrichtung der Elektroden gewährleistet. Die Transportvorrichtungen beziehungsweise Vakuumbänder können zudem leicht in Richtung des Magazinträgers geneigt sein, sodass mithilfe der Schwerkraft ein leichter Übergang von den Transportvorrichtungen auf den Stapel erfolgen kann. Es erfolgt somit beispielsweise keine zusätzliche Magazinierung der einzelnen Elemente vor dem eigentlichen Stapeln. Somit erfolgt beispielsweise mittig der zwei Transportvorrichtungen eine zeitgleiche Magazinierung und Stapelbildung der einzelnen Elemente zu einem Stapel von
Elektrodenelementen. Vielmehr können somit durch eine direkte Hinführung zum Stapelprozess zusätzliche Kosten eingespart werden. Insgesamt lässt sich somit ein noch kostengünstigeres Verfahren bereitstellen. Insbesondere kann somit ein robustes Zuführsystem und ein kontinuierlicher Materialfluss bereitgestellt werden. Auch eine einfache und effiziente Anbindung an Vor-Prozesse ist somit sehr gut möglich.
Zudem ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die
Stapelvorrichtung eine Laminationsvorrichtung umfasst, wobei die Laminationsvorrichtung ein Kathodenelementspeicher in Form einer Rollvorrichtung und mindestens zwei
Separatorelementspeicher in Form von jeweiligen Rollvorrichtungen umfasst, sodass an gegenüberliegenden Seiten von jeweiligen Kathodenelementen mindestens ein
Separatorelement angeordnet werden kann, und die Stapelvorrichtung außerdem einen Anodenelementspeicher in Form einer Rollvorrichtung und mindestens drei Transportsysteme umfasst, wobei ein erstes Transportsystem Anodenelemente und ein zweites Transportsystem Kathodenelemente mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen jeweils zu einem dritten Transportsystem zuführen, sodass in dem dritten Transportsystem durch abwechselndes Stapeln von Anodenelementen und Kathodenelementen mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen ein Stapel von Elektrodenelementen erstellt wird. Beispielsweise kann der Kathodenelementspeicher mittig zwischen den mindestens zwei Separatorelementspeichern derart angeordnet sein, sodass während eines Ausbringungsvorgangs oder Ausrollvorgangs von Kathodenelementen aus dem Kathodenelementspeicher entsprechend die
Separatorelemente an sich gegenüberliegenden Seiten der Kathodenelemente angeordnet werden können. Die eigentliche Laminierung dieser einzelnen Bestandteile kann dann in einem weiteren Bereich der Laminationsvorrichtung vollzogen werden, wobei optional hier auch ein Zuschneideprozess stattfinden kann. Dies ist vor allem dann der Fall, wenn es sich bei den Kathodenelementen und Separatorelementen beispielsweise um aufgerollte Materialien handelt, welche noch nicht die gewünschte passende Größe beziehungsweise Ausmaße und Geometrien aufweisen. Die einzelnen Transportsysteme können beispielsweise optional über eine Mehrzahl von Greifsystemen verfügen, mithilfe derer jeweils einzeln ein einziges Element ergriffen werden kann und dem Stapelprozess zugeführt werden kann. Die vereinzelten
Elektroden werden beispielsweise direkt nach der Laminierung und dem Beschnitt über Linearantriebe mit darauf geführten und entkoppelten Greifsystemen zu einer dritten
Transportvorrichtung zugeführt.
Die ersten und zweiten Transportvorrichtungen können beispielsweise umlaufende Systeme mit einer gleichen Bewegungsrichtung sein. Die dritte Transportvorrichtung kann ebenfalls ein umlaufendes System sein, welches allerdings eine entgegengesetzte Bewegungsrichtung aufweist, sodass jeweilige Elemente von den ersten und zweiten Transportvorrichtungen entgegengenommen werden können und somit ein anfänglicher Stapelaufbau im Umlauf generiert werden kann. Die dritte Transportvorrichtung kann auch als zentrales
Stapelträgersystem bezeichnet werden. Diese dritte Transportvorrichtung bewegt sich beispielsweise solange im Umlauf, bis der Stapel eine gewünschte Zielhöhe erreicht.
Anschließend erfolgt das Ausschleusen der Stapel und zeitgleich das Zuführen neuer
Stapelträger im Sinne eines kontinuierlichen Materialflusses. Optional kann zusätzlich je nach gewünschter Größe oder auch unabhängig von der Größe des zu erstellenden Stapels die dritte Transportvorrichtung den Stapeltransfer zum nächsten Prozess, beispielsweise einem
Packprozess oder jeglicher weiteren Arbeitsstation im Zuge der Erstellung einer Batterie, gewährleisten. Auch ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die
Stapelvorrichtung einen Magazinträger mit Kathodenelementen mit den jeweiligen
angeordneten Separatorelementen und einen Magazinträger mit Anodenelementen umfasst, wobei die Stapelvorrichtung ferner zwei gegenläufig drehbare Zuführsysteme umfasst, welche ausgelegt sind, jeweilige Anodenelemente und Kathodenelementen mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen von den jeweiligen Magazinträgern abwechselnd auf einen Stapel zu bewegen, sodass ein Stapel von Elektrodenelementen erstellt wird. So werden beispielsweise nach dem Vereinzeln die Elektroden/Laminate magaziniert und
zwischengepuffert. Der Stapelaufbau erfolgt durch zwei rotierende Zuführsysteme, die über dem Stapelträger ineinandergreifen. Durch Synchronisation der zwei Systeme zueinander erfolgt der Stapelaufbau. Die Führung des Magazinträgers kann dabei die Ausrichtung der Elektroden/Laminate gewährleisten. Die drehbaren Zuführsysteme können optional
Trennfächerelemente umfassen, sodass ein jeweiliges Element zumindest teilweise durch ein jeweiliges Trennfächerelement während des Drehvorgangs gehalten und zu dem Stapel geführt werden kann. Die Magazinträger können in Bezug auf das jeweilige Zuführsystem derart angeordnet sein, sodass ein jeweils oben in dem Magazinträger liegendes Element automatisch von dem jeweiligen Zuführsystem aufgenommen und transportiert werden kann. Somit kann das Verfahren besonders effizient und kostengünstig durchgeführt werden, wobei eine besonders gute Automatisierung der einzelnen Verfahrensschritte zu einem besonders effizienten und kostengünstigen Verfahren führt.
Ferner ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die
Stapelvorrichtung einen Magazinträger mit Kathodenelementen mit den jeweiligen
angeordneten Separatorelementen und einen Magazinträger mit Anodenelementen umfasst, wobei jeder Magazinträger zumindest ein erstes Luftdüsensystem umfasst, welches jeweils ausgelegt ist, ein oberstes Kathodenelement mit den jeweiligen angeordneten
Separatorelementen oder Anodenelement anzuheben und wobei jeder Magazinträger ein drehbares Beförderungselement umfasst, welches ausgelegt ist, jeweilige angehobene
Elemente von dem jeweiligen Magazinträger wegzubewegen, wobei die Stapelvorrichtung ferner zumindest zwei Transportsysteme mit jeweiligem zweitem Luftdüsensystem umfasst, sodass angehobene und von dem jeweiligen Magazinträger wegbewegte Kathodenelemente mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen und Anodenelemente abwechselnd auf einen Stapel bewegt werden, sodass ein Stapel von Elektrodenelementen erstellt wird. Das drehbare Beförderungselement kann beispielsweise ein im Wesentlichen kreisförmiges Element sein, welches zumindest eine Reibnocke umfasst, mit welcher ein jeweiliges einzelnes Element von dem Magazinträger in Richtung des jeweiligen zweiten Luftdüsensystem transportiert werden kann. Die zweiten Luftdüsensysteme können zudem in Bezug auf eine horizontale Ebene von dem jeweiligen Magazinträger leicht in Richtung des zu fertigenden Stapels geneigt sein, sodass mithilfe der Schwerkraft eine Zuführung der einzelnen Elemente zum Stapelaufbau vollzogen werden kann. Die zweiten Luftdüsensysteme können derart ausgelegt sein, dass eine Kissenbildung mithilfe der ausströmenden Luft in Richtung der aufliegenden Elemente erfolgen kann. Beispielsweise werden nach dem Vereinzeln die Elektroden/Laminate magaziniert und zwischengepuffert. Der Stapelaufbau erfolgt dann durch wechselseitiges Abfördern von
Elektroden/Laminaten aus den zwei Magazinträgern. Die Abförderung erfolgt zum Beispiel durch besagte Reibnocken oder vergleichbare Elemente, wobei die Reibnocken mittels eines Exzenterantriebs die jeweils oberste Elektrodenlage abfördern können. Durch Synchronisation der zwei Systeme zueinander erfolgt der Stapelaufbau. Der Transport der Elektroden erfolgt auf Luftkissen. Zudem kann die Führung des Magazinträgers die Ausrichtung der
Elektroden/Laminate gewährleisten. Auch auf diese Weise kann ein besonders effizientes und somit kostengünstiges Verfahren bereitgestellt werden.
Es ist zudem in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die
Stapelvorrichtung zumindest ein Anschlagelement umfasst, welches ausgelegt ist,
Anodenelemente und Kathodenelemente mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen bündig zueinander auszurichten. Auf diese Weise können die Elemente mit identischen
Ausmaßen noch besser und effizienter gestapelt werden, sodass ein kostengünstiges
Verfahren erreicht werden kann.
Schlussendlich ist in einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die Stapelvorrichtung eine Absenkvorrichtung umfasst, sodass ein gefertigter Stapel von
Elektrodenelementen während und/oder nach der Erstellung abgesenkt werden kann.
Auf diese Weise können bereits gefertigte Stapel derart abgesenkt werden, sodass oberhalb gleichzeitig mit einem weiteren Stapel begonnen werden kann. Somit kann ein
Herstellungsprozess während des abwechselnd Aufeinanderstapelns der einzelnen Elemente zusätzlich begünstigt werden, sodass das zusätzlich ein kostengünstiges Verfahren auf diese Weise unterstützt werden kann.
In den einzelnen vorgestellten Ausführungen des Verfahrens kann mit dem Stapelbau optional gleichzeitig auch ein Fixierungsschritt vollzogen werden. Somit kann in jedem
Ausführungsbeispiel eine vereinfachte Fixierung der Elektroden und Laminate in dem
Stapelträger vorgesehen werden, sodass der zu fertigende Stapel letztendlich als eine
Produkteinheit einem weiteren Bestimmungszweck zugeführt werden kann. Eine stark vereinfachte Fixierung der Elektroden und Laminate in dem Stapelträger ist somit möglich, sodass eine maximierte Ausbringung erreicht werden kann. Ein Bestimmungszweck beziehungsweise eine Verwendung des Stapels von Elektrodenelementen kann beispielsweise in MEB Batteriezellen (MEB = Modularer Elektrobaukasten) aber auch in großformatigen Batteriezellen in mobilen und stationären Anwendungen, welche in hoher Stückzahl produziert werden, in Betracht gezogen werden.
Die verschiedenen in dieser Anmeldung genannten Ausführungsformen der Erfindung sind, sofern im Einzelfall nicht anders ausgeführt, mit Vorteil miteinander kombinierbar.
Die Erfindung wird nachfolgend in Ausführungsbeispielen anhand der zugehörigen
Zeichnungen erläutert. Es zeigen:
Figur 1 eine Stapelvorrichtung für ein Verfahren zur Herstellung eines Stapels von
Elektrodenelementen;
Figur 2 eine weitere Stapelvorrichtung für ein Verfahren zur Herstellung eines Stapels von Elektrodenelementen;
Figur 3 eine weitere Stapelvorrichtung für ein Verfahren zur Herstellung eines Stapels von Elektrodenelementen;
Figur 4 eine weitere Stapelvorrichtung für ein Verfahren zur Herstellung eines Stapels von Elektrodenelementen;
Figur 5 Stapel von Elektrodenelementen; und
Figur 6 ein Prozessablaufdiagramm für ein Verfahren zur Herstellung eines Stapels von Elektrodenelementen.
Figur 1 zeigt eine Stapelvorrichtung 10A für ein Verfahren zur Herstellung eines Stapels von Elektrodenelementen 12. Dabei sind zwei Transportvorrichtungen 14, welche jeweils links und rechts, bezogen auf die Bildebene, von einem traversierenden Magazinträger 16 angeordnet. Die Transportvorrichtungen 14 können beispielsweise in der Form von Vakuumbändern vorgesehen sein. Auf der linken Transportvorrichtung 14 sind drei einzelne Kathodenelemente 18 mit jeweiligen angeordneten Separatorelementen 20 zu erkennen. Auf der rechten Transportvorrichtung 14 sind drei einzelne Anodenelemente 22 zu erkennen. Mittig von den beiden Transportvorrichtungen 14 ist zudem ein einzelnes Anodenelement 22 zu erkennen, welches sich in einem Übergangsbereich 24 zwischen der rechten Transportvorrichtung 14 und dem traversierenden Magazinträger 16 befindet. Dieses Anodenelement 22 wird also gerade auf den oberen Stapel von Elektrodenelementen 12 platziert. Der oberen Stapel von
Elektrodenelementen 12 befindet sich zudem auf einer Absenkvorrichtung 26 von dem traversierenden Magazinträger 16. Ein weiterer Stapel von Elektrodenelementen 12 ist in dem traversierenden Magazinträger 16 auf einer weiteren Absenkvorrichtung 26 unterhalb des oberen Stapels von Elektrodenelementen 12 dargestellt. Der traversierende Magazinträger 16 weist zwei Begrenzungswandungen 28 auf. Diese Begrenzungswandungen 28 sind derart voneinander beabstandet, sodass die einzelnen Elektrodenelemente, konkret die einzelnen Kathodenelemente 18, mit jeweiligen angeordneten Separatorelementen 20 und die
Anodenelemente 22, entsprechend im Wesentlichen passend innerhalb dieser
Begrenzungswandungen 28 bündig zu dem Stapel von Elektrodenelementen 12 gestapelt werden können. Die Transportvorrichtungen 14 sind in Richtung des traversierenden
Magazinträgers 16 geneigt, wobei beispielsweise bezogen auf eine horizontale Ebene einer oberen Begrenzungskante 30 des traversierenden Magazinträgers 16 ein Winkel von 15°, insbesondere von 20°, insbesondere ein Winkel von 30° oder ein Winkel in einem Intervall zwischen 15° und 45° eingerichtet werden kann, sodass ein Transport der einzelnen Elemente aufgrund einer Schwerkrafteinwirkung begünstigt wird. Beispielsweise könnten die
Transportvorrichtungen 14 in Form von Vakuumbändern jeweilige Elemente zurückhalten und mittels einer nicht weiter dargestellten Steuereinheit entsprechend abwechselnd zwecks Bildung des Stapels freigeben, sodass aufgrund der Schwerkrafteinwirkung ein jeweiliges Element über den Übergangsbereich 24 benutzerdefiniert in Richtung des traversierenden Magazinträgers 16 bewegt wird, um somit letztendlich den vorgesehenen Platz in dem Stapel von Elektrodenelementen 12 einzunehmen. Mit dem Stapelaufbau kann zudem gleichzeitig eine Fixierung des Stapels an sich vollzogen werden.
Figur 2 zeigt eine weitere Stapelvorrichtung 10B für ein Verfahren zur Herstellung eines Stapels von Elektrodenelementen 12. Diese Stapelvorrichtung 10B ist mit einer zugehörigen
Laminationsvorrichtung 32 dargestellt. Die Laminationsvorrichtung 32 ist mit einem zugehörigen Kathodenelementspeicher 34 in Form einer Rollvorrichtung und zwei
Separatorelementspeichern 36 in Form von jeweiligen Rollvorrichtungen dargestellt. Von dem Kathodenelementspeicher 34 wird Kathodenelementmaterial 38 abgerollt. Mittels einer
Trennvorrichtung 40 werden benutzerdefinierte Kathodenelemente 18 aus dem
Kathodenelementmaterial 38 hervorgebracht. Beispielsweise könnte dies mittels eines Schneidevorgangs geschehen. Von den zwei Separatorelementspeichern 36 wird jeweils Separatorelementmaterial 42 abgerollt und oberhalb und unterhalb (bezogen auf die Bildebene) dem jeweiligen Kathodenelement 18 zugeführt, sodass diese Komponenten zusammen einer Verarbeitungsstation 44 der Laminationsvorrichtung 32 zugeführt werden. In der
Verarbeitungsstation 44 werden dann Kathodenelemente 18 mit auf sich gegenüberliegenden Seiten befindlichen Separatorelementen 20 gefertigt. Die Stapelvorrichtung 10B weist zudem einen Anodenelementspeicher 46 auf, welcher in der Figur 2 unterhalb der Verarbeitungsstation 44 dargestellt ist. Von diesem Anodenelementspeicher 46 wird Anodenelementmaterial 48 abgerollt und von einer weiteren Trennvorrichtung 50 zu einzelnen Anodenelementen 22 weiterverarbeitet. Ein erstes Transportsystem 52 nimmt die einzelnen Anodenelemente 22 entgegen. Einzelne Greifsystemelemente 54 nehmen dabei jeweils ein Anodenelement 22 auf. Das erste Transportsystem 52 ist rotierend gestaltet und führt die Anodenelemente 22 mittels der Greifsystemelemente 54 zu einem Stapelgenerierungsbereich 56. Die Kathodenelemente 18 mit auf sich gegenüberliegenden Seiten befindlichen Separatorelementen 20 werden gleichzeitig von einem zweiten Transportsystem 58, welches ebenfalls rotierend ausgestaltet ist, mit dort angeordneten Greifsystemelementen 60 von der Verarbeitungsstation 44 in Richtung eines dritten Transportsystems 62 transportiert. Auch das dritte Transportsystem 62 ist rotierend dargestellt und weist ebenfalls jeweilige Greifsystemelemente 64 auf. So können die einzelnen Kathodenelemente 18 mit den angeordneten Separatorelementen 20 von dem zweiten
Transportsystem 58 zu dem dritten Transportsystem 62 transportiert werden, wo sie übergeben werden und von dem dritten Transportsystem 62 ihrerseits zu dem Stapelgenerierungsbereich 56 transportiert werden. In dem Stapelgenerierungsbereich 56 können dann abwechselnd Kathodenelemente 18 mit den angeordneten Separatorelementen 20 und Anodenelemente gestapelt werden, sodass Stapel von Elektrodenelementen 12 generiert werden. Das dritte Transportsystem 62 bewegt sich also solange im Umlauf, wobei die einzelnen Elemente im Stapelgenerierungsbereich 56 entsprechend zueinander angeordnet werden, bis der zu fertigende Stapel eine Zielhöhe erreicht. Ein fertiger Stapel kann dann in einem
Stapeltransferbereich 57 beispielsweise zu einem nächsten Prozess oder zu einer Lagerung weitertransportiert werden. Die einzelnen Transportsysteme 52, 58, 62 können beispielsweise jeweils in der Form eines extended Transport-Systems sein. Eine mögliche
Vorschubgeschwindigkeit kann dabei bei 4 m/s liegen. Auch in dieser Variante kann mit dem Stapelaufbau zudem gleichzeitig eine Fixierung des Stapels an sich vollzogen werden.
Figur 3 zeigt eine weitere Stapelvorrichtung 10C für ein Verfahren zur Herstellung eines Stapels von Elektrodenelementen 12. Die Stapelvorrichtung 10C weist dabei einen Magazinträger 66 mit Kathodenelementen 18 mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen 20 und einen Magazinträger 67 mit Anodenelementen 22 auf. Der Magazinträger 66 ist links (bezogen auf die Bildebene) dargestellt, wobei bezogen auf eine horizontale Bildebene eine Auflagefläche 68 des Magazinträgers 66 in einem Winkel größer als 45° angehoben dargestellt ist, sodass die auf der Auflagefläche 68 aufliegenden Kathodenelemente 18 leicht schräg gelagert sind. Unterhalb der Auflagefläche 68 ist ein Stützelement 70 des Magazinträgers 66 zu erkennen. Neben dem Magazinträger 66 ist ein drehbares Zuführsystem 72 dargestellt. Ein dargestellter Pfeil gibt dabei die Drehrichtung des Zuführsystems 72 an. Das drehbare Zuführsystem 72 weist in diesem Fall drei Trennfächerelemente 74 auf, wobei in jedem Trennfächerelement 74 ein Kathodenelement 18 mit angeordneten Separatorelementen 20 dargestellt ist. Die
Trennfächerelemente 74 sind hier auf drei beschränkt. In nicht dargestellter Weise könnten es auch mehr als drei oder weniger Trennfächerelemente 74 sein. Die einzelnen
Trennfächerelemente 74 weisen eine im Wesentlichen längliche Dreiecksform auf, wobei sie mit einer Breitseite mit dem Zuführsystem 72 verbunden sind und zwei Schenkel auf eine gegenüberliegende Spitze hinzu verlaufen. Mittels der Trennfächerelemente 74 werden die Kathodenelemente 18 mit angeordneten Separatorelementen 20 zu einem Stapel mit
Elektrodenelementen 12 transportiert, welcher sich rechts von dem Zuführsystem 72 befindet. Rechts von dem Stapel mit Elektrodenelementen 12 ist ein weiteres Zuführsystem 76 dargestellt, welches ähnlich zu dem bereits beschriebenen Zuführsystem 72 ist. Lediglich eine Drehrichtung ist gegenläufig zu einer Drehrichtung des Zuführsystems 72. Das Zuführsystem 76 führt entsprechend Anodenelemente 22 ausgehend von dem Magazinträger 67 zu dem Stapel mit Elektrodenelementen 12. Mit anderen Worten ist die Stapelvorrichtung 10C ausgelegt mittels zwei gegenläufig drehbarer Zuführsysteme 72, 76 Anodenelemente 22 und
Kathodenelementen 18 mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen 20 von den jeweiligen Magazinträgern 66, 67 abwechselnd auf einen Stapel von Elektrodenelementen 12 zu bewegen. Auch in dieser Variante kann mit dem Stapelaufbau zudem gleichzeitig eine Fixierung des Stapels an sich vollzogen werden.
Figur 4 zeigt eine weitere Stapelvorrichtung 10D für ein Verfahren zur Herstellung eines Stapels von Elektrodenelementen 12. Die Stapelvorrichtung 10D weist einen Magazinträger 78 mit Kathodenelementen 18 mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen 20 und einen Magazinträger 80 mit Anodenelementen 22 auf. Die Magazinträger 78, 80 weisen jeweils eine Vorschubvorrichtung 82 auf, mit welcher die einzelnen Elemente, welche in den Magazinträgern 78, 80 aufliegen, nach oben transportiert werden. Jeder Magazinträger 78, 80 weist zumindest ein erstes Luftdüsensystem 84 auf, welches jeweils ausgelegt ist, ein oberstes
Kathodenelement 18 mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen 20 oder
Anodenelement 22 anzuheben und wobei jeder Magazinträger 78, 80 ein drehbares Beförderungselement 86 umfasst, welches ausgelegt ist, jeweilige angehobene Elemente von dem jeweiligen Magazinträger 78, 80 wegzubewegen. Die jeweiligen Beförderungselemente 86 weisen jeweils einen Nockenbereich 88 auf, mit welchem jeweilige Elemente zum Zwecke des Transports erfasst werden können. Die Beförderungselemente 86 sind zudem mit Pfeilen dargestellt, welche jeweils eine Drehrichtung von den Beförderungselementen 86 zeigen, wobei die Drehrichtungen von den jeweiligen Beförderungselementen 86 gegenläufig sind. Mit anderen Worten dreht sich das links dargestellte Beförderungselemente 86 gegen den
Uhrzeigersinn und das rechts dargestellte Beförderungselement 86 dreht sich mit dem
Uhrzeigersinn. Dabei können die Nockenbereiche 88 in nicht gezeigter Weise äußerlich jeweils ein Reibelement aufweisen, welches beispielsweise aus einem im Wesentlichen gummiartigen Material aufgebaut sein kann. Ferner ist die Stapelvorrichtung 10D mit zwei Transportsystemen 90, 92 dargestellt, welche jeweils ein zweites Luftdüsen System 94, 96 aufweisen. Von dem jeweiligen Magazinträger 78, 80 können somit Kathodenelemente 18 mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen 20 und Anodenelemente 22 abwechselnd auf einen Stapel bewegt werden, sodass ein Stapel von Elektrodenelementen 12 erstellt wird. Auch in dieser Variante kann mit dem Stapelaufbau zudem gleichzeitig eine Fixierung des Stapels an sich vollzogen werden.
Figur 5 zeigt einen Stapel von Elektrodenelementen 12. Im Detail sind ein Anodenelement 22 und ein Kathodenelement 18 mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen 20 dargestellt. Das dargestellte Kathodenelement 18 ist dabei kleiner dimensioniert als die oben und unten jeweils angeordneten Separatorelemente 20. Die Separatorelemente 20 wiederum sind derart dimensioniert, sodass eine Außenform und deren Abmaße von jedem
Separatorelement 20 identisch mit einer Außenform und deren Abmaße von dem
Anodenelement 22 ist.
Figur 6 zeigt ein Prozessablaufdiagramm 100 für ein Verfahren zur Herstellung eines Stapels von Elektrodenelementen 12. Im ersten Schritt 110 wird mindestens ein Anodenelement 22 bereitgestellt. Im zweiten Schritt 120 wird mindestens ein Kathodenelement 18 bereitgestellt. Im dritten Schritt wird jeweils zumindest ein Separatorelement 20 auf sich gegenüberliegenden Seiten von einem jeweiligen Kathodenelement 18 angeordnet, wobei eine Außenform und deren Abmaße von jedem Separatorelement 20 identisch mit einer Außenform und deren Abmaße von jedem Anodenelement 22 ist und wobei ein jeweiliges Kathodenelement 18 maximal die Außenform und deren Abmaße von jedem Separatorelement 20 aufweist. Im vierten Schritt 140 wird das Stapeln von zumindest je einem bereitgestellten Anodenelement 22 und zumindest einem bereitgestellten Kathodenelement 18 mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen 20 in wechselnder Reihenfolge mittels einer Stapelvorrichtung 10A, B, C,
D vollzogen, bis eine benutzerdefinierte Anzahl der Anodenelemente 22 und Kathodenelemente 18 mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen 20 zu einem bündigen Stapel von Elektrodenelementen 12 angeordnet ist. Mit dem Stapelaufbau kann zudem gleichzeitig eine Fixierung des Stapels an sich vollzogen werden.
Bezugszeichenliste
A Stapelvorrichtung
B Stapelvorrichtung
C Stapelvorrichtung
D Stapelvorrichtung Stapel von Elektrodenelementen
Transportvorrichtung
traversierender Magazinträger
Kathodenelement
Separatorelement
Anodenelement
Übergangsbereich
Absenkvorrichtung
Begrenzungswandung
Begrenzungskante
Laminationsvorrichtung
Kathodenelementspeicher
Separatorelementspeicher
Kathodenelementmaterial
Trennvorrichtung
Separatorelementmaterial
Verarbeitungsstation
Anodenelementspeicher
Anodenelementmaterial
Trennvorrichtung
Transportsy stem
Greifsystemelement
Stapelgenerierungsbereich
Stapeltransferbereich
Transportsy stem Greifsystemelement
Transportsy stem
Greifsystemelement
Magazinträger
Magazinträger
Auflagefläche
Stützelement
Zuführsystem
T rennfächerelement
Zuführsystem
Magazinträger
Magazinträger
Vorschubvorrichtung
Luftdüsensystem
Beförderungselement
Nockenbereich
Transportsy stem
Transportsy stem
Luftdüsensystem
Luftdüsensystem
Prozessablaufdiagramm erster Schritt zweiter Schritt dritter Schritt vierter Schritt

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Herstellung eines Stapels von Elektrodenelementen (12), insbesondere von Anodenelementen (22) und Kathodenelementen, umfassend die folgenden Schritte:
• Bereitstellen von mindestens einem Anodenelement (22);
• Bereitstellen von mindestens einem Kathodenelement (18), dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren die folgenden weiteren Schritte umfasst:
• Anordnen von jeweils zumindest einem Separatorelement (20) auf sich
gegenüberliegenden Seiten von einem jeweiligen Kathodenelement (18), wobei eine Außenform und deren Abmaße von jedem Separatorelement (20) identisch mit einer Außenform und deren Abmaße von jedem Anodenelement (22) ist und wobei ein jeweiliges Kathodenelement (18) maximal die Außenform und deren Abmaße von jedem Separatorelement (20) aufweist;
• Stapeln von zumindest je einem bereitgestellten Anodenelement (22) und zumindest einem bereitgestellten Kathodenelement (18) mit den jeweiligen angeordneten
Separatorelementen (20) in wechselnder Reihenfolge mittels einer Stapelvorrichtung (10A, B, C, D), bis eine benutzerdefinierte Anzahl der Anodenelemente (22) und Kathodenelemente (18) mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen (20) zu einem bündigen Stapel angeordnet ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Anordnen von dem jeweils zumindest einen Separatorelement (20) auf sich gegenüberliegenden Seiten von dem Kathodenelement (18) mittels Laminierung vollzogen wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, wobei nach und/oder während der Laminierung die
Separatorelemente (20) derart zugeschnitten werden, sodass eine Außenform und deren Abmaße von jedem Separatorelement (20) identisch mit einer Außenform und deren Abmaße von jedem Anodenelement (22) ist.
4. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Stapelvorrichtung (10A) mindestens zwei Transportvorrichtungen (14) umfasst, wobei die erste
Transportvorrichtung (14) Kathodenelemente (18) mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen (20) zu einem traversierenden Magazinträger (16) zuführt und die zweite Transportvorrichtung (14) Anodenelemente (22) zu dem traversierenden
Magazinträger (16) zuführt, sodass in dem traversierenden Magazinträger (16) durch abwechselnde Zuführung von den zuvor genannten Elementen ein Stapel von
Elektrodenelementen (12) erstellt wird.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Stapelvorrichtung (10B) eine Laminationsvorrichtung (32) umfasst, wobei die Laminationsvorrichtung (32) ein Kathodenelementspeicher (34) in Form einer Rollvorrichtung und mindestens zwei Separatorelementspeicher (36) in Form von jeweiligen Rollvorrichtungen umfasst, sodass an gegenüberliegenden Seiten von jeweiligen Kathodenelementen (18) mindestens ein Separatorelement (20) angeordnet werden kann, und die
Stapelvorrichtung (10B) außerdem einen Anodenelementspeicher (46) in Form einer Rollvorrichtung und mindestens drei Transportsysteme (52, 58, 62) umfasst, wobei ein erstes Transportsystem (52) Anodenelemente (22) und ein zweites Transportsystem (58) Kathodenelemente (18) mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen (20) jeweils zu einem dritten Transportsystem (62) zuführen, sodass in dem dritten
Transportsystem (62) durch abwechselndes Stapeln von Anodenelementen (22) und Kathodenelementen (18) mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen (20) ein Stapel von Elektrodenelementen (12) erstellt wird.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Stapelvorrichtung (10C) einen Magazinträger (66) mit Kathodenelementen (18) mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen (20) und einen Magazinträger (67) mit Anodenelementen (22) umfasst, wobei die Stapelvorrichtung (10C) ferner zwei gegenläufig drehbare
Zuführsysteme (72, 76) umfasst, welche ausgelegt sind, jeweilige Anodenelemente (22) und Kathodenelemente (18) mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen (20) von den jeweiligen Magazinträgern (66, 67) abwechselnd auf einen Stapel zu bewegen, sodass ein Stapel von Elektrodenelementen (12) erstellt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Stapelvorrichtung (10D) einen Magazinträger (78) mit Kathodenelementen (18) mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen (20) und einen Magazinträger (80) mit Anodenelementen (22) umfasst, wobei jeder Magazinträger (78, 80) zumindest ein erstes Luftdüsensystem (84) umfasst, welches jeweils ausgelegt ist, ein oberstes Kathodenelement (18) mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen (20) oder Anodenelementen (22) anzuheben und wobei jeder Magazinträger (78, 80) ein drehbares Beförderungselement (86) umfasst, welches ausgelegt ist, jeweilige angehobene Elemente von dem jeweiligen Magazinträger (78, 80) wegzubewegen, wobei die Stapelvorrichtung (10D) ferner zumindest zwei Transportsysteme (90, 92) mit jeweiligem zweiten Luftdüsensystem (94, 96) umfasst, sodass angehobene und von dem jeweiligen Magazinträger (78, 80) wegbewegte Kathodenelemente (18) mit den jeweiligen angeordneten
Separatorelementen (20) und Anodenelementen (22) abwechselnd auf einen Stapel bewegt werden, sodass ein Stapel von Elektrodenelementen (12) erstellt wird.
8. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei die Stapelvorrichtung
zumindest ein Anschlagelement umfasst, welches ausgelegt ist, Anodenelemente (22) und Kathodenelemente (18) mit den jeweiligen angeordneten Separatorelementen (20) bündig zueinander auszurichten.
9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4 oder Anspruch 6 bis 8, wobei die Stapelvorrichtung (10A, B, C, D) eine Absenkvorrichtung umfasst, sodass ein gefertigter Stapel von Elektrodenelementen (12) während und/oder nach der Erstellung abgesenkt werden kann.
10. Stapel von Elektrodenelementen (12) umfassend mindestens ein Anodenelement (22) und mindestens ein Kathodenelement (18), wobei jeweils zumindest ein
Separatorelement (20) auf sich gegenüberliegenden Seiten von einem jeweiligen Kathodenelement (18) angeordnet ist, wobei eine Außenform und deren Abmaße von jedem Separatorelement (20) identisch mit einer Außenform und deren Abmaße von jedem Anodenelement (22) ist und wobei ein jeweiliges Kathodenelement (18) maximal die Außenform und deren Abmaße von jedem Separatorelement (20) aufweist.
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