WO2022189079A1 - Verfahren zur herstellung einer markierung, verfahren zur herstellung einer energiespeicherzelle sowie kraftfahrzeug - Google Patents

Verfahren zur herstellung einer markierung, verfahren zur herstellung einer energiespeicherzelle sowie kraftfahrzeug Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a method for producing a marking, a method for producing an energy storage cell and a motor vehicle.
  • Energy storage cells of the type in question are, for example, lithium-ion battery cells. Regardless of the cell type, the smallest unit of such energy storage cells consists of two electrodes and a separator that separates the electrodes from one another. In between is the conductive electrolyte.
  • the electrodes are typically formed by coated carrier foils.
  • the coating materials for the anode and the cathode are usually different, but they essentially contain the components active material, conductive carbon black, solvent, binder and other additives.
  • the carrier foils are preferably metallic, sheet-like foils which are initially in the form of rolls. In production, it is often necessary to ensure a certain level of traceability, for example for quality assurance.
  • the uncoated edge areas of the carrier foils can be provided with a colored marking or the like.
  • the markings are also lost.
  • a colored marking of the coating itself is excluded in order not to negatively influence the electrochemical properties of the cell.
  • a method for producing a marking comprises the steps: - Application of coating material to a carrier material;
  • the method advantageously uses the fact that components of the coating material can be knocked off or knocked off by applying a magnetic field, for example by means of a magnetic device such as an (electro-magnet).
  • a magnetic device such as an (electro-magnet).
  • the resulting (re)alignment of these components can result in structuring of the coating material, which leads to an optical change, in particular to a surface of the coating material, in such a way that it can be used and perceived as a marking.
  • Information can advantageously be generated and transmitted via the optical change in the coating. Alternatively, such a mark can also be used as a design element.
  • a material If a material is exposed to an external magnetic field, the material becomes magnetized.
  • the direction and strength of this magnetization is based on intrinsic properties of the material and is characterized by the terms diamagnetism, paramagnetism and ferromagnetism.
  • the magnetization of matter in an external field i.e. the alignment of the elementary magnets in the material, can be in the opposite direction to or in the same direction as the external magnetic field.
  • diamagnetism the magnetization is in the opposite direction to the external field.
  • paramagnetic bodies the magnetization is in the same direction as the external magnetic field.
  • the magnetization In ferromagnetic materials, the magnetization is in the same direction as the external magnetic field and is particularly strong due to a special interaction of the electron spins, the so-called exchange interaction. With the same external magnetic field, the magnetization of ferromagnetic materials is generally significantly greater than the magnetization of paramagnetic materials.
  • the present method is independent of the underlying principle.
  • the method is used to mark an electrode of a battery cell, such as a lithium-ion battery/accumulator.
  • the carrier material is designed as a metallic, sheet-like foil.
  • a backing film for the anode is typically around a copper foil, in the case of the carrier foil for the cathode typically around an aluminum foil.
  • the coating can be on one or both sides, intermittently or continuously.
  • the components mentioned are graphite particles.
  • the graphite particles are part of the coating.
  • Graphite is diamagnetic. It has been shown that, for example, after the setting of a magnetic field, the coating is darker in the area of converging field lines than in the area without a magnetic field. It is thus advantageously possible to produce markings, structures and/or structuring, etc., by allowing a magnetic field (or several) to take effect in a targeted manner.
  • a magnetic device is used to create a magnetic field and to align the components.
  • the method comprises the step:
  • electromagnets are used to align the components.
  • the method is carried out in such a way that the magnetic field acts directly and immediately on the respective coated area.
  • the magnetic field acts, so to speak, from the opposite side of the area just coated.
  • the strength of the magnetic field can be used to set, among other things, whether the marking or a marking is produced on both sides of the (both sides) coated carrier material.
  • the method comprises the step:
  • the magnetic components can be aligned.
  • the method comprises the step: - Analysis of the coating process and/or optical detection and evaluation of the coating to determine the position of the at least one marking.
  • the information of an application tool, via which the coating is applied is recorded and processed. If necessary, it can already be recognized that there was an error in the coating process. Additionally or alternatively, the coating can be detected and checked by means of optical detection devices, such as cameras, in order to identify whether there is a fault. These or optionally several points can then advantageously be marked with precise positioning via the magnetic device.
  • the method comprises the step:
  • the marking is advantageously applied directly to the coating, it can be used throughout the manufacturing and production process, for example for component tracking. This brings great advantages in terms of flexibility of the application.
  • the method comprises the step:
  • the web meters of film roll/electrode roll used can be traced down to the cell level.
  • the method comprises the step:
  • the influence on the electrochemistry which may be caused by the alignment of the magnetic components, can be reduced to a minimum.
  • one or more markings can also be provided in other areas of the coating, for example also in the middle, in particular if a fault has been detected at this point anyway.
  • the method comprises the step: Fix the mark.
  • a protective layer such as a clear lacquer.
  • the (coated) carrier material is not intended for use in a galvanic element, but rather as a design element, for example in a vehicle interior, the structure/marking can be permanently retained.
  • the invention also relates to a method for producing an energy storage cell, the method according to the invention for producing a marking being used within the scope of manufacture or manufacture.
  • the invention also relates to a motor vehicle which comprises at least one energy storage cell which was produced using the method according to the invention.
  • Typical motor vehicles of the type in question are, for example, hybrid vehicles or fully electrically operated vehicles, which can be motorcycles, passenger cars, but also commercial vehicles.
  • Fig. 2 a schematic representation of an embodiment of a procedural procedure for producing an energy storage cell.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a plan view of a carrier material 10, which can be a metal carrier foil, for example, which is moved along a path direction B.
  • the carrier material 10 has a coating or is coated with a coating material 20 . It can be seen that markings 40 are provided in the edge areas of the coating. These were created by aligning components in the coating material 20 . This makes it possible, for example, to trace the linear meters of carrier material 10 used down to the cell level.
  • FIG. 2 shows a schematic view of a coating process, a carrier material 10 being coated with coating material 20 via an application tool 60 . The carrier material 10 is moved along a web direction B.
  • a quality of the coating material or the coating application is evaluated via a detection device 62, for example an optical detection device, for example comprising one or more cameras.
  • the detection device 62 is connected to a magnetic device 64, cf. reference number 50.
  • the magnetic device 64 can mark the corresponding fault in the exact position, cf. reference number 40 recognized later and, for example, removed or reworked.

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Abstract

Verfahren zur Herstellung einer Markierung, wobei ein Trägermaterial mit Beschichtungsmaterial beschichtet wird, umfassend die Schritte: − Aufbringen von Beschichtungsmaterial auf ein Trägermaterial; − Ausrichten von Bestandteilen in dem Beschichtungsmaterial (20) zum Erzeugen zumindest einer Markierung (40) in oder auf dem Beschichtungsmaterial (20) über ein Magnetfeld.

Description

Verfahren zur Herstellung einer Markierung, Verfahren zur Herstellung einer Energiespeicherzelle sowie Kraftfahrzeug
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung einer Markierung, ein Verfahren zur Herstellung einer Energiespeicherzelle sowie ein Kraftfahrzeug.
Energiespeicherzellen der in Rede stehenden Art sind beispielsweise Lithium-Ionen- Batteriezellen. Unabhängig vom Zelltyp besteht die kleinste Einheit derartiger Ener giespeicherzellen aus zwei Elektroden und einem Separator, der die Elektroden voneinander trennt. Dazwischen befindet sich das leitfähige Elektrolyt. Die Elektro den wiederum werden typischerweise durch beschichtete Trägerfolien gebildet. Die Beschichtungsmaterialien für die Anode und die Kathode sind in der Regel unter schiedlich, sie enthalten aber im Wesentlichen die Bestandteile Aktivmaterial, Leitruß, Lösungsmittel, Binder und weitere Additive. Bei den Trägerfolien handelt es sich bevorzugt um metallische, bahnförmige Folien, welche zunächst in Form von Rollen vorliegen. In der Produktion ist es oftmals nötig, eine gewisse Nachverfolg barkeit zu gewährleisten, beispielsweise zur Qualitätssicherung. Zu deren Realisie rung können die unbeschichteten Randbereiche der Trägerfolien mit einer farblichen Markierung oder dergleichen versehen werden. Da diese Randbereiche im weiteren Prozessablauf allerdings abgeschnitten werden, gehen auch die Markierungen ver loren. Eine farbliche Markierung der Beschichtung selbst ist ausgeschlossen, um die elektrochemischen Eigenschaften der Zelle nicht negativ zu beeinflussen.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren zur Herstellung einer Markierung, ein Verfahren zur Herstellung von Energiespeicherzellen sowie ein Kraftfahrzeug anzugeben, wobei die vorgenannten Probleme gelöst und insbe sondere Energiespeicherzellen sowie ein Kraftfahrzeug angegeben werden sollen, welche höchsten Qualitätsanforderungen genügen.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren gemäß Anspruch 1, ein Verfahren gemäß Anspruch 10 sowie durch ein Kraftfahrzeug gemäß Anspruch 11 gelöst. Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus den Unteransprüchen sowie der Beschrei bung und den beigefügten Figuren.
Erfindungsgemäß umfasst ein Verfahren zur Herstellung einer Markierung, wobei ein Trägermaterial mit Beschichtungsmaterial beschichtet wird, die Schritte: - Aufbringen von Beschichtungsmaterial auf ein Trägermaterial;
- Ausrichten von Bestandteilen in dem Beschichtungsmaterial zum Erzeugen zumindest einer Markierung in oder auf dem Beschichtungsmaterial über ein Magnetfeld.
Das Verfahren nutzt mit Vorteil den Umstand, dass über das Aufbringen eines Mag netfelds, beispielsweise mittels einer magnetischen Einrichtung, wie beispielsweise eines (Elektro-Magneten), Bestandteile des Beschichtungsmaterials an- oder abge stoßen werden können. Durch die daraus resultierende (Neu-)Ausrichtung dieser Bestandteile kann eine Strukturierung des Beschichtungsmaterials erreicht werden, welche derart zu einer optischen Änderung, insbesondere einer Oberfläche des Be schichtungsmaterials, führt, dass diese als Markierung verwendet und wahrgenom men werden kann. Über die optische Veränderung der Beschichtung können mit Vorteil Informationen generiert und übertragen werden. Alternativ kann eine derar tige Markierung auch als Designelement verwendet werden.
Wird ein Material einem äußeren Magnetfeld ausgesetzt, so kommt es zu ei ner Magnetisierung des Materials. Die Richtung und Stärke dieser Magnetisierung beruht auf intrinsischen Eigenschaften des Materials und wird durch die Begriffe Di- amagnetismus, Paramagnetismus und Ferromagnetismus gekennzeichnet. Die Magnetisierung von Materie in einem äußeren Feld, also die Ausrichtung der Ele mentarmagnete im Material, kann dem äußeren Magnetfeld entgegengerichtet oder gleichgerichtet sein. Beim Diamagnetismus ist die Magnetisierung dem äußeren Feld entgegengerichtet. In paramagnetischen Körpern ist die Magnetisierung dem äußeren Magnetfeld gleichgerichtet. In ferromagnetischen Materialien ist die Magne tisierung dem äußeren Magnetfeld gleichgerichtet und aufgrund einer besonderen Wechselwirkung der Elektronenspins, der sogenannten Austauschwechselwirkung, besonders stark. Die Magnetisierung ferromagnetischer Stoffe ist bei gleichem äu ßeren Magnetfeld im Allgemeinen deutlich größer als die Magnetisierung paramag netischer Stoffe. Das vorliegende Verfahren ist unabhängig von zugrundliegenden Prinzip.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform wird das Verfahren zur Markierung ei ner Elektrode einer Batteriezelle verwendet, wie beispielsweise einer Lithiumionen- Batterie/-Akku.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Trägermaterial als metallische, bahnförmige Folie ausgebildet. Bei einer Trägerfolie für die Anode handelt es sich typischerweise um eine Kupferfolie, bei der Trägerfolie für die Kathode typischerweise um eine Alu miniumfolie. Die Beschichtung kann ein- oder beidseitig, intermittierend oder konti nuierlich erfolgen.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform sind die erwähnten Bestandteile Gra phitpartikel. Die Graphitpartikel sind Teil der Beschichtung. Graphit ist diamagne- tisch. Es hat sich gezeigt, dass beispielsweise die Beschichtung nach Einstellen ei nes Magnetfelds im Bereich zusammenlaufender Feldlinien dunkler ist als dies im Bereich ohne Magnetfeld der Fall ist. Über das gezielte Wirkenlassen eines Magnet felds (oder mehrerer) ist es damit vorteilhafterweise möglich, Markierungen, Struktu ren und/oder Strukturierungen etc. zu erzeugen.
Gemäß einer Ausführungsform wird eine magnetische Einrichtung zum Erzeugen eines Magnetfelds und zum Ausrichten der Bestandteile verwendet. Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
Verwenden eines oder mehrerer Elektromagneten oder einer elektrischen Spule zum Erzeugen eines Magnetfelds und Ausrichten der Bestandteile.
Mit Vorteil lassen sich derartige Systeme ohne größeren Aufwand in bestehende (Beschichtungs-)Anlagen integrieren. Gemäß einer Ausführungsform werden bei spielsweise Elektromagneten zur Ausrichtung der Bestandteile verwendet.
Gemäß einer Ausführungsform wird das Verfahren so geführt, dass das Magnetfeld direkt und unmittelbar auf den jeweils beschichteten Bereich wirkt. Alternativ wirkt das Magnetfeld sozusagen von der gegenüberliegenden Seite des gerade beschich teten Bereichs. Zweckmäßigerweise kann über eine Stärke des Magnetfelds untere anderem eingestellt werden, ob die oder eine Markierung auf beiden Seiten des (beidseitig) beschichteten Trägermaterials erzeugt wird.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
Erzeugen der zumindest einen Markierung unmittelbar nach dem Aufbringen des Beschichtungsmaterials.
Solange das Beschichtungsmaterial nicht oder nicht vollständig ausgehärtet ist, kann ein Ausrichten der magnetischen Bestandteile erfolgen.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt: - Analyse des Beschichtungsverfahrens und/oder optisches Erfassen und Be werten der Beschichtung zum Bestimmen der Position der zumindest einen Markierung.
Gemäß einer Ausführungsform werden beispielsweise die Informationen eines Auf tragswerkzeugs, über welches die Beschichtung aufgebracht wird, erfasst und ver arbeitet. Gegebenenfalls kann so bereits erkannt werden, dass im Beschichtungs prozess ein Fehler vorlag. Zusätzlich oder alternativ kann mittels optischer Erfas sungseinrichtungen, wie Kameras, die Beschichtung detektiert und überprüft wer den, um zu erkennen, ob ggf. ein Fehler vorliegt. Positionsgenau können dann mit Vorteil über die magnetische Einrichtung diese oder ggf. mehrere Stellen markiert werden.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
Erfassen und Auswerten der zumindest einen Markierung im weiteren Her stellungsprozess zur Analyse.
Da die Markierung mit Vorteil direkt auf die Beschichtung aufgebracht ist, kann sie während des gesamten Herstellungs- und Produktionsprozesses, beispielsweise zur Bauteilnachverfolgung, verwendet werden. Dies bringt große Vorteile hinsichtlich der Flexibilität der Anwendung mit sich.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
Formen einer Vielzahl von Markierungen zur beispielsweise Fehleridentifika tion, Bauteilnachverfolgung oder Produktionsüberwachung.
Mit Vorteil sind die eingesetzten Bahnmeter Folienrolle/Elektrodenrolle bis auf die Zellebene nachverfolgbar.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt:
Erzeugen der zumindest einen Markierung an einem Randbereich der Be schichtung.
Zweckmäßigerweise kann dadurch der Einfluss auf die Elektrochemie, welcher ggf. durch die Ausrichtung der magnetischen Bestandteile erfolgt, auf ein Minimum redu ziert werden. Allerdings ist nicht ausgeschlossen, dass eine oder mehrere Markie rungen auch in anderen Bereichen der Beschichtung, beispielsweise auch in der Mitte, vorgesehen sein können, insbesondere wenn ohnehin an dieser Stelle ein Fehler erkannt wurde.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verfahren den Schritt: Fixieren der Markierung.
Dies kann beispielsweise durch den Auftrag einer Schutzschicht, wie eines Klar lacks, realisiert werden. Gerade wenn das (beschichtete) Trägermaterial nicht zur Verwendung in einem galvanischen Element vorgesehen ist, sondern als Designele- ment, beispielsweise in einem Fahrzeuginnenraum, dienen soll, kann damit die Struktur/Markierung dauerhaft erhalten werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zum Herstellen einer Energiespeicherzelle, wobei im Rahmen der Fertigung oder Herstellung das erfindungsgemäße Verfahren zum Herstellen einer Markierung verwendet wird.
Die Erfindung betrifft auch ein Kraftfahrzeug, welches zumindest eine Energiespei cherzelle umfasst, welche nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt wurde. Typische Kraftfahrzeuge der in Rede stehenden Art sind beispielsweise Hyb- ridfahrzeuge oder auch vollständig elektrisch betriebene Fahrzeuge, wobei es sich um Krafträder, Personenkraftwagen, aber auch um Nutzfahrzeuge, handeln kann.
Weitere Vorteile und Merkmale ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsformen des Verfahrens mit Bezug auf die beigefügten Figuren.
Es zeigen:
Fig. 1 : eine Draufsicht auf eine beschichtete Trägerfolie in einer schemati schen Darstellung;
Fig. 2: eine schematische Darstellung einer Ausführungsform eines Verfah rens zur Herstellung einer Energiespeicherzelle.
Fig. 1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Draufsicht auf ein Trägermate- rial 10, wobei es sich hierbei beispielsweise um eine metallische Trägerfolie handeln kann, wobei diese entlang einer Bahnrichtung B bewegt wird. Das Trägermaterial 10 weist eine Beschichtung auf bzw. ist mit einem Beschichtungsmaterial 20 beschich tet. Zu erkennen ist, dass in den Randbereichen der Beschichtung Markierungen 40 vorgesehen sind. Diese wurden über eine Ausrichtung von Bestandteilen in dem Be- schichtungsmaterial 20 erzeugt. Hierdurch ist beispielsweise eine Nachverfolgbar keit der eingesetzten Bahnmeter Trägermaterial 10 bis auf die Zellebene möglich. Fig. 2 zeigt in einer schematischen Ansicht einen Beschichtungsprozess, wobei ein Trägermaterial 10 über ein Auftragswerkzeug 60 mit Beschichtungsmaterial 20 be schichtet wird. Das Trägermaterial 10 wird entlang einer Bahnrichtung B bewegt. Eine Qualität des Beschichtungsmaterials bzw. des Beschichtungsauftrags wird über eine Detektionseinrichtung 62, beispielsweise eine optische Erfassungseinrich tung, umfassend zum Beispiel eine oder mehrere Kameras, ausgewertet. Die Detek tionseinrichtung 62 steht mit einer magnetischen Einrichtung 64 in Verbindung, vgl. das Bezugszeichen 50. Beim Erkennen eines Fehlers über die Detektionseinrich tung 62 kann die magnetische Einrichtung 64 positionsgenau den entsprechenden Fehler markieren, vgl. das Bezugszeichen 40. So kann der entsprechende Bereich später erkannt und beispielsweise entfernt oder nachbearbeitet werden.
Bezugszeichenliste
10 Trägermaterial
20 Beschichtungsmaterial 40 Markierung
50 Datenaustausch
60 Auftragswerkzeug
62 Detektionseinrichtung
64 Magnetische Einrichtung B Bahnrichtung

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Herstellung einer Markierung, wobei ein Trägermaterial (10) mit Beschichtungsmaterial (20) beschichtet wird, umfassend die Schritte: - Aufbringen von Beschichtungsmaterial (20) auf ein Trägermaterial (10);
Ausrichten von Bestandteilen in dem Beschichtungsmaterial (20) zum Er zeugen zumindest einer Markierung (40) in oder auf dem Beschichtungs material (20) über ein Magnetfeld.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei das Trägermaterial (10) als metallische, bahnförmige Folie ausgebildet ist.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Bestandteile Graphitpartikel sind.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt:
Verwenden eines oder mehrerer Elektromagneten oder einer elektrischen Spule zum Erzeugen eines Magnetfelds und Ausrichten der Bestandteile.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassen den Schritt:
Erzeugen der zumindest einen Markierung (40) unmittelbar nach dem Aufbringen des Beschichtungsmaterials (12).
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt:
Analyse des Beschichtungsverfahren und/oder optisches Erfassen und Bewerten der Beschichtung zum Bestimmen der Position der zumindest einen Markierung (40).
7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt:
Erfassen und Auswerten der zumindest einen Markierung (40) im weite ren Herstellungsprozess zur Analyse.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt:
Formen einer Vielzahl von Markierungen (40) zur Fehleridentifikation, Bauteilnachverfolgung oder Produktionsüberwachung
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend den Schritt:
Erzeugen der zumindest einen Markierung an einem Randbereich der Be schichtung.
10. Verfahren zum Herstellen einer Energiespeicherzelle, wobei ein Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche verwendet wird.
11. Kraftfahrzeug, umfassend zumindest eine Energiespeicherzelle, hergestellt nach einem Verfahren gemäß Anspruch 10.
PCT/EP2022/052830 2021-03-09 2022-02-07 Verfahren zur herstellung einer markierung, verfahren zur herstellung einer energiespeicherzelle sowie kraftfahrzeug Ceased WO2022189079A1 (de)

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