WO2020221483A1

WO2020221483A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von elektroden für eine lithium-ionen-batterie

Info

Publication number: WO2020221483A1
Application number: PCT/EP2020/053748
Authority: WO
Inventors: Christian Königsbauer; Maik Otremba; Sebastian Stolpe
Original assignee: Volkswagen Ag
Priority date: 2019-04-29
Filing date: 2020-02-13
Publication date: 2020-11-05
Also published as: DE102019206124A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Elektroden (2,4) für eine Lithium-Ionen-Batterie (6), bei dem eine bandförmige Trägerfolie (8) bereitgestellt wird, welche derart mit einem Elektrodenmaterial (10) beschichtet ist, dass in Bandlängsrichtung (L) der Trägerfolie (8) ein nicht beschichteter Abschnitt (16) zwischen einem ersten beschichteten Abschnitt (12) und einem zweiten beschichteten Abschnitt (14) angeordnet ist, und bei dem die beschichtete Trägerfolie (8) anhand eines einzigen Stanzvorgangs im Bereich des nicht beschichteten Abschnitts (16) getrennt wird, wobei sowohl ein Ableiter (20) einer dem ersten beschichteten Abschnitt (12) zugeordneten ersten Elektrode (2) mittels des ersten unbeschichteten Abschnitts (16) als auch eine Stirnseite (22) eines dem zweiten beschichteten Abschnitt (14) zugeordneten zweiten Elektrode (4) gebildet wird, welche dessen Ableiter (20) gegenüberliegt. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung (42) zur Herstellung von Elektroden (2, 4) für eine Lithium-Ionen-Batterie sowie eine Lithium-Ionen-Batterie (6).

Description

Beschreibung

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von Elektroden für eine Lithium- lonen-Batterie

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Elektroden für eine Lithi- um-lonen-Batterie. Des Weiteren betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Her stellung der Elektroden sowie eine Lithium-Ionen-Batterie mit einer Anzahl an sol chen Elektroden.

Eine Lithium-Ionen-Batterie, im Folgenden kurz auch als Li-Ionen-Batterie oder als Batterie bezeichnet, weist typischerweise mindestens eine Batteriezelle mit jeweils einer Anzahl an Anoden und Kathoden auf. Diese sind beispielsweise alternierend übereinandergestapelt, wobei zwischen den Kathoden und den Anoden jeweils ein Separator angeordnet ist.

Dabei sind die zusammenfassend als Elektroden (Elektrodenblatt, Elektroden sheet) bezeichneten Anoden und Kathoden insbesondere aus Metallfolien gebil det, welche beidseitig mit Elektrodenmaterial (Aktivmaterial) beschichtet sind.

Beispielsweise werden die Elektroden aus einer bandförmigen Trägerfolie ausge schnitten. So ist aus der DE 10 2015 218 533 A1 ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenverbundes einer Batteriezelle bekannt, bei welchem die Elektro denfolie mittels eines Lasers, mittels eines Messers oder mittels einer Stanze un ter Bildung der einzelnen Elektroden beschnitten wird.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein geeignetes Verfahren sowie eine Vorrichtung zur Herstellung von Elektroden anzugeben. Insbesondere soll die Herstellung dabei möglichst kosten- und zeitsparend erfolgen. Des Weiteren eine Lithium-Ionen-Batterie mit solchen Elektroden angegeben werden.

Bezüglich des Verfahrens wird die Aufgabe erfindungsgemäß gelöst durch eine die Merkmale des Anspruchs 1. Hinsichtlich der Vorrichtung wird die Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruchs 5 und bezüglich der Lithium-Ionen-Batterie mit den Merkmalen des Anspruchs 7 erfindungsgemäß gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltun gen und Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteransprüche. Dabei gelten die Ausführungen im Zusammenhang mit dem Verfahren sinngemäß auch für die Vorrichtung und umgekehrt.

Bei dem Verfahren zur Herstellung von Elektroden (Elektrodenblätter, Elektroden sheets) für eine Lithium-Ionen-Batterie wird in einem ersten Schritt eine bandför mige Trägerfolie bereitgestellt.

Die Trägerfolie ist dabei derart mit einem Elektrodenmaterial (Aktivmaterial) be schichtet, dass in Bandlängsrichtung der Trägerfolie, also in Haupterstreckungs richtung der bandförmigen Trägerfolie, ein nicht beschichteter Abschnitt zwischen einem ersten beschichteten Abschnitt und einem zweiten beschichteten Abschnitt angeordnet ist. Dies wird auch als intermittierende Beschichtung bezeichnet.

Sofern Kathoden hergestellt werden sollen, wird geeigneterweise eine Aluminium folie als Trägerfolie und ein Lithium-Übergangsmetall-Oxid als Elektrodenmaterial verwendet. Sofern Anoden hergestellt werden sollen, wird geeigneterweise eine Kupferfolie als Trägerfolie und Graphit als Elektrodenmaterial verwendet. Allen falls ist die Trägerfolie besonders bevorzugt beidseitig mit dem Elektrodenmaterial beschichtet.

Die Schichtdicke des Elektrodenmaterials, also eine Ausdehnung des Elektro denmaterials in einer Richtung senkrecht zu einer mittels der Trägerfolie aufge spannten Richtung, beträgt beispielsweise zwischen 30 pm und 200 miti, insbe sondere 100 pm. Die Trägerfolie weist beispielsweise eine Dicke zwischen 8 pm und 25 pm auf. Zur Bereitstellung der beschichteten Trägerfolie wird diese geeigneterweise von einer Rolle (Coil) abgewickelt und beispielsweise mittels einer Walze zur weiteren Verarbeitung weiter gefördert.

Verfahrensgemäß wird die beschichtete Trägerfolie in einem darauf folgenden zweiten Schritt anhand eines einzigen Stanzvorgangs, insbesondere mittels ledig lich eines einzigen Stempels einer Stanze, im Bereich des nicht beschichteten Abschnitts getrennt. Es erfolgt also ein Trennschnitt im Bereich des nicht be schichteten Abschnitts, wobei eine der Elektroden von der Trägerfolie abgetrennt wird.

Beim Stanzvorgang wird sowohl ein auch als Tab oder elektrische Kontaktierung bezeichneter (Zell-)Ableiter einer ersten Elektrode mittels des nicht beschichteten Bereichs gebildet. Die erste Elektrode ist dabei dem ersten beschichteten Ab schnitt zugeordnet. Weiterhin wird eine Stirnseite einer zweiten Elektrode gebildet, welche dem zweiten beschichteten Abschnitt zugeordneten ist. Die Stirnseite ver läuft zweckmäßigerweise quer zur Bandlängsrichtung der Trägerfolie und entspre chend quer zu einer Längsrichtung der zweiten Elektrode. Dabei liegt die Stirnsei te der den Ableiter aufweisenden Seite der zweiten Elektrode gegenüber.

Zusammenfassend wird mittels lediglich eines einzigen Stanzvorgangs sowohl der Ableiter der ersten Elektrode als auch die dem Ableiter gegenüberliegende Stirn seite der zweiten Elektrode gebildet. Also sind mittels des Stanzvorgangs die je weiligen Stirnseiten beider Elektroden gleichzeitig gebildet. Aufgrund dessen ist vorteilhafterweise eine für die Herstellung der Elektroden notwendige Zeitdauer vergleichsweise klein. Mit anderen Worten ist eine Prozessrate der Herstellung der Elektroden erhöht.

Gemäß einer geeigneten Ausgestaltung wird eine solche Trägerfolie herangezo gen, deren Ausdehnung in Bandquerrichtung der Breite der herzustellenden Elekt roden entspricht. Besonders bevorzugt ist die Trägerfolie in Bandquerrichtung in den beschichteten Bereichen durchgehend mit dem Elektrodenmaterial versehen. Auf diese Weise ist zur Herstellung der Elektroden lediglich der einzige Stanzvor gang notwendig, bei welchem die Trägerfolie im Bereich des nicht beschichteten Abschnitts getrennt wird. Es erfolgt also kein Schnitt entlang des vollständigen Umfangs der Elektrode, sondern lediglich an der Stirnseite und an der den

Ableiter aufweisenden Seite. Zusammenfassend erfolgt kein sogenannter Voll schnitt entlang des gesamten Umfangs der Elektrode sondern lediglich ein Trenn schnitt. Somit ist eine Schnittfläche vergleichsweise klein. Dies resultiert vorteilhaft in einer vergleichsweise kurzen für den Stanzvorgang notwendigen Zeitdauer Weiterhin resultiert eine vergleichsweise kleine Schnittfläche in einer reduzierten Bildung von Partikeln, insbesondere des Elektrodenmaterials, im Zuge des Stanz vorgangs. Infolgedessen ist vorteilhaft eine Absaugung nicht oder lediglich im ge ringem Maß notwendig. Zudem ist aufgrund der Verwendung einer solchen Trägerfolie, deren Ausdeh nung in Bandquerrichtung gleich der Breite der herzustellenden Elektroden ist, kein abzutrennender Rand in Bandquerrichtung neben dem für die Elektrode bil denden Bereich angeordnet, so dass kein Aufwickler (Aufwickelvorrichtung) für diesen Rand (Restcoilware) notwendig ist. Folglich ist eine kostensparende Her- Stellung der Elektroden realisierbar.

Herstellungsbedingt kann die Beschichtung der Trägerfolie mit dem Elektroden material in Randbereichen der beschichteten Abschnitte bezüglich der Bandlängs richtung eine Schichtdicke aufweisen, welche unterschiedlich, insbesondere klei- ner, als eine Schichtdicke im Zentrum des jeweiligen beschichteten Abschnitts ist. Beispielsweise beträgt eine Schichtdicke endseitig in Bandlängsrichtung lediglich 80 miti, wobei die Schichtdicke im Zentrum dieses beschichteten Abschnitts 100 pm beträgt. Eine solche ungleichmäßige Schichtdicke des Elektrodenmateri als kann nachteilig in einer verringerten Kapazität der Lithium-Ionen-Batterie resul- tieren.

Um dies zu vermeiden wird gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfah rens im Zuge des Stanzvorgangs ein an den unbeschichteten Abschnitt angren- zender Teilbereich des ersten beschichteten Abschnitts und/oder des zweiten be schichteten Abschnitts abgetrennt. Also weist der erste beschichtete Abschnitt und/oder der zweite beschichtete Abschnitt in Bandlängsrichtung vor dem Stanz vorgang eine größere Ausdehnung in Bandlängsrichtung auf, als der entspre chende beschichtete Abschnitt der herzustellenden Elektrode.

Des Weiteren ist auf diese Weise ein Ausgleich von Toleranzen und/oder von Un genauigkeiten bei der Positionierung des unbeschichteten Abschnitts beim Stanz vorgang ermöglicht. Zusammenfassend ist eine Prozesssicherheit erhöht.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt der Stanzvor gang derart, dass die im Zuge dessen gebildeten Ecken der ersten Elektrode und/oder die Ecken der zweiten Elektrode abgerundet sind. Mit anderen Worten weisen die Ecken der mittels des Stanzvorgangs gebildeten Elektroden eine Ab rundung auf.

Vorteilhafterweise ist aufgrund der Abrundung ein Lösen, insbesondere ein Ab platzen, der Beschichtung im Bereich der Ecken vermieden. Des Weiteren ist eine derart abgerundete Ecke mittels einer Stanze vergleichsweise einfach herzustel len.

Beispielsweise beträgt ein Radius einer derartigen Abrundung zwischen 0,5 mm und 2 mm, insbesondere 1 mm. Folglich ist das Lösen der Beschichtung, also des Elektrodenmaterials, vermieden oder eine Gefahr dessen zumindest verringert, wobei der aufgrund der Abrundung lediglich eine vergleichsweise kleine, mit der Beschichtung versehene Fläche der Trägerfolie abgetrennt wird.

Eine Vorrichtung zur Herstellung von Elektroden für eine Lithium-Ionen-Batterie, welche insbesondere zur Durchführung des Verfahrens in einer der oben darge stellten Varianten vorgesehen und eingerichtet ist, weist eine Fördereinrichtung zum Fördern einer Trägerfolie zu einer Stanze hin auf. Dabei ist die Trägerfolie derart mit einem Elektrodenmaterial beschichtet ist, dass in Bandlängsrichtung der Trägerfolie ein nicht beschichteter Abschnitt zwischen einem ersten beschichteten Abschnitt und einem zweiten beschichteten Abschnitt angeordnet ist.

Beispielsweise ist die Trägerfolie auf einer Rolle aufgewickelt und wird zum För dern zur Stanze hin von der Rolle abgewickelt. Die Fördereinrichtung ist dabei beispielsweise eine Walze der Abwickelvorrichtung, wobei die Trägerfolie auf grund eines Walzenvorschubs zur Stanze hin gefördert wird.

Alternativ ist die Fördereinrichtung ein Förderband, vorzugsweise ein Vakuum band, mittels welchem die abgewickelte Trägerfolie zur Stanze gefördert wird. Da bei fördert das Förderband die Folie kontinuierlich, also mit gleichbleibender För dergeschwindigkeit, zur Stanze hin. Beispielsweise ist bei dieser Ausgestaltung die Stanze entlang der Förderrichtung verstellbar. Alternativ hierzu ist die Stanze als eine Rotationsstanze ausgebildet. Aufgrund der kontinuierlichen Förderung der Trägerfolie ist vorteilhaft eine für die Fierstellung der Elektroden notwendige Zeit dauer vergleichsweise klein, also eine zeitsparende Fierstellung realisiert.

Alternativ hierzu weist das Förderband eine Start/Stopp-Funktion auf. Mit anderen Worten kann der Fördervorgang der Trägerfolie angehalten werden. Geeigneter weise wird das Förderband für den Stanzvorgang im Bereich des oder eines nicht beschichteten Bereichs angehalten. Somit ist die Trägerfolie für den Stanzvorgang feststehend, also ortsfest. Dementsprechend muss die Stanze also nicht in oder entgegen der Förderrichtung des Förderbandes verstellt werden, so dass die Stanze vorteilhaft vergleichsweise einfach ausgebildet ist.

Weiterhin weist die Vorrichtung eine Messeinrichtung, beispielsweise einen Sen sor oder eine Kamera, auf, welche der Bestimmung der Position des

unbeschichteten Abschnitts auf der Trägerfolie dient. Beispielsweise wird zusätz lich die Schichtdicke des Elektrodenmaterials mittels der Messeinrichtung be stimmt.

Die Stanze weist zum Trennen der beschichteten Trägerfolie im Bereich des nicht beschichteten Abschnitts einen C-förmigen oder einen L-förmigen Stempel auf. Sofern die Stanze nicht als Rotationsstanze ausgebildet ist, weist die Stanze vor zugsweise lediglich einen einzigen Stempel auf. Allenfalls wird beim Stanzvorgang mittels des Stempels anhand des ersten unbeschichteten Abschnitts ein Ableiter einer dem ersten beschichteten Abschnitt zugeordneten ersten Elektrode sowie eine Stirnseite eines dem zweiten beschichteten Abschnitt zugeordneten zweiten Elektrode gebildet, welche Stirnseite dessen Ableiter gegenüberliegt.

Der C-förmige Stempel weist einen C-Vertikalschenkel auf, an dessen Freiendsei ten zwei zueinander parallele und senkrecht zum C-Vertikalschenkel orientierte C- Horizontalschenkel angeordnet sind. Entsprechend weist der L-förmige Stempel einen L-Vertikalschenkel auf, wobei an einer dessen Freienden ein zum L- Vertikalschenkel senkrecht orientierter L-Florizontalschenkel angeordnet ist.

Der C-Vertikalschenkel und der L-Florizontalschenkel dienen dabei der Bildung der dem Ableiter gegenüberliegenden Stirnseite der entsprechenden Elektrode.

Die beiden C-Horizontalschenkel und der L-Horizontalschenkel dienen dabei der Bildung des Ableiters. So ist der Ableiter bei Verwendung des C-förmigen Stem pels durch unbeschichteten Abschnitt zwischen den C-Horizontalschenkeln gebil det. Folglich ist der Ableiter zentral an der dieser aufweisenden Stirnseite ange ordnet. Bei Verwendung des L-förmigen Stempels ist der Ableiter durch

unbeschichteten Abschnitt bezüglich der Bandquerrichtung neben dem L- Florizontalschenkel gebildet. Folglich ist der Ableiter seitlich (außen) an der ent sprechenden Stirnseite angeordnet.

Aufgrund der Verwendung lediglich eines einzigen Stempels ist eine vergleichs weise einfacher Aufbau und Betrieb der Stanze ermöglicht. So ist insbesondere im Vergleich zu Stanzen, welche in einem ersten Stanzvorgang mittels eines ersten Stempels den Ableiter bilden und in einem weiteren, zweiten Stanzvorgang mittels eines zweiten Stempels die dem Ableiter gegenüberliegende Stirnseite der Elekt rode bilden, keine koordinierte Ansteuerung der beiden Stempel notwendig. Weiterhin ist die Vorrichtung zur Herstellung von Elektroden unterschiedlicher Länge, also Ausdehnung in Längsrichtung der Elektrode, geeignet. Hierzu ist le diglich eine Trägerfolie zu verwenden, deren beschichtete Abschnitte eine ent sprechende Ausdehnung in Bandlängsrichtung aufweist. Der Stanzvorgang erfolgt dabei weiterhin entsprechend der mittels der Messeinrichtung erfassten Position des unbeschichteten Abschnitts auf der Trägerfolie.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist die Vorrichtung eine Absaugan lage für im Zuge des Stanzvorgangs entstehende Partikel, insbesondere des Elektrodenmaterials, auf. Deshalb ist die Absauganlage im Bereich der Stanze angeordnet.

Dabei werden die Partikel beispielsweise in und/oder entgegen der Förderrichtung des Förderbandes abgesaugt. Alternativ oder zusätzlich werden die Partikel in einer Richtung quer zur Förderrichtung des Förderbandes abgesaugt.

Beispielsweise werden die Elektroden aufgrund des Walzenvorschubs bzw. auf grund der Rotation der als Rotationsstanze ausgebildeten Stanze oder aufgrund des Verstehens der Stanze entlang der Förderrichtung der Trägerfolie auf eine Ablage gefördert. Alternativ hierzu weist die Vorrichtung beispielsweise eine zu sätzliche zweite Fördereinrichtung zum Fördern der Elektroden von Stanze zur Ablage auf. Die zweite Fördereinrichtung ist dabei geeigneterweise als ein Vaku umband ausgebildet.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung weist eine Lithium-Ionen-Batterie, beispielsweise eine als Traktionsbatterie eines elektrisch angetriebenen Kraftfahr zeugs ausgebildete Lithium-Ionen-Batterie, eine Anzahl an Elektroden auf, welche gemäß dem Verfahren und/oder mittels einer Vorrichtung nach einer der oben dargestellten Varianten hergestellt sind. Die (Lithium-lonen-)Batterie umfasst da bei mindestens eine Batteriezelle, in welcher die Elektroden aufgenommen sind. Insbesondere ist die mindestens eine Batteriezelle der Lithium-Ionen-Batterie als eine sogenannte Pouch-Zelle ausgebildet. Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand einer Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Fig. 1 in einem Flussdiagramm einen Verfahrensablauf zur Fierstellung von

Elektroden für die Lithium-Ionen-Batterie, wobei eine intermittierend mit

Elektrodenmaterial beschichtete bandförmige Trägerfolie im Bereich ei nes unbeschichteten Abschnitts anhand eines einzigen Stanzvorgangs getrennt wird, Fig. 2a, b schematisch in einer Draufsicht die bandförmige Trägerfolie, bei wel cher in Bandlängsrichtung der nicht beschichtete Abschnitt zwischen einem ersten beschichteten Abschnitt und einem zweiten beschichteten Abschnitt angeordnet ist, sowie den Umfang zweier Varianten eines zum Trennen der Trägerfolie verwendeten Stempels einer Stanze,

Fig. 3a, b zwei Elektroden, welche anhand eines Stanzvorgangs mittels der in der

Fig. 2a bzw. 2b dargestellten Varianten der Stempel hergestellt sind,

Fig. 4 eine Vorrichtung zum Fierstellen der Elektroden, wobei die Vorrichtung einen Abwickler für die Trägerfolie von einer Rolle sowie ein Vakuum band zur Förderung der abgewickelten Trägerfolie zur Stanze aufweist, und wobei die Stanze einen einzigen Stempel zum Trennen der Träger folie im Bereich des unbeschichteten Abschnitts aufweist, und Fig. 5 schematisch eine Lithium-Ionen-Batterie mit Anoden und mit Kathoden.

Einander entsprechende Teile und Größen sind in allen Figuren stets mit gleichen Bezugszeichen versehen.

In der Fig. 1 ist anhand eines Flussdiagramms ein Verfahren zur Fierstellung von Elektroden 2, 4 für eine Lithium-Ionen-Batterie 6 dargestellt. Dabei wird in einem ersten Schritt I eine bandförmige Trägerfolie 8 bereitgestellt. Wie insbesondere in den Figuren 2a und 2b erkennbar ist, ist diese intermittierend mit einem Elektrodenmaterial 10 beschichtet. So ist in Bandlängsrichtung L der Trägerfolie 8, also in deren Haupterstreckungsrichtung, zwischen zwei beschichte ten Abschnitten, nämlich zwischen einem ersten beschichteten Abschnitt 12 und einem zweiten beschichteten Abschnitt 14, ein nicht beschichteter Abschnitt 16 angeordnet. Die Trägerfolie 8 ist dabei beidseitig mit dem Elektrodenmaterial 10 beschichtet (vgl. auch Fig. 3). Zum Zwecke einer besseren Erkennbarkeit sind die beschichteten Abschnitte 12 und 14 schraffiert dargestellt.

In einem zweiten Schritt II des Verfahrens wird anhand eines einzigen Stanzvor gangs die Trägerfolie 8 im Bereich des nicht beschichteten Abschnitts 16 getrennt.

Anhand des lediglich einen Stanzvorgangs wird zum einen eine erste Stirnseite 18 sowie mittels des nicht beschichteten Bereichs 12 ein an der ersten Stirnseite an geordneter (Zell-)Ableiter 20 einer ersten Elektrode 2 gebildet. Die erste Elektrode 2 ist dabei dem ersten beschichteten Abschnitt 12 zugeordnet. Zum anderen wird beim lediglich einen Stanzvorgang eine der ersten Stirnseite gegenüberliegende zweite Stirnseite 22 einer zweiten Elektrode 4 gebildet, welche zweite Elektrode 4 dem zweiten beschichteten Abschnitt 14 zugeordnet ist. Die zweite Stirnseite 22 verläuft quer zur Bandlängsrichtung L der Trägerfolie 8, also in Bandlängsrichtung Q.

Zudem wird die zweite Elektroden 4 von der Trägerfolie 8 abgetrennt.

Wie des Weiteren in den Figuren 2a und 2b dargestellt ist, entspricht die Breite der anhand der Trägerfolie 8 herzustellenden Elektroden 2 und 4 der Ausdehnung der Trägerfolie 8 in Bandquerrichtung Q. Zur Herstellung der Elektroden 2 und 4 wird die Trägerfolie 8 also lediglich im Bereich des nicht beschichteten Bereichs 16 getrennt. Weitere Schnitte oder Stanzvorgänge an der an die erste Stirnseite 18 bzw. an die zweite Stirnseite 22 angrenzenden Längsseite 24 sind somit nicht notwendig. Es erfolgt also kein Zuschnitt der Elektroden 2 und 4 entlang deren gesamten Umfang. Für den Stanzvorgang wird eine Stanze 26 herangezogen, welche insbesondere in der Fig. 4 dargestellt ist. In den Figuren 2a und 2b ist jeweils der Umfang eines das Trennen der Trägerfolie 8 bewirkenden Stempels 28 der Stanze 26 strich punktiert dargestellt. Der Stempel 28 gemäß der Fig. 2a ist C-förmig ausgebildet. Der Stempel 28 gemäß der Fig. 2b ist dagegen L-förmig ausgebildet.

Der C-förmige Stempel 28 gemäß der Fig. 2a weist einen Vertikalschenkel 30 auf, an dessen Freiendseiten zwei zueinander parallele und senkrecht zum Vertikal schenkel 30 orientierte Florizontalschenkel 32 angeordnet sind.

Der L-förmige Stempel 28 gemäß der Fig. 2b weist einen Vertikalschenkel 34 auf, wobei an einer dessen Freienden ein zum Vertikalschenkel 34 senkrecht orientier ter Horizontalschenkel 36 angeordnet ist. Zur Vermeidung einer Verwechslung werden im Folgenden der Vertikalschenkel 30 des C-förmigen Stempels 28 als C-Vertikalschenkel, die Horizontalschenkel des C-förmigen Stempels 28 als C-Horizontalschenkel, der Vertikalschenkel 34 des L-förmigen Stempels 28 als L-Vertikalschenkel und der Horizontalschenkel des L-förmigen Stempels 28 als L-Horizontalschenkel bezeichnet.

Der C-Vertikalschenkel 30 bzw. der L-Horizontalschenkel 34 dienen der Bildung der dem Ableiter 20 gegenüberliegenden zweiten Stirnseite 22 der jeweiligen Elektrode 4. Die beiden C-Horizontalschenkel 32 und der L-Horizontalschenkel 36 dienen dabei der Bildung des Ableiters 20.

Dabei wird beim C-förmigen Stempels der Ableiter 20 durch denjenigen Bereich des unbeschichteten Abschnitts 16 gebildet, welcher im Zuge des Stanzvorgangs in Bandquerrichtung Q zwischen den C-Horizontalschenkeln angeordnet ist. Folg lich ist der Ableiter 20 zentral an der ersten Stirnseite 18 angeordnet. Eine dem entsprechend ausgebildete Elektrode ist in der Fig. 3a dargestellt.

Bei Verwendung des L-förmigen Stempels 28 ist der Ableiter 20 durch denjenigen Bereich des unbeschichteten Abschnitts 16 gebildet, welcher bezüglich der Band- querrichtung Q neben dem L-Horizontalschenkel 36 angeordnet ist. Infolgedessen ist der Ableiter 20 seitlich an der ersten Stirnseite 18 angeordnet. In der Fig. 3b ist eine entsprechende Elektrode dargestellt.

Wie in den Figuren 2a und 2b erkennbar ist, ist der L-förmige bzw. der C-förmige Stempel 28 derart ausgebildet, dass die mittels des Stanzvorgangs gebildeten Ecken der Elektroden 2, 4 abgerundet sind. Flierzu weisen die die Horizontal schenkel 36 bzw. 32 an deren Enden einen serifenartigen Fortsatz 38 bzw. eine entsprechende Rundung 40 auf.

Beim Stanzvorgang, also im Zuge des zweiten Schrittes II, wird ein an den unbeschichteten Abschnitt 16 angrenzender Teilbereich des ersten beschichteten Abschnitts 12 und des zweiten beschichteten Abschnitts 14 abgetrennt. Hierzu erstreckt sich der Stempel 28, wie in den Figuren 2a und 2b dargestellt ist, in Bandlängsrichtung L sowohl über die entsprechenden Teilbereiche des ersten beschichteten Abschnitts 12, des zweiten beschichteten Abschnitts 14 sowie des dazwischen angeordneten unbeschichteten Abschnitts 16.

Endseitig bezüglich der Bandlängsrichtung L können die beschichteten Abschnitte 12 und 14 herstellungsbedingt eine ungleichmäßige Schichtdicke aufweisen. An hand des Abtrennens dieser Teilbereiche ist ein solcher Bereich mit ungleichmä ßiger Schichtdicke von den Elektrode 2 und 4 abgetrennt.

In der Fig. 4. Ist eine Vorrichtung 42 zum Herstellen der Elektroden 2, 4 darge stellt. Diese ist insbesondere zur Durchführung des oben dargestellten Verfahrens geeignet und eingerichtet. Entsprechend gelten für die Vorrichtung 42 die Ausfüh rungen zum Verfahren, insbesondere die Ausführungen zum Stempel 28 der Stanze 26, in analoger Weise.

Die beschichtete Trägerfolie 8 ist auf einer auch als Coil bezeichneten Rolle 44 aufgewickelt. Die Vorrichtung 42 weist einen Abwickler (eine Abwickelvorrichtung) mit Walzen 46 auf, mittels welchen die Trägerfolie 8 an eine als Vakuumband ausgebildete erste Fördereinrichtung 48 geführt ist. Die erste Fördereinrichtung 48 fördert die abgewickelte Trägerfolie 8 zur Stanze 26 hin.

Weiterhin weist die Vorrichtung 42 eine Messeinrichtung 50 auf, welche hier bei spielsweise als eine Kamera ausgebildet ist. Diese erfasst bzw. bestimmt eine Position des unbeschichteten Abschnitts 16 im Zuge des Fördervorgangs der Trä gerfolie 8.

Die Stanze 26 weist den Stempel 28 sowie eine entsprechende Matrize 52 auf.

Die Trägerfolie 8 ist dabei mittels der ersten Fördereinrichtung 48 zwischen den Stempel 28 und die Matrize förderbar. Die Stanze 26 ist dabei entsprechend der erfassten und/oder bestimmten Position des unbeschichteten Bereichs 16 betrie ben. In der Fig. 4 ist der Stempel 28 L-förmig entsprechend den Ausführungen der Fig. 2b ausgebildet. In einer nicht weiter dargestellten Alternative ist der Stempel 28 C-förmig entsprechend den Ausführungen zu den Fig. 2a ausgebildet.

Die Vorrichtung 42 umfasst weiterhin eine zweite Fördereinrichtung 54. Diese för dert die von der Trägerfolie 8 mittels der Stanze 26 abgetrennten Elektroden 2 und 4 von der Stanze 26 zu einer nicht weiter dargestellten Ablage. Die zweite Fördereinrichtung 54 ist ebenfalls als ein Vakuumband ausgebildet.

Eine Absauganlage 56 der Vorrichtung für im Zuge des Stanzvorgangs entste hende Partikel, insbesondere des Elektrodenmaterials 10 ist im Bereich der Stan ze 26 angeordnet.

In der Fig. 5 ist schematisch die Lithium-Ionen-Batterie 6 dargestellt. Diese weist eine Anzahl an Elektroden auf, wobei von diesen zum Zwecke einer besseren Übersichtlichkeit lediglich zwei Anoden 58 und zwei Kathoden 60 gezeigt sind. Jede der Anoden 58 weist jeweils eine als Kupferfolie ausgebildete Trägerfolie 8 auf, welche beidseitig, also an deren flächigen Seiten, mit als Graphit 10 ausge bildetem Elektrodenmaterial (Anodenmaterial) beschichtet ist. Jede der Kathoden 60 weist eine als Aluminiumfolie ausgebildete Trägerfolie 8 auf, welche beidseitig, mit als ein Lithium-Übergangsmetall-Oxid 10 ausgebildetem Elektrodenmaterial (Kathodenmaterial) beschichtet ist.

Zwischen den Anoden 58 und den Kathoden 60 ist dabei jeweils ein die Separator 62 angeordnet, welcher beispielsweise aus Polyethylen und/oder Polypropylen gebildet ist.

Die Trägerfolien 8 der Anoden 58 und der Kathoden 60 weisen jeweils an einer deren ersten Stirnseiten 18 den als Tab bezeichneten Ableiter 20 auf. Diese Ableiter der Anoden 58 sowie die Ableiter der Kathoden 60 sind jeweils elektrisch miteinander verbunden und an Polen 64 der Lithium-Ionen-Batterie 6 angeschlos sen.

Die Erfindung ist nicht auf die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt. Vielmehr können auch andere Varianten der Erfindung vom Fach mann hieraus abgeleitet werden, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlas sen. Insbesondere sind ferner alle im Zusammenhang mit den Ausführungsbei spielen beschriebenen Einzelmerkmale auch auf andere Weise miteinander kom binierbar, ohne den Gegenstand der Erfindung zu verlassen.

Bezugszeichenliste

2, 4 Elektrode

6 Lithium-Ionen-Batterie

8 Trägerfolie

10 Elektrodenmaterial

12 erster beschichteter Abschnitt

14 zweiter beschichteter Abschnitt

16 unbeschichteter Abschnitt 18 erste Stirnseite

20 Ableiter

22 zweite Stirnseite

24 Längsseite

26 Stanze

28 Stempel

30 C-Vertikalschenkel

32 C-Horizontalschenkel

34 L-Vertikalschenkel

36 L-Horizontalschenkel

38 Fortsatz

40 Rundung

42 Vorrichtung

44 Rolle

46 Walzen

48 erste Fördereinrichtung

50 Messeinrichtung

52 Matrize

54 zweite Fördereinrichtung

56 Absauganlage

58 Anode

60 Kathode

62 Separator

64 Pol I Bereitstellen der beschichteten Trägerfolie

II Trennen der Trägerfolie L Bandlängsrichtung

Q Bandquerrichtung

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung von Elektroden (2,4) für eine Lithium-Ionen- Batterie (6),

bei dem eine bandförmige Trägerfolie (8) bereitgestellt wird, welche derart mit einem Elektrodenmaterial (10) beschichtet ist, dass in Bandlängsrichtung (L) der Trägerfolie (8) ein nicht beschichteter Ab schnitt (16) zwischen einem ersten beschichteten Abschnitt (12) und einem zweiten beschichteten Abschnitt (14) angeordnet ist, und bei dem die beschichtete Trägerfolie (8) anhand eines einzigen Stanzvorgangs im Bereich des nicht beschichteten Abschnitts (16) getrennt wird, und

wobei sowohl ein Ableiter (20) einer dem ersten beschichteten Ab schnitt (12) zugeordneten ersten Elektrode (2) mittels des ersten unbeschichteten Abschnitts (16) als auch eine Stirnseite (22) eines dem zweiten beschichteten Abschnitt (14) zugeordneten zweiten Elektrode (4) gebildet wird, welche dessen Ableiter (20) gegenüber liegt.

2. Verfahren nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet,

dass eine solche Trägerfolie (8) herangezogen wird, deren Ausdehnung in Bandquerrichtung (Q) der Breite der Elektroden (2, 4) entspricht.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet,

dass im Zuge des Stanzvorgangs ein an den unbeschichteten Abschnitt (16) angrenzender Teilbereich des ersten beschichteten Abschnitts (12) und/oder des zweiten beschichteten Abschnitts (14) abgetrennt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass die im Zuge des Stanzvorgangs gebildeten Ecken der ersten Elektro de (2) und/oder die Ecken der zweiten Elektrode (4) abgerundet sind.

5. Vorrichtung (42) zur Herstellung von Elektroden (2,4) für eine Lithium- lonen-Batterie (6), aufweisend

eine Fördereinrichtung (48) zum Fördern einer Trägerfolie (8) zu ei ner Stanze (26), wobei die Trägerfolie (8) derart mit einem Elektro denmaterial (10) beschichtet ist, dass in Bandlängsrichtung (L) der Trägerfolie (8) ein nicht beschichteter Abschnitt (16) zwischen einem ersten beschichteten Abschnitt (12) und einem zweiten beschichte ten Abschnitt (14) angeordnet ist

eine Messeinrichtung (50) zur Bestimmung der Position des unbeschichteten Abschnitts (16) auf der Trägerfolie (8), wobei die Stanze (26) zum Trennen der beschichtete Trägerfolie (8) im Bereich des nicht beschichteten Abschnitts (16) einen C-förmigen oder einen L-förmigen Stempel (28) aufweist, mittels welchem so wohl ein Ableiter (20) einer dem ersten beschichteten Abschnitt (12) zugeordneten ersten Elektrode (2) mittels des unbeschichteten Ab schnitts (16) als auch eine Stirnseite (22) eines dem zweiten be schichteten Abschnitt (14) zugeordneten zweiten Elektrode (4) gebil det wird, welche dessen Ableiter (20) gegenüberliegt.

6. Vorrichtung (42) nach Anspruch 5,

gekennzeichnet durch

eine im Bereich der Stanze (26) angeordnete Absauganlage (56) für im Zu ge des Stanzvorgangs entstehende Partikel.

7. Lithium-Ionen-Batterie (6) mit einer Anzahl an Elektroden (2,4), welche ge mäß dem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4 und/oder mittels der Vorrichtung nach Anspruch 5 oder 6 hergestellt sind.