WO2022199888A1 - Verfahren zum erzeugen eines elektrodenstapels und stapelvorrichtung - Google Patents

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Xaver Thum
Markus Sperl
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Giesecke+Devrient Currency Technology Gmbh
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Definitions

  • the invention relates to a method for producing an electrode stack with flat electrode elements. At least a first electrode element and a second electrode element are provided. The electrode elements are introduced into a respective intermediate space, which is formed by stacking fingers of at least one stacking wheel rotating about an axis of rotation. Furthermore, the electrode elements are transported with the stacking wheel and removed from the respective intermediate space. The electrode elements are arranged at a stacking position and the electrode stack is created.
  • the invention also relates to a corre sponding stacking device.
  • Electrode elements for the production of electrochemical energy stores such as lithium-ion batteries, or energy converters, such as fuel cells, are usually stacked. Electrode elements are stacked in particular in the production of pouch cells, a widespread type of lithium-ion battery.
  • the electrode elements are usually designed as a cathode, based, for example, on aluminum foil, and/or an anode, based, for example, on copper foil.
  • the smallest unit of each lithium-ion cell consists of two electrodes and a separator that separates the electrodes from each other. In between is the ion-conductive electrolyte later after filling.
  • the electrode elements are stacked in a repeating cycle of anode, separator, cathode, separator, and so on.
  • the stacking step in production often represents the bottleneck for the production throughput. Accelerating the stack is therefore of great interest.
  • WO 2020/212316 A1 describes a method for producing an electrode stack of anodes and cathodes for a lithium-ion battery of an electrically powered motor vehicle, in which the anodes and cathodes are conveyed into receptacles of a rotationally driven or rotationally drivable stacking wheel , and the anodes and cathodes received in the receptacles are conveyed to a stacking compartment by means of a rotation of the stacking wheel.
  • the object of the invention is to create a method and a stacking device with which or in which an electrode stack with flat electrode elements is produced more precisely.
  • an electrode stack with flat electrode elements in particular an electrochemical energy store or an energy converter, is produced.
  • the following steps are carried out: a) providing a first electrode element; b) introducing the first electrode element into an intermediate space which is formed by stacking fingers, in particular between stacking fingers, of at least one stacking wheel rotating about an axis of rotation; c) transporting the first electrode element with the stacking wheel; d) removing the first electrode element from the gap; e) arranging the first electrode element at a stacking position; f) providing a second electrode element; g) introducing the second electrode element into a further intermediate space which is different from the intermediate space and is formed by stacking fingers, in particular between stacking fingers, of the stacking wheel; h) removing the second electrode element from the further intermediate space; and i) arranging the second electrode element at the stacking position and creating the electrode stack.
  • At least the first electrode element and/or the second electrode element is moved into a lateral target position by at least one, in particular non-stacking wheel, in particular active, movable alignment element.
  • the invention is based on the knowledge that the stacking accuracy can be increased by the movable alignment element.
  • the movable alignment element allows the electrode elements to be aligned more precisely in the lateral direction, ie in particular in the axial direction with respect to the axis of rotation of the stacking wheel.
  • An electrochemical energy store or an energy converter can be made more efficient as a result of the more precise stack formation.
  • the lateral target position can be designed as an absolute target position, in which the lateral alignment of the electrode elements is carried out with respect to a reference point on the stacking device or externally to the stacking device.
  • the lateral target position can also be designed as a relative target position, in which the electrode elements are the reference for the alignment of the electrode elements themselves. In particular, in the case of the relative desired position, it is then only provided that no electrode elements protrude laterally too far out of the electrode stack in the electrode stack that is produced.
  • the alignment element can be movably attached to the stacking device with at least one, in particular bivalent, bearing.
  • the alignment element can also be designed without bearings.
  • the aligning element is preferably slightly flexible, so that the aligning element oscillates or vibrates, i.e. a particularly high-frequency, back-and-forth movement, although it is firmly connected to a stacking device at at least one point can be moved in the axial direction.
  • the electrode elements can then be brought into the lateral sol position by the axial movement of the alignment element.
  • the electrode elements are in particular stacked one on top of the other in alignment or congruently. This forms a precise electrode stack and increases the performance of the energy store or the energy converter.
  • the electrode elements are aligned with an accuracy of at least +/-0.2 mm, preferably at least +/-0.1 mm, ie the deviation from the lateral target position should in particular be no more than 0.2 mm, preferably at most 0.1 mm.
  • the alignment element is coupled to an actuator which actively moves the alignment element.
  • the alignment element can, for example, be made of a metal, in particular an aluminum alloy.
  • the first electrode element is in the form of a cathode and the second electrode element is in the form of an anode.
  • a separator or a separating layer is arranged between the first electrode element and the second electrode element. This structure is preferably repeated as described above.
  • the electrode elements can also already be in the form of a prefabricated cell which comprises a cathode, an anode and at least one separating layer. Then the first electrode element can be a first cell and the second electrode element can be a second cell.
  • the stacking accuracy which is achieved by the movable alignment element, can be recorded, for example, by using camera systems of the stacking device.
  • the alignment element can therefore align at least two electrode elements at the same time. As a result, the alignment can be carried out more quickly and the electrode stack can be produced more quickly.
  • At least three electrode elements are aligned simultaneously by the alignment element. Furthermore, it is preferably provided that at least the first electrode element, in particular and/or the second electrode element, is pressed into the lateral desired position by the alignment element on an edge of the first electrode element running radially to the axis of rotation. In particular, the edge running radially to the axis of rotation is the short edge of the electrode element. By pressing the first electrode element on the short edge, the electrode element can be gently moved into the target position.
  • the movement of at least the first electrode element, in particular and/or the second electrode element, into the lateral target position is carried out while the first electrode element is being transported in the intermediate space.
  • This is advantageous because the alignment is already carried out before the respective electrode element is placed on the electrode stack. As a result, it is no longer necessary to subsequently process the electrode elements on the stack or the stack by pushing the respective electrode elements of the stack with slides, for example, and thereby aligning them.
  • the first electrode element is additionally moved, in particular pressed, into the lateral target position by a further, in particular stacking wheel, movable, further alignment element, with the further alignment element acting against a direction of action of the alignment element.
  • the lateral target position can be reached even more precisely.
  • the alignment element moves the respective electrode element from a first side towards the center and the further alignment element moves the respective electrode element from a second side opposite the first side towards the center.
  • the further alignment element is advantageous, since the respective electrode element can be pressed into the desired position from two sides.
  • the further alignment element is configured the same as the alignment element, apart from the inversion of the sides. Furthermore, it is preferably provided that the alignment element, and in particular the further alignment element, is moved axially to the axis of rotation at a frequency of between 0.5 Hz and 10 Hz. As a result of this movement, the respective electrode element is preferably only contacted once during its stay in the stacking wheel for alignment. This one-time contact is advantageous since the surface or the edge of the respective electrode element, in particular the first electrode element and/or the second electrode element, is protected.
  • the alignment element in particular and/or the further alignment element, vibrates axially to the axis of rotation at a frequency of more than 20 Hz.
  • the first electrode element and/or the second electrode element is gently moved into the lateral target position, since the movement is carried out with little force.
  • the low expenditure of force is possible because the respective electrode element is contacted several times with the vibrating alignment element. With each touch, the electrode element can be moved a small distance in the direction of the target position.
  • the alignment element is moved by an unbalanced drive unit.
  • the unbalanced drive unit is designed in particular as an unbalanced motor.
  • the unbalance motor is a rotary machine with adjustable weights attached to the shaft, which generate circular mechanical vibrations during operation due to the centrifugal forces that occur.
  • the frequency of the vibration of the unbalanced motor is determined in particular by the motor speed. With increasing frequency, the emitted vibration power increases. If the same mechanical vibration power is to be achieved with the engine running slowly as with a fast-running engine, the weights are increased in mass and/or diameter.
  • the frequency of the vibration of the alignment can be set by the speed of the unbalanced drive unit. The speed in turn is preferably specified via the voltage of the unbalanced drive unit.
  • the first electrode element, in particular and/or the second electrode element is contacted by the alignment element only in a partial area of the edge of the respective electrode element running radially to the axis of rotation. This is advantageous because the first electrode element and/or the second electrode element can be moved more gently as a result.
  • the invention also relates to a stacking device.
  • the stacking device is designed to produce an electrode stack with flat electrode elements and includes the following:
  • a supply unit which is designed to supply an electrode element
  • At least one stacking wheel which has an axis of rotation and a plurality of stacking fingers arranged radially to the axis of rotation, with a plurality of gaps being formed by the stacking fingers, which are each designed to accommodate at least one electrode element for transport;
  • a stacking position which is designed for the arrangement of the electrode stack.
  • the stacking device has an, in particular active, movable alignment element, which is designed to attach the electrode elements or the first electrode element and/or the second electrode element, in particular during transport through the stacking wheel to move a lateral target position.
  • the stacking wheel preferably has eight to thirty, in particular ten to twenty, stacking fingers.
  • the stacking fingers are distributed in particular over the circumference of the stacking wheel. Provision is preferably made for the alignment element to be arranged at a distance from the stacking wheel in the axial direction with respect to the axis of rotation. As a result of the axially spaced arrangement, the first electrode element and/or the second electrode element can be reliably moved by the alignment element even when the stacking wheel rotates quickly.
  • the alignment element is preferably fastened only on one fastening side of the alignment element.
  • the alignment element is preferably attached to the stacking device on only one side. Due to the one-sided attachment, the alignment element requires little maintenance and is more reliable.
  • the stacking device has an, in particular active, movable further alignment element, which is arranged on the other side of the axis of rotation with respect to a center of the axis of rotation or which is arranged on the other side of the axis of cut with respect to a radial cutting axis of the stacking wheel is.
  • the alignment elements are mirror-inverted.
  • the first electrode element and/or the second electrode element can be moved more precisely into the lateral desired position by the alignment element and the further alignment element. Due to the additional further alignment element, the respective electrode element can now be pressed from two different sides.
  • the further alignment element is preferably constructed in the same way as the alignment element, except for the inverted configuration.
  • the alignment element and/or the further alignment element has a curvature running essentially in the direction of rotation of the stacking wheel.
  • the aligning element is curved in such a way that it is curved towards the direction of rotation towards the central axis of the stacking wheel.
  • the distance from the central axis of the stacking wheel preferably corresponds to the desired lateral position. Due to the curvature, the respective electrode element can be moved further and further in the direction of the lateral target position as the rotation of the stacking wheel progresses.
  • the alignment element and the further alignment element preferably form a two-walled semi-funnel, with the two walls formed by the alignment elements being formed in particular opposite one another, so that the respective electrode elements can be contacted on two opposite sides, to be moved to the lateral set position.
  • the stacking device has a movable additional alignment element, which is arranged after the alignment element with respect to a direction of rotation of the stacking wheel.
  • the additional alignment element touches the electrode element for alignment, preferably on the same side as the alignment element, but later in time.
  • the additional alignment element can take over the fine alignment work, while the alignment element takes over the rough alignment work.
  • the additional alignment element can be operated with a smaller amplitude than the alignment element.
  • the stacking device has an entrained stack base for receiving the electrode stack.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a stacking device according to the invention with a stacking wheel and a movable alignment element for aligning electrode elements in a desired lateral position;
  • Fig. 2 is a further schematic representation of the stacking device with the
  • Alignment element and another alignment element each having a curvature
  • Fig. 3 is a schematic representation of a further embodiment of the
  • Fig. 4 is a schematic representation of a further embodiment of the
  • Fig. 5 is a schematic representation of a further embodiment of the
  • Fig. 6 is a schematic side view of another embodiment of the
  • Fig. 1 and Fig. 2 schematically show an embodiment of a stacking device 1.
  • the stacking device 1 has a stacking wheel 2 with a plurality of stacking fingers 3 .
  • the stacking wheel 2 rotates about an axis of rotation 4.
  • the stacking wheel 2 rotates clockwise when viewed in the image plane of FIG.
  • the rotational speed is preferably at least 20 revolutions per minute.
  • the stacking device 1 is formed with further stacking wheels 2, four in number according to FIG. 1 or FIG.
  • the other stacking wheels 2 are also arranged on the axis of rotation 4 .
  • the other stacking wheels 2 are preferably designed analogously to the stacking wheel 2 .
  • the description is continued below using only one stacking wheel 2 .
  • the features of a stacking wheel 2 are also valid for the other stacking wheels 2.
  • the stacking fingers 3 are according to the embodiment, in particular counterclockwise clockwise, curved.
  • the thickness of the respective stacking finger 3 preferably decreases with increasing distance from the axis of rotation 4 .
  • a space 5 is formed between the stacking fingers 3 in each case.
  • the intermediate space 5 is designed to accommodate a flat first electrode element 6.
  • a further gap 7 is formed between two in particular adjacent stacking fingers 3 of the gap 5 .
  • the further space 7 is formed to accommodate a flat second electrode element 8.
  • the stacking fingers 3 are distributed over the circumference of the stacking wheel 2 .
  • the first electrode element 6 and/or the second electrode element 8 can be designed, for example, as a cathode, anode or separator or intermediate layer. It is also possible that the first electrode element 6 and/or the second electrode element 8 is designed as a combined element, for example as a combination of cathode with separator, anode with separator. In addition or as an alternative, it can also be the case that the first electrode element 6 and/or the second electrode element 8 is designed as a cell which comprises a cathode, an anode and at least one separator.
  • the electric deniata 6, 7 and the first electrode element 6 and / or the second electrode element 8 are transported by the stacking wheel 2.
  • the transport ends in particular when the electrode elements 6 , 7 are removed from the stacking wheel, preferably one after the other, for example by means of a stripping element 9 , and are placed on an electrode stack 10 .
  • the electrode stack 10 is thus produced in particular by the electrode elements 6 , 7 deposited or transported by the stacking wheel 2 . Furthermore, the electrode stack 10 is produced at a stacking position 50 .
  • the electrode elements 6 , 7 are supplied to the stacking device 1 in particular by means of a supply unit which is designed as a supply device 11 .
  • the first electrode element 6 and/or the second electrode element 8 can also each have at least one cell conductor 12 .
  • the cell conductor 12 is used for electrically conductive contacting.
  • the cell conductor 12 can be different than shown in the figures denelements 6, 8 formed from only one side of the respective electrode.
  • the stacking device 1 also has an alignment element 13 .
  • the alignment element 13 is designed to be movable.
  • the alignment element 13 moves the first electrode element 6 and/or the second electrode element 8 into a lateral target position 14 .
  • the lateral target position 14 relates to the lateral alignment of the electrode elements 6, 8, i.e. the alignment axially with respect to the axis of rotation 4.
  • the lateral stacking accuracy of the electrode stack 10 can be increased.
  • the alignment element 13 is designed to be active and is connected to a drive unit, in particular an unbalanced drive unit 15 .
  • the unbalanced drive unit 15 or the unbalanced motor is designed to cause the alignment element 13 to oscillate.
  • the alignment element 13 is preferably vibrated by the unbalance drive unit 15 with at least 20 Hz.
  • the electrode elements 6, 8 are moved into the lateral desired position 14 by the vibration.
  • the alignment element 13 presses for the movement of the respective electrode element 6, 8 in the exemplary embodiment on a short side edge 16 of the respective electrode element 6, 8.
  • the pressing preferably takes place at high frequency and with several low-force contacts or touches.
  • the alignment element 13 is preferably designed in such a way that the short side edge 16 of the respective electrode element 6, 8 is touched only in a partial area 17 of the short side edge.
  • the partial area 17 lies in particular outside the area of the short edge in which the cell conductor 12 is formed. Due to the restriction of the alignment element 13 to the partial area 13, the respective electrode element 6, 8 can be touched by the alignment element 13 without the cell conductor 12 being loaded.
  • the aligning element 13 can, for example, be designed to be narrower than the entire short side edge or have a recess.
  • the alignment element 13 has a curvature 18 .
  • the curvature 18 runs essentially in the direction of rotation of the stacking wheel 2 or in the direction of a vertical axis 19 of the electrode stack produced.
  • the result of the curvature is that the lateral delimitation, which is created by the alignment element, comes closer to the respective electrode element 6, 7 as the transport of the respective electrode element 6, 7 progresses.
  • the alignment element 13 is closer to a center 20 of the axis of rotation 4 as the transport of the respective electrode element 6, 8 progresses.
  • the stacking device 1 also has a further alignment element 20 .
  • the further alignment element 20 is designed like the alignment element 13, but is mirror-inverted.
  • the further alignment element 20 is arranged axially on the other side of the stacking wheel 2 with respect to the axis of rotation 4 .
  • the aligning element 13 and the further aligning element 20 thus form a semi-funnel, as it were.
  • the further alignment element 20 can have a separate drive unit, which is designed like the imbalance drive unit 15, for example.
  • a direction of action 21 of the aligning element 13 and a further direction of action 22 of the further aligning element is thus directed inward, ie towards the center 19 of the axis of rotation.
  • the alignment element 13 is preferably fixed on one side, ie only on a fastening side 23 of the alignment element 13 .
  • the attachment side 23 is in particular at a point at which the alignment element 13 has the smallest deflection.
  • the fastening side 23 is therefore preferably as close as possible to the stripping element 9, the respective electrode element 6, 8 is preferably already in the lateral desired position 14 when stripping out and therefore no or no major deflection of the alignment element 13 is necessary in order to move the respective electrode element 6, 8 to align.
  • the alignment element 13 is arranged at a distance 24 from the stacking wheel 2 in the axial direction with respect to the axis of rotation 4 .
  • the stacking device 1 is designed analogously to the exemplary embodiment according to FIGS.
  • the one low-frequency drive unit 25 moves the alignment element 13 preferably at a frequency of 0.5 Hz and 10 Hz in the direction of action 21 and back. Due to the movement in the direction of effect 21, the respective electrode element 6, 8 is touched or pressed by means of the alignment element 13 on the short side edge 16, preferably until it is in the lateral desired position 14.
  • the alignment element 13 also has a bevel 26 in the edge pointing radially away from the drive unit, in particular the low-frequency drive unit 25 . Due to the bevel 26, the respective electrode element 6, 8, in particular the respective cell conductor 12, can be treated more gently.
  • the stacking device 1 preferably also has a stacking base 27 carried along, on which the respective electrode elements 6, 8 are placed or stacked.
  • the electrode stack 10 is produced on the bottom of the stack.
  • the stack base 27 is removed from the axis of rotation 4 in the radial direction, so that further electrode elements can be stacked.
  • the stack base 27 carried along is advantageous since all the electrode elements 6, 8 can be placed onto the electrode stack 10 from a small height and cannot be thrown down from different heights. In particular, at the start of the stacking process, the discharge height or storage height for the electric would be denetti 6, 8 without the entrained stacking base 27 high.
  • the further alignment element 20 is also provided in particular. According to the exemplary embodiment, the further alignment element 20 is formed as a mirror image of the alignment element 13 .
  • the two alignment elements 13, 20 preferably move synchronously, that is to say simultaneously to the center 19 and back again.
  • the respective electrode element 6, 8 is thus simultaneously touched on one side and on a side opposite to the side. In other words, the respective electrode element 6, 8 is touched simultaneously on both short side edges.
  • the further alignment element 20 is preferably moved by its own low-frequency drive unit 25, which cannot be seen in the figures.
  • the simultaneous contact by the alignment elements 13, 20 takes place correspondingly on the long sides of the electrode elements 6, 8.
  • the aligning element 13 has a bearing 28 having two values.
  • the axis of rotation of the bearing 28 is preferably rotated by 90° to the axis of rotation 4 .
  • the alignment element 13 is preferably designed with a narrow web 29 and a wide main surface 30 .
  • the narrow web 29 connects the wide main surface 30 to the bearing 28.
  • One advantage of the narrow web is that the respective cell conductor 12 is not touched or at least only slightly touched and the alignment in the partial area 17 is still on the electrode stack 10 or shortly before it is reached of the electrode stack 10 can be aligned.
  • FIG. 5 and 6 schematically show a further exemplary embodiment of the stacking device 1.
  • the stacking device 1 is designed analogously to FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 5 and 6 schematically show a further exemplary embodiment of the stacking device 1.
  • the stacking device 1 is designed analogously to FIGS. 3 and 4.
  • FIG. 5 and 6 schematically show a further exemplary embodiment of the stacking device 1.
  • the stacking device 1 is designed analogously to FIGS. 3 and 4.
  • the stacking device has a movable additional alignment element 31 .
  • the additional alignment element 31 is arranged on the same side of the stacking wheel 2 as the alignment element 13, except that the additional alignment element 31 is closer to the stack base 27 than the alignment element 13.
  • the additional alignment element preferably takes the position of the narrow stay 29 from FIGS. 3 and 4 a, while the Ausrichtele element 13 occupies only the position of the broad main surface 30 according to this embodiment. This is advantageous because the alignment element 13 and the additional alignment element 31 can now be operated at a different frequency.
  • the alignment element 13 can be operated at a low frequency, while the additional alignment element 31 is operated at a high frequency.
  • the additional alignment element 31 can be operated with a corresponding frequency, for example via a high-frequency drive unit 32, so that it vibrates.
  • the stacking device 1 preferably also has a further additional alignment element (not shown in the figures) below the further alignment element 20 and designed to be a mirror image of the additional alignment element 31 .
  • the stacking base 27 has an inclined position 33, the stacking base 27 is rotated counterclockwise by approximately 40° in the plane of the drawing.
  • This is advantageous because a gravity a passive longitudinal alignment of the electrode elements 6, 8 is vorgenom men.
  • the longitudinal alignment takes place on a long side edge of the respective electrode element 6 , 8 , in contrast to the lateral alignment, which relates in particular to a transverse alignment on the short side edge 16 .
  • the passive longitudinal alignment can be carried out without power, in particular without motor power, or the moving elements.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Elektrodenstapels (10) mit flächigen Elektrodenelementen (6, 8), bei welchem folgende Schritte durchgeführt werden: a) Bereitstellen eines ersten Elektrodenelements (6); b) Einbringen des ersten Elektrodenelements (6) in einen Zwischenraum (5), welcher durch Stapelfinger (3) zumindest eines um eine Rotationsachse (4) rotierenden Stapelrads (2) gebildet wird; c) Transportieren des ersten Elektrodenelements (6) mit dem Stapelrad (2); d) Entfernen des ersten Elektrodenelements (6) aus dem Zwischenraum (5); e) Anordnen des ersten Elektrodenelements (6) an einer Stapelposition (50); f) Bereitstellen eines zweiten Elektrodenelements (8); g) Einbringen des zweiten Elektrodenelements (8) in einen von dem Zwischenraum (5) unterschiedlichen weiteren Zwischenraum (7), welcher durch Stapelfinger (3) des Stapelrads (2) gebildet wird; h) Entfernen des zweiten Elektrodenelements (8) aus dem weiteren Zwischenraum (7); und i) Anordnen des zweiten Elektrodenelements (8) an der Stapelposition (50) und Erzeugen des Elektrodenstapels (10), wobei zumindest das erste Elektrodenelement (6) durch zumindest ein bewegliches Ausrichtelement (13) in eine laterale Sollposition (14) bewegt wird.

Description

Verfahren zum Erzeugen eines Elektrodenstapels und Stapelvorrichtung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Erzeugen eines Elektrodenstapels mit flächi gen Elektrodenelementen. Es wird mindestens ein erstes Elektrodenelement und ein zweites Elektrodenelement bereitgestellt. Die Elektrodenelemente werden in einen je weiligen Zwischenraum, welcher jeweils durch Stapelfinger zumindest eines um eine Rotationsachse rotierenden Stapelrads gebildet wird, eingebracht. Weiterhin werden die Elektrodenelemente mit dem Stapelrad transportiert und aus dem jeweiligen Zwi schenraum entfernt. Die Elektrodenelemente werden an einer Stapelposition angeord net und der Elektrodenstapel wird erzeugt. Die Erfindung betrifft auch eine entspre chende Stapelvorrichtung.
Das Stapeln von flächigen Elektrodenelementen ist bekannt. So werden Elektrodenele mente zur Herstellung von elektrochemischen Energiespeichern, wie Lithium-Ionen- Batterien, oder Energiewandlern, wie Brennstoffzellen, üblicherweise gestapelt. Insbe sondere bei der Herstellung von Pouch-Zellen, einer weit verbreiteten Bauform eines Lithium-Ionen- Akkumulators, werden Elektrodenelemente gestapelt.
Die Elektrodenelemente sind dabei üblicherweise als Kathode, basierend beispielsweise auf Aluminiumfolie, und/ oder Anode, basierend beispielsweise auf Kupferfolie, ausge bildet. Die kleinste Einheit jeder Lithium-Ionen-Zelle besteht aus zwei Elektroden und einem Separator, der die Elektroden voneinander trennt. Dazwischen befindet sich spä ter nach der Befüllung der ionenleitfähige Elektrolyt.
Beim Stapelvorgang werden die Elektrodenelemente in einem wiederholenden Zyklus aus Anode, Separator, Kathode, Separator und so weiter gestapelt.
Neben den übrigen Schritten der Herstellung von elektrochemischen Energiespeichern oder Brennstoffzellen, wie beispielsweise der Konfektionierung oder der Kontaktie rung, stellt der Schritt des Stapelns bei der Herstellung oftmals den Flaschenhals für den Fertigungsdurchsatz dar. Eine Beschleunigung des Stapels ist deshalb von großem Interesse.
Bekannte Verfahren zum Stapeln der Elektrodenelemente setzen auf einen Greif arm ei nes Roboters, welcher das Elektrodenelement greift und platziert. Nach bisherigem Wissen ist hier jedoch keine deutliche Geschwindigkeitserhöhung mehr zu erwarten.
Weitere bekannte Verfahren setzen für die Stapelbildung auf ein rotierendes Stapelrad, mit welchem die Elektrodenelemente auf einem Elektrodenstapel abgelegt werden.
Die WO 2020/212316 Al beschreibt hierzu ein Verfahren zur Herstellung eines Elektro denstapels aus Anoden und Kathoden für eine Lithium-Ionen-Batterie eines elektrisch angetriebenen Kraftfahrzeugs, bei dem die Anoden und die Kathoden in Aufnahmen eines rotatorisch angetriebenen oder rotatorisch antreibbaren Stapelrads gefördert wer den, und die in den Aufnahmen aufgenommenen Anoden und Kathoden anhand einer Rotation des Stapelrads zu einem Stapelfach gefördert werden.
Aufgabe der Erfindung ist es ein Verfahren bzw. eine Stapelvorrichtung zu schaffen, mit welchem bzw. bei welcher ein Elektrodenstapel mit flächigen Elektrodenelementen genauer erzeugt wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Verfahren sowie eine Stapelvorrich tung mit den Merkmalen gemäß den jeweiligen unabhängigen Ansprüchen gelöst. Vor teilhafte Ausführungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Bei einem erfindungsgemäßen Verfahren wird ein Elektrodenstapel mit flächigen Elekt rodenelementen, insbesondere eines elektrochemischen Energiespeichers oder eines Energieumwandlers erzeugt. Es werden folgende Schritte durchgeführt: a) Bereitstellen eines ersten Elektrodenelements; b) Einbringen des ersten Elektrodenelements in einen Zwischenraum, welcher durch Stapelfinger, insbesondere zwischen Stapelfingern, zumindest eines um eine Rotations achse rotierenden Stapelrads gebildet wird; c) Transportieren des ersten Elektrodenelements mit dem Stapelrad; d) Entfernen des ersten Elektrodenelements aus dem Zwischenraum; e) Anordnen des ersten Elektrodenelements an einer Stapelposition; f) Bereitstellen eines zweiten Elektrodenelements; g) Einbringen des zweiten Elektrodenelements in einen von dem Zwischenraum unter schiedlichen weiteren Zwischenraum, welcher durch Stapelfinger, insbesondere zwi schen Stapelfingern, des Stapelrads gebildet wird; h) Entfernen des zweiten Elektrodenelements aus dem weiteren Zwischenraum; und i) Anordnen des zweiten Elektrodenelements an der Stapelposition und Erzeugen des Elektrodenstapels.
Als ein wichtiger Gedanke der Erfindung ist es vorgesehen, dass zumindest das erste Elektrodenelement und/ oder das zweite Elektrodenelement durch zumindest ein, ins besondere stapelradfremdes, insbesondere aktiv, bewegliches Ausrichtelement in eine laterale Sollposition bewegt wird.
Der Erfindung liegt die Erkenntnis zu Grunde, dass die Stapelgenauigkeit durch das be wegliche Ausrichtelement erhöht werden kann. Durch das bewegliche Ausrichtelement können die Elektrodenelemente in lateraler Richtung, also insbesondere in axiale Rich tung bezüglich der Rotationsachse des Stapelrads, genauer ausgerichtet werden. Durch die genauere Stapelbildung kann ein elektrochemischer Energiespeichers oder ein Ener- gieumwandler leistungsfähiger ausgebildet werden.
Bei bekannten Stapelvorrichtungen zum Erzeugen eines Elektrodenstapels ist lediglich eine unbewegliche Seitenwand bekannt, welche das seitliche Ausrichten übernimmt. Durch die unbewegliche Seitenwand können die Elektrodenelemente jedoch nur mit ei ner geringeren Genauigkeit ausgerichtet werden. Die laterale Sollposition kann als absolute Sollposition ausgebildet sein, bei welcher die seitliche Ausrichtung der Elektrodenelemente bezüglich eines Bezugspunkte an der Sta pelvorrichtung oder extern zur Stapelvorrichtung durchgeführt wird. Alternativ kann die laterale Sollposition aber auch als relative Sollposition ausgebildet sein, bei welche die Elektrodenelemente der Bezug zur Ausrichtung die Elektrodenelemente selbst sind. Insbesondere ist es bei der relativen Sollposition dann nur vorgesehen, dass beim er zeugten Elektrodenstapel keine Elektrodenelemente seitlich zu weit aus dem Elektro denstapel herausragen.
Das Ausrichtelement kann mit zumindest einem, insbesondere zweiwertigen, Lager an der Stapelvorrichtung beweglich befestigt sein.
Das Ausrichtelement kann aber auch lagerlos ausgebildet sein.
Bei der lagerlosen Ausgestaltung, ist das Ausrichtelement vorzugsweise leicht flexibel, so dass das Ausrichtelement, obwohl es an zumindest einer Stelle fest mit einer Stapel vorrichtung verbunden ist, in Schwingung oder in eine Vibration, also eine insbeson dere hochfrequente, Hin- und Her-Bewegung in axiale Richtung versetzt werden kann. Die Elektrodenelemente können dann durch die axiale Bewegung des Ausrichtelements in die laterale Solposition gebracht werden.
In der lateralen Sollposition sind die Elektrodenelemente insbesondere fluchtend bzw. deckungsgleich übereinandergestapelt. Dadurch wird ein genauer Elektrodenstapel ge bildet und die Leistungsfähigkeit des Energiespeichers oder des Energiewandlers wird erhöht.
Insbesondere ist es vorgesehen, dass die Ausrichtung der Elektrodenelemente mit einer Genauigkeit von mindestens +/- 0,2 mm, vorzugsweise mindestens +/- 0,1 mm, durch geführt wird, d.h. die Abweichung von der lateralen Sollposition soll insbesondere höchsten 0,2 mm, vorzugsweise höchstens 0,1 mm betragen. Insbesondere ist das Ausrichtelement mit einem Aktor gekoppelt, welcher das Ausrich telement aktiv bewegt.
Das Ausrichtelement kann beispielsweise durch ein Metall, insbesondere eine Alumini umlegierung, ausgebildet sein.
Insbesondere ist das erste Elektrodenelement als Kathode ausgebildet und dass zweite Elektrodenelement als Anode. Zwischen das erste Elektrodenelement und das zweite Elektrodenelement wird insbesondere ein Separator bzw. eine Trennschicht angeord net. Vorzugsweise wiederholt sich dieser Aufbau wie weiter oben beschrieben.
Alternativ können die Elektrodenelemente auch schon als vorgefertigte Zelle, welche eine Kathode, eine Anode und zumindest eine Trennschicht umfasst, ausgebildet sein. Dann kann das erste Elektrodenelement eine erste Zelle sein und das zweite Elektro denelement kann eine zweite Zelle sein.
Die Stapelgenauigkeit, welche durch das bewegliche Ausrichtelement erreicht wird, kann beispielsweise durch den Einsatz von Kamerasystemen der Stapelvorrichtung er fasst werden.
Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das zweite Elektrodenelement gleichzeitig mit dem ersten Elektrodenelement durch das Ausrichtelement in die laterale Sollposition bewegt wird. Das Ausrichtelement kann also mindestens zwei Elektrodenelemente gleichzeitig ausrichten. Dadurch kann das Ausrichten schneller durchgeführt werden und der Elektrodenstapel kann schneller erzeugt werden.
In einer weiteren vorzugsweisen Ausführungsform werden mindestens drei Elektro denelemente gleichzeitig durch das Ausrichtelement ausgerichtet. Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass zumindest das erste Elektrodenele ment, insbesondere und/ oder das zweite Elektrodenelement, durch das Ausrichtele ment an einer radial zur Rotationsachse verlaufenden Kante des ersten Elektrodenele ments in die laterale Sollposition gedrückt wird. Insbesondere ist die radial zur Rotati onsachse verlaufenden Kante die kurze Kante des Elektrodenelements. Durch das Drü cken des ersten Elektrodenelements an der kurzen Kante, kann das Elektrodenelement schonend in die die Sollposition bewegt werden.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Bewegung zumindest des ersten Elektrodenelements, insbesondere und/ oder des zweiten Elektrodenelements, in die la terale Sollposition durchgeführt wird, während das erste Elektrodenelement im Zwi schenraum transportiert wird. Vorteilhaft ist das, da die Ausrichtung schon durchge führt wird bevor das jeweilige Elektrodenelement auf den Elektrodenstapel gelegt wird. Als Folge ist es nicht mehr notwendig, die Elektrodenelemente auf dem Stapel bzw. den Stapel nachträglich zu bearbeiten, indem die jeweiligen Elektrodenelemente des Stapels beispielsweise mit Schiebern geschoben und dadurch ausgerichtet werden.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass zumindest das erste Elektrodenelement zusätzlich durch ein, insbesondere stapelradfremdes, bewegliches weiteres Ausrichtele ment in die laterale Sollposition bewegt, insbesondere gedrückt, wird, wobei das wei tere Ausrichtelement entgegen einer Wirkungsrichtung des Ausrichtelements wirkt. Dadurch kann die laterale Sollposition noch genauer erreicht werden. Insbesondere ist es vorgesehen, dass das das Ausrichtelement das jeweilige Elektrodenelement von einer ersten Seite zur Mitte hin bewegt und das weitere Ausrichtelement das jeweilige Elekt rodenelement von einer der ersten Seite gegenüberliegenden zweiten Seite zur Mitte hin bewegt. Vorteilhaft ist, das weitere Ausrichtelement, da das jeweilige Elektroden element von zwei Seiten in die Sollposition gedrückt werden kann.
Das weitere Ausrichtelement ist insbesondere, abgesehen von der Seitenverkehrtheit, gleich wie das Ausrichtelement ausgebildet. Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Ausrichtelement, und insbesondere das weitere Ausrichtelement mit einer Frequenz zwischen 0,5 Hz und 10 Hz axial zur Rotationsachse bewegt wird. Durch diese Bewegung wird das jeweilige Elektrodenele ment vorzugsweise nur einmal während des Aufenthalts im Stapelrad zur Ausrichtung kontaktiert. Vorteilhaft ist dieser einmalige Kontakt, da die Oberfläche oder die Kante des jeweiligen Elektrodenelements, insbesondere des ersten Elektrodenelements und/ oder des zweiten Elektrodenelements, geschont wird.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Ausrichtelement, insbesondere und/ oder das weitere Ausrichtelement, mit einer Frequenz von mehr als 20 Hz axial zur Rotationsachse vibriert. Durch die Vibration wird das erste Elektrodenelement und/ oder das zweite Elektrodenelement schonend in die laterale Sollposition bewegt, da die Bewegung mit wenig Kraft durchgeführt wird. Der geringe Kraftaufwand ist möglich, da das jeweilige Elektrodenelement mehrmals mit dem vibrierenden Ausrich telement kontaktiert wird. Mit jeder Berührung kann das Elektrodenelement ein kleines Stück in Richtung der Sollposition bewegt werden.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Ausrichtelement durch eine Un wuchtantriebseinheit bewegt wird. Die Unwuchtantriebseinheit ist insbesondere als Unwuchtmotor ausgebildet. Der Unwuchtmotor ist eine Rotationsmaschine, an deren Welle verstellbare Gewichte angebracht sind, die wegen der auftretenden Fliehkräfte im Betrieb kreisförmige mechanische Schwingungen erzeugen. Die Frequenz der Schwin gung des Unwuchtmotors wird insbesondere durch die Motordrehzahl bestimmt. Mit steigender Frequenz steigt die abgegebene Schwingleistung. Soll bei langsam laufen dem Motor die gleiche mechanische Schwingleistung wie bei schnell laufendem Motor erreichen, so werden die Gewichte in Masse und/ oder Durchmesser vergrößert. Die Frequenz der Vibration des Ausrichtelements kann durch die Drehzahl der Unwucht antriebseinheit vorgegeben werden. Die Drehzahl wiederum wird vorzugsweise über die Spannung der Unwuchtantriebseinheit vorgegeben. Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass zumindest erste Elektrodenelement, insbesondere und/ oder das zweite Elektrodenelement, durch das Ausrichtelement nur in einem Teilbereich der radial zur Rotationsachse verlaufenden Kante des jeweiligen Elektrodenelements kontaktiert wird. Vorteilhaft ist dies, da das erste Elektrodenele ment und/ oder das zweite Elektrodenelement, dadurch schonendender bewegt werden kann.
Die Erfindung betrifft auch eine Stapelvorrichtung. Die Stapelvorrichtung ist ausgebil det einen Elektrodenstapel mit flächigen Elektrodenelementen zu erzeugen und um fasst folgendes:
- eine Bereitstellungseinheit, welche ausgebildet ist ein Elektrodenelement bereitzustel len;
- zumindest ein Stapelrad, welches eine Rotationsachse und mehrere radial zur Rotati onsachse angeordnete Stapelfinger aufweist, wobei durch die Stapelfinger mehrere Zwischenräume gebildet sind, welche jeweils ausgebildet sind, mindestens ein Elektro denelement zum Transport aufzunehmen; und
- eine Stapelposition, welche für die Anordnung des Elektrodenstapels ausgebildet ist.
Als ein wichtiger Gedanke der Erfindung ist es vorgesehen, dass die Stapelvorrichtung ein, insbesondere aktiv, bewegliches Ausrichtelement aufweist, welches ausgebildet ist, die Elektrodenelemente bzw. das erste Elektrodenelement und/ oder das zweite Elekt rodenelement, insbesondere während des Transports durch das Stapelrad, an eine late rale Sollposition zu bewegen.
Das Stapelrad weist vorzugsweise acht bis dreißig, insbesondere zehn bis zwanzig, Sta pelfinger auf.
Die Stapelfinger sind insbesondere über den Umfang des Stapelrads verteilt angeord net. Vorzugsweise ist es vorgesehen, dass das Ausrichtelement in axialer Richtung bezüg lich der Rotationsachse vom Stapelrad beabstandet angeordnet ist. Durch die axial be- abstandete Anordnung kann das erste Elektrodenelement und/ oder das zweite Elektro denelement auch bei schneller Rotation des Stapelrads zuverlässig vom Ausrichtele ment bewegt werden.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Ausrichtelement nur an einer Befes tigungsseite des Ausrichtelements befestigt ist. Mit anderen Worten ist das Ausrichtele ment vorzugsweise nur einseitig an der Stapelvorrichtung befestigt. Durch die Einsei tige Befestigung ist das Ausrichtelement wartungsarmer und zuverlässiger ausgebildet.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Stapelvorrichtung ein, insbesondere aktiv, bewegliches weiteres Ausrichtelement aufweist, welches bezüglich einer Mitte der Rotationsachse auf der anderen Seite der Rotationsachse angeordnet ist bzw. wel ches bezüglich einer radialen Schnittachse des Stapelrads auf der anderen Seite der Schnittachse angeordnet ist. Vorzugsweise sind die Ausrichtelemente spiegelverkehrt ausgebildet. Durch das Ausrichtelement und das weitere Ausrichtelement kann das erste Elektrodenelement und/ oder das zweite Elektrodenelement genauer in die late rale Sollposition bewegt werden. Durch das zusätzliche weiter Ausrichtelement kann das jeweilige Elektrodenelement nun von zwei verschiedenen Seiten gedrückt werden. Das weiteres Ausrichtelement ist vorzugsweise, bis auf die seitenverkehrte Ausbildung, baugleich wie das Ausrichtelement ausgebildet.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass das Ausrichtelement, und/ oder das weitere Ausrichtelement, eine im Wesentlichen in Richtung der Rotationsrichtung des Stapelrads verlaufende Krümmung aufweist. Insbesondere ist das Ausrichtelement der art gekrümmt, dass es in Richtung der Rotationsrichtung zur Mittelachse des Stapelrads hingekrümmt ist. Am unteren Ende des Ausrichtelements entspricht der Abstand von der Mittelachse des Stapelrads vorzugsweise der lateralen Sollposition. Durch die Krümmung kann das jeweilige Elektrodenelement mit fortschreitender Rotation des Stapelrads immer weiter in Richtung der lateralen Sollposition bewegt werden. Für den Fall, dass die Stapelvorrichtung ein weiteres Ausrichtelement aufweist, bilden das Aus richtelement und das weitere Ausrichtelement vorzugsweise einen zweiwandigen Halbtrichter, wobei die durch die Ausrichtelemente gebildeten zwei Wände insbeson dere gegenüberliegend ausgebildet sind, so dass die jeweiligen Elektrodenelemente an zwei gegenüberliegenden Seiten kontaktiert werden können, um in die laterale Sollpo sition bewegt zu werden.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Stapelvorrichtung ein bewegliches Zusatzausrichtelement aufweist, welches bezüglich einer Drehrichtung des Stapelrads nach dem Ausrichtelement angeordnet ist. Das Zusatzausrichtelement berührt das Elektrodenelement zum Ausrichten vorzugsweise an derselben Seite wie das Ausrich telement, jedoch zeitlich erst später. So kann das Zusatzausrichtelement beispielsweise die Feinausrichtarbeit übernehmen, während das Ausrichtelement die Grobausrichtar- beit übernimmt. So kann das Zusatzausrichtelement beispielsweise mit einer kleineren Amplitude betrieben werden als das Ausrichtelement.
Weiterhin ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Stapelvorrichtung einen mitgeführ ten Stapelboden zur Aufnahme des Elektrodenstapels aufweist.
Die mit Bezug auf das erfindungsgemäße Verfahren vorgestellten bevorzugten Ausfüh rungsformen und deren Vorteile gelten entsprechend für die erfindungsgemäße Stapel vorrichtung und umgekehrt.
Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen, den Figuren und der Figurenbeschreibung.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachfolgend anhand einer schematischen Zeichnung näher erläutert.
Dabei zeigen: Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer erfin dungsgemäßen Stapelvorrichtung mit einem Stapelrad und einem beweg lichen Ausrichtelement zum Ausrichten von Elektrodenelementen in eine laterale Sollposition;
Fig. 2 eine weitere schematische Darstellung der Stapelvorrichtung mit dem
Ausrichtelement und einem weiteren Ausrichtelement, welche jeweils eine Krümmung aufweisen;
Fig. 3 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der
Stapelvorrichtung mit den Ausrichtelementen und jeweils einer Niederfre quenzantriebseinheit;
Fig. 4 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der
Stapelvorrichtung mit den Ausrichtelementen und den Niederfrequenzan triebseinheiten, beim Erzeugen eine Elektrodenstapels;
Fig. 5 eine schematische Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der
Stapelvorrichtung mit einem Zusatzausrichtelement; und
Fig. 6 eine schematische Seitenansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der
Stapelvorrichtung mit dem Zusatzausrichtelement und einem Stapelbo den in Schrägstellung.
In den Figuren werden gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit den gleichen Be zugszeichen versehen.
Fig. 1 und Fig. 2 zeigen schematisch ein Ausführungsbeispiel einer Stapelvorrichtung 1.
Die Stapelvorrichtung 1 weist ein Stapelrad 2 mit mehreren Stapelfingern 3 auf. Das Stapelrad 2 dreht sich um eine Rotationsachse 4. Insbesondere dreht sich das Sta pelrad 2 in der Bildebene von Fig. 1 betrachtet im Uhrzeigersinn. Die Rotationsge schwindigkeit ist vorzugsweise mit mindestens 20 Umdrehungen pro Minute vorgege ben.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist die Stapelvorrichtung 1 mit weiteren Stapelrädern 2, gemäß Fig. 1 oder Fig. 2 vier an der Zahl, ausgebildet. Die weiteren Stapelräder 2 sind auch an der Rotationsachse 4 angeordnet.
Vorzugsweise sind die weiteren Stapelräder 2 analog zum Stapelrad 2 ausgebildet. Im Weiteren wird die Beschreibung anhand nur eines Stapelrads 2 fortgesetzt. Die Merk male des einen Stapelrads 2 sind auch für die weiteren Stapelräder 2 gültig.
Die Stapelfinger 3 sind gemäß dem Ausführungsbeispiel, insbesondere gegen den Uhr zeigersinn, gekrümmt ausgebildet.
Ferner verjüngt sich die Dicke des jeweiligen Stapelfingers 3 mit zunehmender Entfer nung von der Rotationsachse 4 vorzugsweise.
Zwischen den Stapelfingern 3 ist jeweils ein Zwischenraum 5 ausgebildet. Der Zwi schenraum 5 ist ausgebildet zur Aufnahme eines flächigen ersten Elektrodenelements 6.
Weiterhin ist zwischen zwei insbesondere benachbarten Stapelfingern 3 des Zwischen raums 5 ein weiterer Zwischenraum 7 ausgebildet. Der weitere Zwischenraum 7 ist aus gebildet zur Aufnahme eines flächigen zweiten Elektrodenelements 8.
Die Stapelfinger 3 sind über den Umfang des Stapelrads 2 verteilt angeordnet.
Das erste Elektrodenelement 6 und/ oder das zweite Elektrodenelement 8 kann bei spielsweise als Kathode, Anode oder Separator bzw. Zwischenschicht ausgebildet sein. Es kann auch sein, dass das erste Elektrodenelement 6 und/ oder das zweite Elektro denelement 8 als kombiniertes Element, beispielsweise als Kombination aus Kathode mit Separator, Anode mit Separator ausgebildet ist. Ergänzend oder alternativ kann es auch sein, dass erste Elektrodenelement 6 und/ oder das zweite Elektrodenelement 8 als Zelle ausgebildet ist, welche eine Kathode, eine Anode und zumindest einen Separator umfasst.
Die Elektro denelemente 6, 7 bzw. das erste Elektrodenelement 6 und/ oder das zweite Elektrodenelement 8 werden durch das Stapelrad 2 transportiert. Der Transport endet insbesondere damit, dass die Elektrodenelemente 6, 7, vorzugsweise der Reihe nach, aus dem Stapelrad entfernt werden, beispielsweise mittels einem Ausstreifelement 9, und auf einem Elektrodenstapel 10 abgelegt werden.
Der Elektrodenstapel 10 wir also insbesondere durch die vom Stapelrad 2 abgelegten oder antransportierten Elektrodenelemente 6, 7 erzeugt. Weiterhin wird der Elektroden- stapel 10 an einer Stapelposition 50 erzeugt.
Weiterhin werden die Elektrodenelemente 6, 7 insbesondere mittels einer Bereitstel lungseinheit, welche als Zufuhrvorrichtung 11 ausgebildet ist, der Stapelvorrichtung 1 zugeführt.
Das erste Elektrodenelement 6 und/ oder das zweite Elektrodenelement 8 kann ferner jeweils auch zumindest einen Zellableiter 12 aufweisen. Der Zellableiter 12 wird zur elektrisch leitenden Kontaktierung genutzt. Der Zellableiter 12 kann anders als in den Figuren dargestellt auch nur auf einer Seite des jeweiligen Elektro denelements 6, 8 aus gebildet sein.
Die Stapelvorrichtung 1 weist auch ein Ausrichtelement 13 auf. Das Ausrichtelement 13 ist beweglich ausgebildet. Durch das Ausrichtelement 13 wird das erste Elektiodenele- ment 6 und/ oder das zweite Elektrodenelement 8 in eine laterale Sollposition 14 be wegt. Die laterale Sollposition 14 betrifft die seitliche Ausrichtung der Elektrodenelemente 6, 8, also die Ausrichtung axial bezüglich der RotaÜonsachse 4.
Durch die Ausrichtung der Elektrodenelemente 6, 8 in die laterale Sollposition 14 kann die seitliche Stapelgenauigkeit des Elektrodenstapels 10 erhöht werden.
Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist das Ausrichtelement 13 aküv ausgebildet und mit einer Antriebseinheit, insbesondere einer Unwuchtantriebseinheit 15, verbunden. Die Unwuchtantriebseinheit 15 bzw. der Unwuchtmotor ist dazu ausgebildet, das Ausrich telement 13 in Schwingung zu versetzen. Vorzugsweise wird das Ausrichtelement 13 durch die Unwuchtantriebseinheit 15 mit mindestens 20 Hz vibriert.
Durch die VibraÜon werden die Elektrodenelemente 6, 8 in die laterale Sollposition 14 bewegt.
Das Ausrichtelement 13 drückt für die Bewegung des jeweiligen Elektrodenelementes 6, 8 im Ausführungsbeispiel an eine kurze Seitenkante 16 des jeweiligen Elektrodenele mentes 6, 8. Vorzugsweise erfolgt das Drücken hochfrequent und mit mehreren kraftar- men Kontakten bzw. Berührungen.
Das Ausrichtelement 13 ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass die kurze Seitenkante 16 des jeweiligen Elektrodenelementes 6, 8 nur in einem Teilbereich 17 der kurzen Sei tenkante berührt wird. Der Teilbereich 17 liegt insbesondere außerhalb des Bereichs der kurzen Kante in welchem der Zellableiter 12 ausgebildet ist. Durch die Beschränkung des Ausrichtelements 13 auf den Teilbereich 13 kann das jeweilige Elektrodenelement 6, 8 durch das Ausrichtelement 13 berührt werden ohne, dass der Zellableiter 12 belastet wird. Um das jeweilige Elektrodenelement 6, 8 nur im Teilbereich 17 zu berühren, kann das Ausrichtelement 13 beispielsweise schmäler als die gesamte kurze Seitenkante ausgebil det sein oder eine Aussparung aufweisen.
Das Ausrichtelement 13 weist gemäß dem Ausführungsbeispiel eine Krümmung 18 auf. Die Krümmung 18 verläuft im Wesentlichen in Drehrichtung des Stapelrads 2 oder in Richtung einer Hochachse 19 des erzeugten Elektrodenstapels. Die Krümmung führt dazu, dass die seitliche Begrenzung, welche durch das Ausrichtelement geschaffen wird, mit fortschreitendem Transport des jeweiligen Elektrodenelements 6, 7 dem je weiligen Elektrodenelement 6, 7 näher kommt. Also mit anderen Worten ist das Aus richtelement 13 durch die Krümmung mit fortschreitendem Transport des jeweiligen Elektrodenelements 6, 8 näher an einer Mitte 20 der Rotationsachse 4. Dadurch wird das jeweilige Elektrodenelement 6, 8 immer weiter in Richtung der lateralen Sollposi tion 14 bewegt.
Insbesondere weist die Stapelvorrichtung 1 auch ein weiteres Ausrichtelement 20 auf. Das weitere Ausrichtelement 20 ist gemäß dem Ausführungsbeispiel wie das Ausrich telement 13 ausgebildet, jedoch spiegelverkehrt. Insbesondere ist das weitere Ausrich telement 20 bezüglich der Rotationsachse 4 betrachte axial auf der anderen Seite des Stapelrads 2 angeordnet.
Das Ausrichtelement 13 und das weitere Ausrichtelement 20 bilden also quasi einen Halbtrichter.
Das weitere Ausrichtelement 20 kann eine separate Antriebseinheit aufweisen, welche beispielsweise wie die Unwuchtantriebseinheit 15 ausgebildet ist.
Eine Wirkungsrichtung 21 des Ausrichtelements 13 und ein weitere Wirkungsrichtung 22 des weiteren Ausrichtelements ist also jeweils nach innen, also zur Mitte 19 der Rota tionsachse gerichtet. Weiterhin ist das Ausrichtelement 13 vorzugsweise einseitig, also nur an einer Befesti gungsseite 23 des Ausrichtelements 13 befestigt. Die Befestigungsseite 23 ist dabei ins besondere an einer Stelle, an welcher das Ausrichtelement 13 die kleinste Auslenkung aufweist. Vorzugsweise ist die Befestigungsseite 23 also möglichst nahe am Ausstrei felement 9, das jeweilige Elektrodenelement 6, 8 beim Ausstreifen vorzugsweise schon in der lateralen Sollposition 14 ist und deshalb keine bzw. keine große Auslenkung des Ausrichtelements 13 mehr nötig ist, um das jeweilige Elektrodenelement 6, 8 auszurich ten.
Insbesondere ist das Ausrichtelement 13 ist in axialer Richtung bezüglich der Rotations achse 4 vom Stapelrad 2 mit einem Abstand 24 angeordnet ist.
Fig. 3 und Fig. 4 zeigen schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Stapelvor richtung 1. Die Stapelvorrichtung 1 ist analog zum Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 und Fig. 2 ausgebildet, jedoch ist eine Niederfrequenzantriebseinheit 25 zum Antrieb bzw. zur Bewegung des Ausrichtelements 13 vorgesehen. Die eine Niederfrequenzantriebs einheit 25 bewegt das Ausrichtelement 13 vorzugsweise mit einer Frequenz von 0,5 Hz und 10 Hz in die Wirkungsrichtung 21 und zurück. Durch die Bewegung in die Wir kungsrichtung 21 wird das jeweilige Elektrodenelement 6, 8 mittels des Ausrichtele ments 13 an der kurzen Seitenkante 16 berührt oder gedrückt, vorzugsweise so lange, bis es sich in der lateralen Sollposition 14 befindet.
Das Ausrichtelement 13 weist zudem im von der Antriebseinheit, insbesondere der Nie derfrequenzantriebseinheit 25, radial wegweisenden Rand eine Abschrägung 26 auf. Durch die Abschrägung 26 kann das jeweilige Elektrodenelement 6, 8, insbesondere der jeweilige Zellableiter 12, schonender behandelt werden.
Die Stapelvorrichtung 1 weist vorzugsweise auch einen mitgeführten Stapelboden 27 auf, auf welchen die jeweiligen Elektrodenelemente 6, 8 abgelegt bzw. abgestapelt wer den. Auf dem Stapelboden wird gemäß dem Ausführungsbeispiel der Elektrodenstapel 10 erzeugt. Der Stapelboden 27 wird mit zunehmendem Elektrodenstapel 10 von der der Rotations achse 4 in radiale Richtung entfernt, so dass weitere Elektrodenelement aufgestapelt werden können. Vorteilhaft ist der mitgeführte Stapelboden 27, da alle Elektrodenele mente 6, 8 aus einer geringen Höhe auf den Elektrodenstapel 10 abgelegt werden kön nen und nicht aus unterschiedlichen Höhen heruntergeworfen werden. Insbesondere bei Beginn des Stapelvorgangs wäre die Abwurfhöhe bzw. Ablegehöhe für die Elektro denelemente 6, 8 ohne den mitgeführten Stapelboden 27 hoch.
Ergänzend ist insbesondere auch das weitere Ausrichtelement 20 vorgesehen. Gemäß dem Ausführungsbeispiel ist das weiter Ausrichtelement 20 spiegelverkehrt zum Aus richtelement 13 ausgebildet.
Vorzugsweise bewegen sich die beiden Ausrichtelemente 13, 20 synchron, also gleich zeitig zur Mitte 19 und wieder zurück. Das jeweilige Elektrodenelement 6, 8 wird dadurch gleichzeitig an einer Seite und an einer der Seite gegenüberliegenden Seite be rührt. Mit anderen Worten wird das jeweilige Elektrodenelement 6, 8 also gleichzeitig an beiden kurzen Seitenkanten berührt.
Das weitere Ausrichtelement 20 wird vorzugsweise durch eine eigenen Niederfre quenzantriebseinheit 25 bewegt, welche in den Figuren nicht zu sehen ist.
Falls die Elektrodenelemente um ihre Hochachse bzw. ihren Normalenvektor um 90° gedreht wie in den Figuren gezeigt im Stapelrad 2 angeordnet sind, findet die gleichzei tige Berührung durch die Ausrichtelemente 13, 20 entsprechend an den langen Seiten der Elektrodenelemente 6, 8 statt.
Weiterhin weist das Ausrichtelement 13 gemäß dem Ausführungsbeispiel ein zweiwer tige Lager 28 auf. Die Drehachse des Lagers 28 ist dabei vorzugsweise um 90° zur Rota tionsachse 4 gedreht ausgebildet. Vorzugsweise ist das Ausrichtelement 13 gemäß dem Ausführungsbeispiel mit einem schmalen Steg 29 und einer breiten Hauptfläche 30 ausgebildet. Der schmale Steg 29 verbindet die breite Hauptfläche 30 mit dem Lager 28. Ein Vorteil des schmalen Stegs ist, dass die jeweiligen Zellableiter 12 nicht oder zumindest nur gering berührt werden und die Ausrichtung im Teilbereich 17 trotzdem auch noch auf dem Elektrodenstapel 10 oder kurz vor Erreichen des Elektrodenstapels 10 ausgerichtet werden können.
Fig. 5 und Fig. 6 zeigen schematisch ein weiteres Ausführungsbeispiel der Stapelvor richtung 1. Die Stapelvorrichtung 1 ist analog zu den Fig. 3 und Fig. 4 ausgebildet.
Ergänzend weist die Stapelvorrichtung ein bewegliches Zusatzausrichtelement 31 auf. Das Zusatzausrichtelement 31 ist auf derselben Seite des Stapelrads 2 wie das Ausrich telement 13 angeordnet, nur dass das Zusatzausrichtelement 31 näher am Stapelboden 27 ist als das Ausrichtelement 13. Das Zusatzausrichtelement nimmt vorzugsweise die Position des schmalen Stags 29 aus den Fig. 3und Fig. 4 ein, während das Ausrichtele ment 13 gemäß diesem Ausführungsbeispiel nur die Position der breiten Hauptfläche 30 einnimmt. Vorteilhaft ist dies, da das Ausrichtelement 13 und das Zusatzausrichtele ment 31 nun mit einer unterschiedlichen Frequenz betrieben werden können. So kann das Ausrichtelement 13 beispielsweise mit einer niedrigen Frequenz betrieben werden, während das Zusatzausrichtelement 31 mit einer hohen Frequenz betreiben wird. Das Zusatzausrichtelement 31 kann beispielsweise über eine Hochfrequenzantriebseinheit 32 mit einer entsprechenden Frequenz betrieben werden, so dass es vibriert.
Vorzugsweise weist die Stapelvorrichtung 1 gemäß diesem Ausführungsbeispiel auch ein zum Zusatzausrichtelement 31 spiegelverkehrt ausgebildetes weiteres Zusatzaus richtelement (in den Figuren nicht dargestellt) unterhalb des weiteren Ausrichtelements 20 auf.
Fig. 6 zeigt die Stapelvorrichtung in schematischer Seitenansicht. Weiterhin weist der Stapelboden 27 eine Schrägstellung 33 auf, ist der Stapelboden 27 in der Bildebene um ca. 40° gegen den Uhrzeigersinn gedreht ausgebildet. Vorteilhaft ist dies, da eine durch die Schwerkraft eine passive Längsausrichtung der Elektrodenelemente 6, 8 vorgenom men wird. Die Längsausrichtung findet gemäß des Ausführungsbeispiels im Gegensatz zur lateralen Ausrichtung, welche insbesondere eine Querausrichtung an der kurzen Seitenkante 16 betrifft, an einer langen Seitenkante des jeweiligen Elektrodenelements 6, 8 statt. Die passive Längsausrichtung kann kraftlos, insbesondere ohne Motorkraft, o- der bewegliche Elemente durchgeführt werden.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zum Erzeugen eines Elektrodenstapels (10) mit flächigen Elektrodenele menten (6, 8), bei welchem folgende Schritte durchgeführt werden: a) Bereitstellen eines ersten Elektrodenelements (6); b) Einbringen des ersten Elektrodenelements (6) in einen Zwischenraum (5), welcher durch Stapelfinger (3) zumindest eines um eine Rotationsachse (4) rotierenden Sta- pelrads (2) gebildet wird; c) Transportieren des ersten Elektrodenelements (6) mit dem Stapelrad (2); d) Entfernen des ersten Elektrodenelements (6) aus dem Zwischenraum (5); e) Anordnen des ersten Elektrodenelements (6) an einer Stapelposition (50); f) Bereitstellen eines zweiten Elektrodenelements (8); g) Einbringen des zweiten Elektrodenelements (8) in einen von dem Zwischenraum (5) unterschiedlichen weiteren Zwischenraum (7), welcher durch Stapelfinger (3) des Stapelrads (2) gebildet wird; h) Entfernen des zweiten Elektrodenelements (8) aus dem weiteren Zwischenraum (7); und i) Anordnen des zweiten Elektrodenelements (8) an der Stapelposition (50) und Erzeu gen des Elektrodenstapels (10), dadurch gekennzeichnet, dass zumindest das erste Elektrodenelement (6) durch zumindest ein bewegliches Ausrich telement (13) in eine laterale Sollposition (14) bewegt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei das zweite Elektrodenelement (8) gleichzeitig mit dem ersten Elektrodenelement (6) durch das Ausrichtelement (13) in die laterale Sollposition (14) bewegt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei zumindest das erste Elektrodenelement (6) durch das Ausrichtelement (13) an einer ra dial zur Rotationsachse (4) verlaufenden Kante (16) des ersten Elektrodenelements (6) in die laterale Sollposition (14) gedrückt wird.
4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Bewegung zumindest des ersten Elektrodenelements (6) in die laterale Sollposition (14) durchgeführt wird, während das erste Elektrodenelement (6) im Zwischenraum (5) transportiert wird.
5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest das erste Elektrodenelement (6) zusätzlich durch ein bewegliches weiteres Ausrichtelement (20) in die laterale Sollposition (14) bewegt, insbesondere gedrückt, wird, wobei das weitere Ausrichtelement (20) entgegen einer Wirkungsrichtung (21) des Ausrichtelements (13) wirkt.
6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ausrichtelement (13) mit einer Frequenz zwischen 0,5 Hz und 10 Hz axial zur Rota tionsachse (4) bewegt wird.
7. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Ausrichtelement (13) mit einer Frequenz von mehr als 50 Hz axial zur Rotations achse (4) vibriert.
8. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Ausrichtelement (13) durch eine Unwuchtantriebseinheit (15) bewegt wird.
9. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest das erste Elektrodenelement (6) durch das Ausrichtelement (13) nur in ei nem Teilbereich (17) der radial zur Rotationsachse (4) verlaufenden Kante (16) des ers ten Elektrodenelements (6) kontaktiert wird.
10. Stapelvorrichtung (1), welche ausgebildet ist, einen Elektrodenstapel (10) mit flächi gen Elektrodenelementen (6, 8) zu erzeugen, aufweisend:
- eine Bereitstellungseinheit (11), welche ausgebildet ist ein Elektrodenelement (6, 8) be reitzustellen;
- zumindest ein Stapelrad (2), welches eine Rotationsachse (4) und mehrere radial zur Rotationsachse (4) angeordnete Stapelfinger (3) aufweist, wobei durch die Stapelfinger (3) mehrere Zwischenräume (5, 7) gebildet sind, welche jeweils ausgebildet sind, ein Elektrodenelement (6, 8) zum Transport aufzunehmen; und
- eine Stapelposition (50), welche für die Anordnung des Elektrodenstapels (10) ausge bildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Stapelvorrichtung (1) ein bewegliches Ausrichtelement (13) aufweist, welches aus gebildet ist die Elektrodenelemente (6, 8) an eine laterale Sollposition (14) zu bewegen.
11. Stapelvorrichtung (1) nach Anspruch 10, wobei das Ausrichtelement (13) in axialer Richtung bezüglich der Rotationsachse (4) vom Sta pelrad (2) beabstandet angeordnet ist.
12. Stapelvorrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Ausrichtelement (13) nur an einer Befestigungsseite (23) des Ausrichtelements (13) befestigt ist.
13. Stapelvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei die Stapelvorrichtung (1) ein bewegliches weiteres Ausrichtelement (20) aufweist, wel ches bezüglich einer Mitte (19) der Rotationsachse (4) auf der anderen Seite der Rotati onsachse (4) angeordnet ist.
14. Stapelvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei das Ausrichtelement (13) eine in Richtung der Rotationsrichtung des Stapelrads (2) ver laufende Krümmung (18) aufweist.
15. Stapelvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 10 bis 14, wobei die Stapelvorrichtung (1) ein bewegliches Zusatzausrichtelement (31) aufweist, welches bezüglich einer Drehrichtung des Stapelrads (2) nach dem Ausrichtelement (13) ange ordnet ist.
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