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DE102023108128A1 - METHOD AND DEVICE FOR SEPARATING AN ACTIVE MATERIAL FROM A CURRENT CONDUCTOR - Google Patents

METHOD AND DEVICE FOR SEPARATING AN ACTIVE MATERIAL FROM A CURRENT CONDUCTOR Download PDF

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DE102023108128A1
DE102023108128A1 DE102023108128.4A DE102023108128A DE102023108128A1 DE 102023108128 A1 DE102023108128 A1 DE 102023108128A1 DE 102023108128 A DE102023108128 A DE 102023108128A DE 102023108128 A1 DE102023108128 A1 DE 102023108128A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
roller
current conductor
active material
coated
binder
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE102023108128.4A
Other languages
German (de)
Inventor
Michael Wagner
Eva Honickel
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Bayerische Motoren Werke AG
Original Assignee
Bayerische Motoren Werke AG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Bayerische Motoren Werke AG filed Critical Bayerische Motoren Werke AG
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Priority to CN202480020228.9A priority patent/CN120958150A/en
Priority to PCT/DE2024/100241 priority patent/WO2024199580A1/en
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    • C22B1/005Preliminary treatment of scrap
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
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    • C22B7/00Working up raw materials other than ores, e.g. scrap, to produce non-ferrous metals and compounds thereof; Methods of a general interest or applied to the winning of more than two metals
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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren, insbesondere ein computerimplementiertes Verfahren, zum Abtrennen eines Aktivmaterials von einem Stromableiter, insbesondere einer Stromableiterfolie, wobei der Stromableiter wenigstens auf einer Seite mit einem Materialgemisch aus dem Aktivmaterial und einem Bindemittel beschichtet wurde, mit folgenden automatisierten Schritten: (i) Erhitzen des beschichteten Stromableiters mit einer Erweichungs-Temperatur des Bindemittels; (ii) mechanisches Belasten des erhitzten beschichteten Stromableiters, wodurch das Aktivmaterial wenigstens teilweise aufgebrochen wird, wodurch ein Abtrennen des Aktivmaterials von dem Stromableiter ermöglicht wird.

Figure DE102023108128A1_0000
The invention relates to a method, in particular a computer-implemented method, for separating an active material from a current conductor, in particular a current conductor foil, wherein the current conductor has been coated on at least one side with a material mixture of the active material and a binder, with the following automated steps: (i) heating the coated current conductor with a softening temperature of the binder; (ii) mechanically loading the heated coated current conductor, whereby the active material is at least partially broken up, thereby enabling the active material to be separated from the current conductor.
Figure DE102023108128A1_0000

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Abtrennen eines Aktivmaterials von einem Stromableiter.The present invention relates to a method and a device for separating an active material from a current conductor.

Auf dem Gebiet von Energiespeicherzellen, insbesondere Batteriezellen, insbesondere Lithium-Ionen-Batteriezellen, sind vor allem zylindrische, prismatische und pouch-förmige Batteriezellen bekannt. Batteriezellen zur Speicherung elektrischer Energie spielen auf dem Gebiet der sogenannten Elektromobilität sowohl bei Fahrzeugen mit reinem Elektroantrieb als auch bei Fahrzeugen mit Hybridantrieb eine zentrale Rolle. Zylindrische Lithium-Ionen Batteriezellen können einen Elektrodenwickel, bei dem die Elektroden inklusive Separator in der Folge Separator-Anode-Separator-Kathode spiralförmig um einen Wickelkern aufgewickelt sind, aufweisen.In the field of energy storage cells, especially battery cells, especially lithium-ion battery cells, cylindrical, prismatic and pouch-shaped battery cells are known. Battery cells for storing electrical energy play a central role in the field of so-called electromobility, both in vehicles with purely electric drives and in vehicles with hybrid drives. Cylindrical lithium-ion battery cells can have an electrode winding in which the electrodes including the separator are wound spirally around a winding core in the sequence separator-anode-separator-cathode.

Dabei kann die Elektrode durch einen Stromableiter, auf der ein Gemisch aus Aktivmaterial, Binder und Leitadditiven aufgetragen wurde, insbesondere beidseitig, ausgebildet sein.The electrode can be formed by a current collector to which a mixture of active material, binder and conductive additives has been applied, in particular on both sides.

Bei einem anschließenden Kalandern kann die Elektrode mit der aufgetragenen Beschichtung zwischen zwei Walzen hindurch befördert werden, welche einen mechanischen Druck auf die Elektrode ausüben, so dass diese beim Befördern eine Verdichtung erfährt und damit die Massendichte der Elektrode erhöht wird. Eine höhere Massendichte von Elektroden ermöglicht dabei regelmäßig eine höhere Energiedichte einer Batteriezelle, in welcher diese Elektroden zum Einsatz kommen.During subsequent calendering, the electrode with the applied coating can be conveyed between two rollers, which exert mechanical pressure on the electrode so that it is compacted during conveyance and the mass density of the electrode is increased. A higher mass density of electrodes usually enables a higher energy density of a battery cell in which these electrodes are used.

Nach Ablauf der Lebensdauer der Batteriezelle oder bei Ausschüssen während eines Herstellungsprozesses ist es aus ökonomischen und ökologischen Aspekten wünschenswert, die jeweiligen Komponenten der Batteriezelle zu recyclen. Dies betrifft nicht zuletzt die Elektroden. Für die Wiederverwertung ist eine Trennung der Materialien erforderlich, insbesondere eine Trennung des Aktivmaterials von dem Stromableiter. Dabei können mechanische Verfahren zu Einsatz kommen, bei denen der beschichtete Stromableiter in kleine Teile zerkleinert wird, die im Anschluss sortiert werden.After the battery cell's service life has expired or if there are rejects during a manufacturing process, it is desirable for economic and ecological reasons to recycle the respective components of the battery cell. This applies not least to the electrodes. For recycling, the materials must be separated, in particular the active material must be separated from the current conductor. Mechanical processes can be used in which the coated current conductor is broken down into small pieces, which are then sorted.

Die Aufgabe der vorliegenden Offenbarung liegt darin, eine verbesserte Trennung des Aktivmaterials von einem Stromableiter zu ermöglichen, so dass das Aktivmaterial und/oder der Stromableiter wiederverwendet werden können.The object of the present disclosure is to enable an improved separation of the active material from a current conductor so that the active material and/or the current conductor can be reused.

Eine Lösung dieser Aufgabe wird gemäß der Lehre der unabhängigen Ansprüche erreicht. Verschiedene Ausführungsformen und Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.This object is achieved according to the teaching of the independent claims. Various embodiments and developments of the invention are the subject of the subclaims.

Ein erster Aspekt der Lösung betrifft ein Verfahren, insbesondere ein computerimplementiertes Verfahren, zum Abtrennen eines Aktivmaterials von einem Stromableiter, insbesondere einer Stromableiterfolie, wobei der Stromableiter wenigstens auf einer Seite mit einem Materialgemisch aus dem Aktivmaterial und einem Bindemittel beschichtet wurde, mit folgenden automatisierten Schritten: (i) Erhitzen des beschichteten Stromableiters mit einer Erweichungs-Temperatur des Bindemittels; (ii) mechanisches Belasten des erhitzten beschichteten Stromableiters, wodurch das Aktivmaterial wenigstens teilweise aufgebrochen wird, wodurch ein Abtrennen des Aktivmaterials von dem Stromableiter ermöglicht wird.A first aspect of the solution relates to a method, in particular a computer-implemented method, for separating an active material from a current conductor, in particular a current conductor foil, wherein the current conductor has been coated on at least one side with a material mixture of the active material and a binder, with the following automated steps: (i) heating the coated current conductor with a softening temperature of the binder; (ii) mechanically loading the heated coated current conductor, whereby the active material is at least partially broken up, thereby enabling the active material to be separated from the current conductor.

Die hierein gegebenenfalls verwendeten Begriffe „umfasst“, „beinhaltet“, „schließt ein“, „weist auf“, „hat“, „mit“, oder jede andere Variante davon sollen eine nicht ausschließliche Einbeziehung abdecken. So ist beispielsweise ein Verfahren oder eine Vorrichtung, die eine Liste von Elementen umfasst oder aufweist, nicht notwendigerweise auf diese Elemente beschränkt, sondern kann andere Elemente einschließen, die nicht ausdrücklich aufgeführt sind oder die einem solchen Verfahren oder einer solchen Vorrichtung inhärent sind.As used herein, the terms "comprises," "includes," "has," "includes," "comprising," "having," "with," or any other variation thereof are intended to cover non-exclusive inclusion. For example, a method or apparatus that comprises or has a list of elements is not necessarily limited to those elements, but may include other elements not expressly listed or that are inherent in such method or apparatus.

Ferner bezieht sich „oder“, sofern nicht ausdrücklich das Gegenteil angegeben ist, auf ein inklusives oder und nicht auf ein exklusives „oder“. Zum Beispiel wird eine Bedingung A oder B durch eine der folgenden Bedingungen erfüllt: A ist wahr (oder vorhanden) und B ist falsch (oder nicht vorhanden), A ist falsch (oder nicht vorhanden) und B ist wahr (oder vorhanden), und sowohl A als auch B sind wahr (oder vorhanden).Furthermore, unless explicitly stated to the contrary, "or" refers to an inclusive "or" and not an exclusive "or". For example, a condition A or B is satisfied by one of the following conditions: A is true (or exists) and B is false (or absent), A is false (or absent) and B is true (or exists), and both A and B are true (or exists).

Die Begriffe „ein“ oder „eine“, wie sie hier verwendet werden, sind im Sinne von „ein/eine oder mehrere“ definiert. Die Begriffe „ein anderer“ und „ein weiterer“ sowie jede andere Variante davon sind im Sinne von „zumindest ein Weiterer“ zu verstehen.As used herein, the terms "a" or "an" are defined to mean "one or more". The terms "another" and "another" and any other variation thereof are defined to mean "at least one other".

Der Begriff „Mehrzahl“, wie er hier verwendet wird, ist im Sinne von „zwei oder mehr“ zu verstehen.The term “plurality” as used here is to be understood as meaning “two or more”.

Unter dem Begriff „konfiguriert“ oder „eingerichtet“ eine bestimmte Funktion zu erfüllen, (und jeweiligen Abwandlungen davon) wie er hier verwendet ist zu verstehen, dass die entsprechende Vorrichtung bereits in einer Ausgestaltung oder Einstellung vorliegt, in der sie die Funktion ausführen kann oder sie zumindest so einstellbar - d.h. konfigurierbar - ist, dass sie nach entsprechender Einstellung die Funktion ausführen kann. Die Konfiguration kann dabei beispielsweise über eine entsprechende Einstellung von Parametern eines Prozessablaufs oder von Schaltern oder ähnlichem zur Aktivierung bzw. Deaktivierung von Funktionalitäten bzw. Einstellungen erfolgen. Insbesondere kann die Vorrichtung mehrere vorbestimmte Konfigurationen oder Betriebsmodi aufweisen, so dass das Konfigurieren mittels einer Auswahl einer dieser Konfigurationen bzw. Betriebsmodi erfolgen kann.The term "configured" or "set up" to fulfil a specific function (and respective variations thereof) as used here is to be understood as meaning that the corresponding device is already in a configuration or setting in which it can carry out the function or it is at least adjustable - i.e. configurable - so that it can carry out the function after the corresponding setting. The configuration can be achieved, for example, by setting the parameters of a process sequence or switches or similar for activation or deactivation. activating functionalities or settings. In particular, the device can have several predetermined configurations or operating modes, so that the configuration can be carried out by selecting one of these configurations or operating modes.

Unter dem Begriff „Aktivmaterial“ wie er hier verwendet wird ist insbesondere ein Material zu verstehen, das elektro-chemisch aktiv sein kann, und das für eine Be-schichtung von Elektroden für Elektrodenwickel für Batteriezellen geeignet ist, und in das Ionen, insbesondere Lithium-Ionen eingelagert werden können. Dabei kann das Aktivmaterial für die Kathode insbesondere NMC, NCA, NCMA, LCO, LFP, LMFP, LMO, LNMO oder auch ein anderes Material aufweisen. Das Aktivmaterial für die Anode kann insbesondere Graphit, SiOx, SiC, Si oder ein anderes Material aufweisen.The term "active material" as used here refers in particular to a material that can be electrochemically active and that is suitable for coating electrodes for electrode windings for battery cells and in which ions, in particular lithium ions, can be stored. The active material for the cathode can in particular comprise NMC, NCA, NCMA, LCO, LFP, LMFP, LMO, LNMO or another material. The active material for the anode can in particular comprise graphite, SiOx, SiC, Si or another material.

Unter dem Begriff „Stromableiter“ wie er hier verwendet wird ist dabei insbesondere ein Element zu verstehen, welches aus einem stromleitenden Material, insbesondere aus Kupfer oder Aluminium, hergestellt ist. Es dient zur Leitung von Strom zwischen zwei geometrisch voneinander getrennten Punkten.The term "current conductor" as used here refers in particular to an element made of a current-conducting material, in particular copper or aluminum. It is used to conduct current between two geometrically separated points.

Unter dem Begriff „Bindemittel“ wie er hier verwendet wird ist dabei insbesondere ein Element zur Bindung bzw. Adhäsion des Aktivmaterials an einen Stromableiter zu verstehen. Das Bindemittel kann insbesondere PVDF, PTFE, CMC, SBR, LiPAA oder PAA aufweisen.The term "binder" as used here refers in particular to an element for binding or adhering the active material to a current conductor. The binder can in particular comprise PVDF, PTFE, CMC, SBR, LiPAA or PAA.

Durch das Verfahren nach dem ersten Aspekt kann erreicht werden, dass ein Aktivmaterial von einem Stromableiter effektiv abgetrennt werden kann. Durch das Erhitzen des mit dem Aktivmaterial beschichteten Stromableiters mit einer Erweichungs-Temperatur des Bindemittels wird erreicht, dass sich die Bindungswirkung des Bindemittels verschlechtert. Durch ein mechanisches Belasten kann dann das Aktivmaterial gebrochen werden, wodurch es sich von dem Stromableiter lösen lässt, da die Beschichtung an sich spröde und die Folie duktil ist. Dadurch kann das Aktivmaterial und der Stromableiter jeweils separat gesammelt und wiederverwendet werden.The method according to the first aspect makes it possible to effectively separate an active material from a current conductor. Heating the current conductor coated with the active material to a softening temperature of the binder results in the binding effect of the binder deteriorating. The active material can then be broken by mechanical stress, allowing it to be detached from the current conductor, since the coating itself is brittle and the film is ductile. This means that the active material and the current conductor can each be collected separately and reused.

Nachfolgend werden bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens beschrieben, die jeweils, soweit dies nicht ausdrücklich ausgeschlossen wird oder technisch unmöglich ist, beliebig miteinander sowie mit den weiteren beschriebenen anderen Aspekten kombiniert werden können.Preferred embodiments of the method are described below, which can be combined with each other and with the other aspects described as desired, unless this is expressly excluded or is technically impossible.

Bei einigen Ausführungsformen weist das Verfahren ferner auf: (i) Erhitzen wenigstens einer ersten Walze mit einer Erweichungs-Temperatur des Bindemittels; (ii) Befördern des beschichteten Stromableiters über die erste Walze, wodurch das Erhitzen des beschichteten Stromableiters durch die erhitzte erste Walze erfolgt. Dadurch kann ein effektives Erhitzen einer längeren Stromableiterbahn durch die erste Walze erfolgen. Darüber hinaus kann bei einer Herstellung eines beschichteten Stromableiters ein Kalandern unter Verwendung einer Walzenanordnung erfolgen. Diese Walzenanordnung kann nun mit geringfügigen Modifikationen für den Erhitzungsschritt verwendet werden, wodurch ein kostengünstiges Verfahren ermöglicht wird.In some embodiments, the method further comprises: (i) heating at least a first roller to a softening temperature of the binder; (ii) conveying the coated current conductor over the first roller, whereby heating of the coated current conductor occurs through the heated first roller. This allows for effective heating of a longer current conductor path through the first roller. Furthermore, when producing a coated current conductor, calendering can occur using a roller arrangement. This roller arrangement can now be used for the heating step with minor modifications, thereby enabling a cost-effective process.

Bei einigen Ausführungsformen weist das Verfahren ferner auf: (i) Erhitzen einer zweiten Walze mit der Erweichungs-Temperatur des Bindemittels, wobei die erste Walze und die zweite Walze in Bezug auf ihre jeweilige Drehachse im Wesentlichen parallel zueinander beabstandet angeordnet sind, insbesondere beabstandet mit einem Abstand der im Wesentlichen einer Dicke des beschichteten Stromableiters entspricht; (ii) Befördern des beschichteten Stromableiters zwischen der ersten Walze und der zweiten Walze hindurch, wodurch das Erhitzen des beschichteten Stromableiters durch die erhitzte erste Walze und die erhitzte zweite Walze erfolgt. Hierdurch kann ein schnelles und homogenes Erhitzen des beschichteten Stromableiters erreicht werden, da der beschichtete Stromableiter beim Befördern zwischen der ersten Walze und der zweiten Walze von zwei Seiten erhitzt wird. Beim vorliegenden Erhitzen ist ein mechanischer Kontakt zwischen dem beschichteten Stromableiter und jeweils einer der Walzen vorteilhaft, um die Wärme effektiv mittels Wärmeleitung zu übertragen. Dabei kann insbesondere ein Abstand zwischen der ersten Walze und der zweiten Walze eingestellt werden, bei dem ein vorbestimmter Druck durch die erste und die zweite Walze auf den beschichteten Stromableiter ausgeübt wird, wodurch eine Verspannung in die Beschichtung eingebracht wird. Dadurch kann eine nachfolgende Trennung der Beschichtung von dem Stromableiter erfolgen. Entsprechend kann eine für das Kalandern vorgesehene Walzenanordnung für das vorliegende Erhitzen verwendet werden, und hinsichtlich der Beabstandung der ersten Walze zur zweiten Walze vorteilhaft angepasst werden.In some embodiments, the method further comprises: (i) heating a second roller to the softening temperature of the binder, wherein the first roller and the second roller are arranged at a distance substantially parallel to one another with respect to their respective axis of rotation, in particular at a distance substantially corresponding to a thickness of the coated current conductor; (ii) conveying the coated current conductor between the first roller and the second roller, whereby the heating of the coated current conductor takes place through the heated first roller and the heated second roller. This makes it possible to achieve rapid and homogeneous heating of the coated current conductor, since the coated current conductor is heated from two sides during conveyance between the first roller and the second roller. During the present heating, mechanical contact between the coated current conductor and one of the rollers is advantageous in order to transfer the heat effectively by means of thermal conduction. In particular, a distance between the first roller and the second roller can be set, at which a predetermined pressure is exerted by the first and second rollers on the coated current conductor, whereby a tension is introduced into the coating. This allows a subsequent separation of the coating from the current conductor. Accordingly, a roller arrangement intended for calendering can be used for the present heating and can be advantageously adapted with regard to the spacing of the first roller from the second roller.

Bei einigen Ausführungsformen weist die erste Walze und/oder die zweite Walze ein wärmeleitendes Material, insbesondere Kupfer, auf. Dadurch wird eine besonders gute und effektive Übertragung der Wärme von der ersten Walze und/oder der zweiten Walze auf den beschichteten Stromableiter ermöglicht.In some embodiments, the first roller and/or the second roller comprises a heat-conducting material, in particular copper. This enables a particularly good and effective transfer of heat from the first roller and/or the second roller to the coated current conductor.

Bei einigen Ausführungsformen wird das Erhitzen des beschichteten Stromableiters bis zu einer Zersetzungs-Temperatur des Bindemittels fortgeführt. Hierdurch kann die Beschichtung leichter von dem Stromableiter getrennt werden. Zudem kann eine spätere Trennung des Bindemittels von dem Aktivmaterial vermieden werden.In some embodiments, heating the coated current conductor to a decomposition temperature of the binder is continued This makes it easier to separate the coating from the current conductor. In addition, subsequent separation of the binder from the active material can be avoided.

Bei einigen Ausführungsformen erfolgt das mechanische Belasten des erhitzten beschichteten Stromableiters durch wenigstens eine dritte Walze, auf deren Oberfläche Erhebungen, insbesondere spitz zulaufende Erhebungen, ausgebildet sind, wobei die dritte Walze und eine vierte Walze in Bezug auf ihre jeweilige Drehachse im Wesentlichen parallel zueinander beabstandet angeordnet sind, insbesondere beabstandet mit einem Abstand der geringer als die Dicke des beschichteten Stromableiters und größer als die Dicke des unbeschichteten Stromableiters ist, wobei das mechanische Belasten durch die Oberfläche mit Erhebungen erfolgt, wenn der erhitzte beschichtete Stromableiter zwischen der dritten Walze und der vierten Walze hindurch befördert wird, und wodurch wenigstens teilweise das Aktivmaterial gebrochen wird. Durch die Verwendung wenigstens einer Walze für das mechanische Belasten kann ein kontinuierlich beschichteter Stromableiter, der beispielsweise auf einer Rolle aufgerollt ist, kontinuierlich befördert werden. In der Zusammenwirkung mit dem vorherigen Befördern des beschichteten Stromableiters durch die erste Walze wird ermöglicht, dass an dem bereits erhitzten beschichteten Stromableiter effektiv und kontinuierlich der nächste Verfahrensschritt des mechanischen Belastens angewendet werden kann.In some embodiments, the mechanical loading of the heated coated current conductor is carried out by at least one third roller, on the surface of which elevations, in particular pointed elevations, are formed, wherein the third roller and a fourth roller are arranged spaced apart substantially parallel to one another with respect to their respective axis of rotation, in particular spaced apart by a distance that is less than the thickness of the coated current conductor and greater than the thickness of the uncoated current conductor, wherein the mechanical loading is carried out by the surface with elevations when the heated coated current conductor is conveyed between the third roller and the fourth roller, thereby at least partially breaking the active material. By using at least one roller for the mechanical loading, a continuously coated current conductor, which is rolled up on a roll, for example, can be continuously conveyed. In conjunction with the previous conveying of the coated current conductor by the first roller, it is possible for the next process step of mechanical loading to be applied effectively and continuously to the already heated coated current conductor.

Bei einigen Ausführungsformen werden die erste Walze und/oder die zweite Walze und/oder die dritte Walze und/oder die vierte Walze durch einen Motor, insbesondere Elektromotor, angetrieben, wodurch eine Drehung der jeweiligen Walze um ihre Drehachse erfolgt. Durch das Antreiben wenigstens einer der Walzen durch einen Motor wird das Befördern des beschichteten Stromableiters effektiv gesteuert. Insbesondere kann durch den Motor eine Drehgeschwindigkeit und damit die Geschwindigkeit des Beförderns gesteuert werden. Für eine effektive Wärmeübertragung durch die erste Walze und/oder die zweite Walze kann eine vergleichsweise geringe Geschwindigkeit von Vorteil sein.In some embodiments, the first roller and/or the second roller and/or the third roller and/or the fourth roller are driven by a motor, in particular an electric motor, whereby the respective roller rotates about its axis of rotation. By driving at least one of the rollers by a motor, the conveying of the coated current conductor is effectively controlled. In particular, the motor can control a rotational speed and thus the speed of conveying. For effective heat transfer through the first roller and/or the second roller, a comparatively low speed can be advantageous.

Ein zweiter Aspekt der Lösung betrifft eine Vorrichtung zum Abtrennen eines Aktivmaterials von einem Stromableiter, wobei der Stromableiter wenigstens auf einer Seite mit einem Materialgemisch aus dem Aktivmaterial und einem Bindemittel beschichtet wurde, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche auszuführen.A second aspect of the solution relates to a device for separating an active material from a current conductor, wherein the current conductor has been coated on at least one side with a material mixture of the active material and a binder, wherein the device is designed to carry out the method according to one of the preceding claims.

Bei einigen Ausführungsformen weist die Vorrichtung auf: (i) eine erste Walze und eine zweite Walze, die in Bezug auf ihre jeweilige Drehachse im Wesentlichen parallel zueinander beabstandet angeordnet sind, und geeignet sind zwischen der ersten Walze und der zweiten Walze hindurch einen beschichteten Stromableiter zu befördern; (ii) eine Heizeinrichtung, die eingerichtet ist, die erste Walze und die zweite Walze mit einer Erweichungs-Temperatur des Bindemittels zu erhitzen, wodurch der beschichtete Stromableiter bei der Beförderung zwischen der ersten Walze und der zweiten Walze hindurch mit der Erweichungs-Temperatur erhitzt wird.In some embodiments, the apparatus comprises: (i) a first roller and a second roller spaced apart substantially parallel to each other with respect to their respective axes of rotation and adapted to convey a coated current conductor between the first roller and the second roller; (ii) a heating device adapted to heat the first roller and the second roller to a softening temperature of the binder, whereby the coated current conductor is heated to the softening temperature during conveyance between the first roller and the second roller.

Bei einigen Ausführungsformen weist die Vorrichtung eine dritte Walze und eine vierte Walze auf, die in Bezug auf ihre jeweilige Drehachse im Wesentlichen parallel zueinander beabstandet angeordnet sind, wobei wenigstens eine von der dritten Walze und der vierten Walze eine Oberflächenstruktur mit Erhebungen aufweist, derart, dass beim Befördern zwischen der dritten Walze und der vierten Walze hindurch, der beschichtete Stromableiter durch die Oberflächenstruktur mit Erhebungen mechanisch belastet wird, derart, dass das Aktivmaterial wenigstens teilweise aufgebrochen wird, und ein Abtrennen des Aktivmaterials von dem Stromableiter ermöglicht wird.In some embodiments, the device comprises a third roller and a fourth roller which are arranged substantially parallel to one another and spaced apart with respect to their respective axes of rotation, wherein at least one of the third roller and the fourth roller has a surface structure with elevations such that, when conveyed between the third roller and the fourth roller, the coated current conductor is mechanically loaded by the surface structure with elevations such that the active material is at least partially broken up and separation of the active material from the current conductor is made possible.

Ein dritter Aspekt der Lösung betrifft ein Computerprogramm mit Instruktionen, die bei ihrer Ausführung auf einer Vorrichtung nach dem zweiten Aspekt diese veranlassen, das Verfahren nach dem ersten Aspekt auszuführenA third aspect of the solution relates to a computer program with instructions which, when executed on a device according to the second aspect, cause the device to carry out the method according to the first aspect

Die in Bezug auf den ersten Aspekt der Lösung erläuterten Merkmale und Vorteile gelten entsprechend auch für die weiteren beschriebenen Aspekte.The features and advantages explained with regard to the first aspect of the solution also apply to the other aspects described.

Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen im Zusammenhang mit den Figuren.Further advantages, features and possible applications emerge from the following description of preferred embodiments in connection with the figures.

Dabei zeigt

  • 1 schematisch ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zum Abtrennen eines Aktivmaterials von einem Stromableiter; und
  • 2 schematisch eine Vorrichtung gemäß einer Ausführungsform.
This shows
  • 1 schematically a flow chart to illustrate a preferred embodiment of a method for separating an active material from a current conductor; and
  • 2 schematically shows a device according to an embodiment.

In den Figuren werden durchgängig dieselben Bezugszeichen für dieselben oder einander entsprechenden Elemente verwendet.Throughout the figures, the same reference numerals are used for the same or corresponding elements.

In 1 ist schematisch ein Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform eines Verfahrens zum Abtrennen eines Aktivmaterials von einem Stromableiter 210 gezeigt, wobei der Stromableiter 210 wenigstens auf einer Seite mit einem Materialgemisch aus dem Aktivmaterial 210 und einem Bindemittel beschichtet wurde.In 1 is a schematic flow chart illustrating a preferred embodiment of a method for separating an active material from a current conductor 210, wherein the current conductor 210 has been coated on at least one side with a material mixture of the active material 210 and a binder.

In einem ersten Schritt 110 des Verfahrens erfolgt ein Erhitzen des beschichteten Stromableiters 210 mit einer Erweichungs-Temperatur des Bindemittels. Das Bindemittel kann insbesondere Polyvinylidenfluorid (PVDF) aufweisen, wobei dessen Erweichungs-Temperatur bei ca. 120°C liegt.In a first step 110 of the method, the coated current conductor 210 is heated to a softening temperature of the binder. The binder can in particular comprise polyvinylidene fluoride (PVDF), the softening temperature of which is approximately 120°C.

In einem weiteren Schritt 120 des Verfahrens erfolgt ein mechanisches Belasten des erhitzten beschichteten Stromableiters 210, wodurch das Aktivmaterial wenigstens teilweise aufgebrochen wird, wodurch ein Abtrennen des Aktivmaterials von dem Stromableiter 210 ermöglicht wird.In a further step 120 of the method, the heated coated current conductor 210 is subjected to mechanical stress, whereby the active material is at least partially broken up, thereby enabling the active material to be separated from the current conductor 210.

In 2 ist schematisch eine Vorrichtung 200 gemäß einer Ausführungsform gezeigt.In 2 a device 200 according to an embodiment is shown schematically.

Die Vorrichtung 200 weist ein Gehäuse 230 auf, in dem eine erste Walze 250 und eine zweite Walze 255 angeordnet sind, und die in Bezug auf ihre Drehachsen gegenüberliegend beabstandet zueinander angeordnet sind. Im Gehäuse 230 ist ferner eine Heizeinrichtung 240 angeordnet. Durch die Heizeinrichtung 240 können sowohl die erste Walze 250 und die zweite Walze 255 als auch ein Gehäuseinnenraum des Gehäuses 230 erwärmt bzw. erhitzt werden.The device 200 has a housing 230 in which a first roller 250 and a second roller 255 are arranged, and which are arranged opposite one another and spaced apart from one another with respect to their axes of rotation. A heating device 240 is also arranged in the housing 230. The heating device 240 can warm or heat both the first roller 250 and the second roller 255 as well as an interior of the housing 230.

Das Gehäuse 230 weist ferner eine Eingangsöffnung und eine Ausgangsöffnung auf, die in Bezug auf die Zeichnungsebene auf etwa einer Höhe liegen.The housing 230 further has an inlet opening and an outlet opening which are at approximately the same height with respect to the plane of the drawing.

Durch die Eingangsöffnung wird im Betrieb eine Elektrode 205 zwischen der ersten Walze 250 und der zweiten Walze 255 in einer Beförderungsrichtung befördert. Die Beförderungsrichtung ist durch den Pfeil schematisch gezeigt. Die Elektrode 205 weist einen Stromableiter 210, insbesondere aus Kupfer oder Aluminium, sowie eine Beschichtung 220 jeweils auf einer Oberseite und einer Unterseite des Stromableiters 210 auf. Die Beschichtung 220 setzt sich aus einem Aktivmaterial, einem Bindemittel und Additiven bzw. Leitadditiven zusammen. Die Leitadditive können insbesondere Ruß oder Kohlefasern aufweisen. Die Beschichtung 220 kann als Paste beidseitig auf den Stromableiter 210 aufgebracht werden.During operation, an electrode 205 is conveyed through the inlet opening between the first roller 250 and the second roller 255 in a conveying direction. The conveying direction is shown schematically by the arrow. The electrode 205 has a current conductor 210, in particular made of copper or aluminum, and a coating 220 on an upper side and a lower side of the current conductor 210. The coating 220 is composed of an active material, a binder and additives or conductive additives. The conductive additives can in particular comprise carbon black or carbon fibers. The coating 220 can be applied as a paste to both sides of the current conductor 210.

Beim Befördern des beschichteten Stromableiters 210 zwischen der ersten Walze 250 und der zweiten Walze 255 hindurch erfolgt ein mechanischer Kontakt der Beschichtungen mit der ersten Walze 250 und der zweiten Walze 255, wodurch eine Wärmeübertragung mittels Wärmeleitung auf die Beschichtungen erfolgt. Die Heizeinrichtung 240 wird dabei so eingestellt, dass die erste Walze 250 und die zweite Walze 255 mit einer Erweichungs-Temperatur des Bindemittels erhitzt wird. Dadurch werden die Beschichtungen beim Befördern zwischen der ersten Walze 250 und der zweiten Walze 255 auf die Erweichungs-Temperatur erwärmt. Daher ist es vorteilhaft, wenn die erste Walze 250 und die zweite Walze 255 ein Material mit einer guten Wärmeleitung aufweist, wie beispielsweise Kupfer.When the coated current conductor 210 is conveyed between the first roller 250 and the second roller 255, the coatings come into mechanical contact with the first roller 250 and the second roller 255, whereby heat is transferred to the coatings by means of thermal conduction. The heating device 240 is set so that the first roller 250 and the second roller 255 are heated to a softening temperature of the binder. As a result, the coatings are heated to the softening temperature when conveyed between the first roller 250 and the second roller 255. It is therefore advantageous if the first roller 250 and the second roller 255 have a material with good thermal conductivity, such as copper.

Durch das Erhitzen der Beschichtung 220 wird die Bindungswirkung des Bindemittels verringert.Heating the coating 220 reduces the binding effect of the binder.

Das Bindemittel kann Polyvinylidenfluorid (PVDF) aufweisen, bei dem die Erweichungs-Temperatur bei ca. 120°C, und die Temperatur, bei der eine Zersetzung einsetzt, bei 350°C liegt. Die Steuerung der Temperatur der Heizeinrichtung 240 erfolgt durch eine in der Heizeinrichtung 240 integrierte Steuereinrichtung (hier nicht gezeigt).The binder may comprise polyvinylidene fluoride (PVDF), for which the softening temperature is approximately 120°C and the temperature at which decomposition begins is 350°C. The temperature of the heating device 240 is controlled by a control device integrated in the heating device 240 (not shown here).

Die Vorrichtung weist ferner eine die dritte Walze 260 und eine vierte Walze 265 auf, die in Beförderungsrichtung nach der ersten Walze 250 und der zweiten Walze 255 und außerhalb des Gehäuses 230 angeordnet sind. Die dritte Walze 260 und eine vierte Walze 265 sind in Bezug auf ihre Drehachsen gegenüberliegend und beabstandet zueinander angeordnet. Die dritte Walze 260 und eine vierte Walze 265 weisen jeweils eine Oberflächenstruktur auf, derart, dass beim Befördern des beschichteten Stromableiters 210 zwischen der dritten Walze 260 und der vierten Walze 265 die Oberflächenstruktur den beschichteten Stromableiter 210 mechanisch belastet, wodurch die erhitzten Beschichtungen 220 gebrochen werden, und damit von dem Stromableiter 210 abgetrennt werden können. Um das Brechen der erwärmten Beschichtungen 220 zu verbessern, weist die Oberflächenstruktur hervorstehende Erhebungen, insbesondere spitz zulaufende Erhebungen, beispielsweise pyramidenförmige, kegelförmige oder zahnförmige Erhebungen, auf. Dabei wird die Beabstandung der dritten Walze 260 zur vierten Walze 265 vorteilhaft so gewählt, dass bei der Beförderung die Erhebungen bis etwa zur Oberfläche des unbeschichteten Stromableiters 210 reichen.The device further comprises a third roller 260 and a fourth roller 265, which are arranged in the conveying direction after the first roller 250 and the second roller 255 and outside the housing 230. The third roller 260 and a fourth roller 265 are arranged opposite one another and spaced apart from one another with respect to their axes of rotation. The third roller 260 and a fourth roller 265 each have a surface structure such that when the coated current conductor 210 is conveyed between the third roller 260 and the fourth roller 265, the surface structure mechanically loads the coated current conductor 210, whereby the heated coatings 220 are broken and can thus be separated from the current conductor 210. In order to improve the breaking of the heated coatings 220, the surface structure has protruding elevations, in particular pointed elevations, for example pyramid-shaped, conical or tooth-shaped elevations. The spacing of the third roller 260 from the fourth roller 265 is advantageously selected such that the elevations reach approximately to the surface of the uncoated current conductor 210 during transport.

Durch das Brechen wird das Aktivmaterial in kleinere Teile zerlegt, und der Stromableiter 210 in größere Teile. Dadurch kann das Aktivmaterial einfach von dem Elektrodenmaterial getrennt werden, und wieder verwendet werden.By breaking, the active material is broken down into smaller pieces and the current collector 210 into larger pieces. This allows the active material to be easily separated from the electrode material and reused.

Die Walzen 250, 255, 260, 265 weisen jeweils eine zylindrische Form auf und werden jeweils durch einen Elektromotor (hier nicht gezeigt) betrieben, worüber auch die Geschwindigkeit einer Rotation der Walzen gesteuert werden kann.The rollers 250, 255, 260, 265 each have a cylindrical shape and are each operated by an electric motor (not shown here), which can also control the speed of rotation of the rollers.

Die vorliegende Vorrichtung kann vorteilhaft eingesetzt werden, wenn der beschichtete Stromableiter 210 als Bahn-Material ausgebildet ist, da hierdurch der beschichtete Stromableiter 210 im Walze-zu-Walze Verfahren effektiv befördert und prozessiert werden kann.The present device can be used advantageously when the coated current conductor 210 is designed as a web material, since this allows the coated current conductor 210 to be effectively conveyed and processed in the roll-to-roll process.

Während vorausgehend wenigstens eine beispielhafte Ausführungsform beschrieben wurde, ist zu bemerken, dass eine große Anzahl von Variationen dazu existiert. Es ist dabei auch zu beachten, dass die beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen nur nichtlimitierende Beispiele darstellen, und es nicht beabsichtigt ist, dadurch den Umfang, die Anwendbarkeit oder die Konfiguration der hier beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren zu beschränken. Vielmehr wird die vorausgehende Beschreibung dem Fachmann eine Anleitung zur Implementierung mindestens einer beispielhaften Ausführungsform liefern, wobei sich versteht, dass verschiedene Änderungen in der Funktionsweise und der Anordnung der in einer beispielhaften Ausführungsform beschriebenen Elemente vorgenommen werden können, ohne dass dabei von dem in den angehängten Ansprüchen jeweils festgelegten Gegenstand sowie seinen rechtlichen Äquivalenten abgewichen wird.While at least one exemplary embodiment has been described above, it should be noted that a wide variety of variations thereon exist. It should also be noted that the exemplary embodiments described are merely non-limiting examples and are not intended to limit the scope, applicability, or configuration of the devices and methods described herein. Rather, the foregoing description will provide one skilled in the art with guidance for implementing at least one exemplary embodiment, it being understood that various changes in the operation and arrangement of the elements described in an exemplary embodiment may be made without departing from the subject matter set forth in the appended claims, as well as their legal equivalents.

BEZUGSZEICHENLISTEREFERENCE SYMBOL LIST

100100
Flussdiagramm zur Veranschaulichung einer bevorzugten Ausführungsform eines VerfahrensFlowchart illustrating a preferred embodiment of a method
110110
Erhitzen des beschichteten StromableitersHeating the coated current conductor
120120
Mechanisches Belasten des beschichteten Stromableiters Mechanical loading of the coated current conductor
200200
Vorrichtungdevice
205205
Elektrodeelectrode
210210
Stromableitercurrent conductor
220220
BeschichtungCoating
230230
GehäuseHousing
240240
Heizeinrichtungheating device
250, 255250, 255
Erste und zweite WalzeFirst and second roller
260, 265260, 265
Dritte und vierte Walzethird and fourth reels

Claims (11)

Verfahren zum Abtrennen eines Aktivmaterials von einem Stromableiter (210), wobei der Stromableiter (210) wenigstens auf einer Seite mit einem Materialgemisch (220) aus dem Aktivmaterial und einem Bindemittel beschichtet wurde, mit folgenden automatisierten Schritten: Erhitzen des beschichteten Stromableiters (210) mit einer Erweichungs-Temperatur des Bindemittels; mechanisches Belasten des erhitzten beschichteten Stromableiters (210), wodurch das Aktivmaterial wenigstens teilweise aufgebrochen wird, wodurch ein Abtrennen des Aktivmaterials von dem Stromableiter (210) ermöglicht wird.Method for separating an active material from a current conductor (210), wherein the current conductor (210) has been coated on at least one side with a material mixture (220) of the active material and a binder, with the following automated steps: Heating the coated current conductor (210) with a softening temperature of the binder; Mechanically loading the heated coated current conductor (210), whereby the active material is at least partially broken up, thereby enabling the active material to be separated from the current conductor (210). Verfahren nach Anspruch 1, ferner aufweisend: Erhitzen wenigstens einer ersten Walze (250) mit einer Erweichungs-Temperatur des Bindemittels; Befördern des beschichteten Stromableiters (210) über die erste Walze (250), wodurch das Erhitzen des beschichteten Stromableiters (210) durch die erhitzte erste Walze (250) erfolgt.procedure according to Claim 1 , further comprising: heating at least a first roller (250) to a softening temperature of the binder; conveying the coated current conductor (210) over the first roller (250), whereby the heating of the coated current conductor (210) occurs by the heated first roller (250). Verfahren nach Anspruch 2, ferner aufweisend: Erhitzen einer zweiten Walze (255) mit der Erweichungs-Temperatur des Bindemittels, wobei die erste Walze (250) und die zweite Walze (255) in Bezug auf ihre jeweilige Drehachse im Wesentlichen parallel zueinander beabstandet angeordnet sind; Befördern des beschichteten Stromableiters (210) zwischen der ersten Walze (250) und der zweiten Walze (255) hindurch, wodurch das Erhitzen des beschichteten Stromableiters (210) durch die erhitzte erste Walze (250) und die erhitzte zweite Walze (255) erfolgt.procedure according to claim 2 , further comprising: heating a second roller (255) at the softening temperature of the binder, the first roller (250) and the second roller (255) being arranged spaced apart substantially parallel to one another with respect to their respective axes of rotation; conveying the coated current conductor (210) between the first roller (250) and the second roller (255), whereby heating of the coated current conductor (210) occurs by the heated first roller (250) and the heated second roller (255). Verfahren nach Anspruch 2 oder 3, wobei die erste Walze (250) und/oder die zweite Walze (255) ein wärmeleitendes Material aufweist.procedure according to claim 2 or 3 , wherein the first roller (250) and/or the second roller (255) comprises a heat-conducting material. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das Erhitzen des beschichteten Stromableiters bis zu einer Zersetzungs-Temperatur des Bindemittels erfolgt.Method according to one of the preceding claims, wherein the heating of the coated current conductor takes place up to a decomposition temperature of the binder. Verfahren nach einem der vorherigen Ansprüche, wobei das mechanische Belasten des erhitzten beschichteten Stromableiters (210) durch wenigstens eine dritte Walze (260) erfolgt, auf deren Oberfläche Erhebungen ausgebildet sind, wobei die dritte Walze (260) und eine vierte Walze (265) in Bezug auf ihre jeweilige Drehachse im Wesentlichen parallel zueinander beabstandet angeordnet sind, wobei das mechanische Belasten durch die Oberfläche mit Erhebungen erfolgt, wenn der erhitzte beschichtete Stromableiter (210) zwischen der dritten Walze (260) und der vierten Walze (265) hindurch befördert wird, und wodurch wenigstens teilweise das Aktivmaterial gebrochen wird.Method according to one of the preceding claims, wherein the mechanical loading of the heated coated current conductor (210) is carried out by at least one third roller (260) on the surface of which elevations are formed, wherein the third roller (260) and a fourth roller (265) are arranged spaced apart substantially parallel to one another with respect to their respective axis of rotation, wherein the mechanical loading is carried out by the surface with elevations when the heated coated current conductor (210) is conveyed between the third roller (260) and the fourth roller (265), and whereby the active material is at least partially broken. Verfahren nach einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei die erste Walze (250) und/oder die zweite Walze (255) und/oder die dritte Walze (260) und/oder die vierte Walze (265) durch einen Motor angetrieben werden, wodurch eine Drehung der jeweiligen Walze (250, 255, 260, 265) um ihre Drehachse erfolgt.Method according to one of the Claims 2 until 6 , wherein the first roller (250) and/or the second roller (255) and/or the third roller (260) and/or the fourth roller (265) are driven by a motor, whereby a rotation of the respective roller (250, 255, 260, 265) about its axis of rotation. Vorrichtung zum Abtrennen eines Aktivmaterials von einem Stromableiter, wobei der Stromableiter wenigstens auf einer Seite mit einem Materialgemisch aus dem Aktivmaterial und einem Bindemittel beschichtet wurde, wobei die Vorrichtung eingerichtet ist, das Verfahren nach einem der vorausgehenden Ansprüche auszuführen.Device for separating an active material from a current conductor, wherein the current conductor has been coated on at least one side with a material mixture of the active material and a binder, wherein the device is adapted to carry out the method according to one of the preceding claims. Vorrichtung nach Anspruch 8 aufweisend: eine erste Walze (250) und eine zweite Walze (255), die in Bezug auf ihre jeweilige Drehachse im Wesentlichen parallel zueinander beabstandet angeordnet sind, und geeignet sind zwischen der ersten Walze (255) und der zweiten Walze (260) hindurch einen beschichteten Stromableiter (210) zu befördern; eine Heizeinrichtung (240), die eingerichtet ist, die erste Walze (250) und die zweite Walze (255) mit einer Erweichungs-Temperatur des Bindemittels zu erhitzen, wodurch der beschichtete Stromableiter (210) bei der Beförderung zwischen der ersten Walze (250) und der zweiten Walze (255) hindurch mit der Erweichungs-Temperatur erhitzt wird.device according to claim 8 comprising: a first roller (250) and a second roller (255) which are arranged substantially parallel to one another with respect to their respective axes of rotation and are suitable for conveying a coated current conductor (210) between the first roller (255) and the second roller (260); a heating device (240) which is arranged to heat the first roller (250) and the second roller (255) to a softening temperature of the binder, whereby the coated current conductor (210) is heated to the softening temperature during conveyance between the first roller (250) and the second roller (255). Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9 aufweisend eine dritte Walze (260) und eine vierte Walze (265), die in Bezug auf ihre jeweilige Drehachse im Wesentlichen parallel zueinander beabstandet angeordnet sind, wobei wenigstens eine von der dritten Walze (260) und der vierten Walze (265) eine Oberflächenstruktur mit Erhebungen aufweist, derart, dass beim Befördern zwischen der dritten Walze (260) und der vierten Walze (265) hindurch, der beschichtete Stromableiter (210) durch die Oberflächenstruktur mit Erhebungen mechanisch belastet wird, derart, dass das Aktivmaterial wenigstens teilweise aufgebrochen wird, und ein Abtrennen des Aktivmaterials von dem Stromableiter ermöglicht wird.device according to claim 8 or 9 comprising a third roller (260) and a fourth roller (265) which are arranged substantially parallel to one another with respect to their respective axes of rotation, wherein at least one of the third roller (260) and the fourth roller (265) has a surface structure with elevations such that when conveyed between the third roller (260) and the fourth roller (265), the coated current conductor (210) is mechanically loaded by the surface structure with elevations such that the active material is at least partially broken up and separation of the active material from the current conductor is made possible. Computerprogramm mit Instruktionen, die bei ihrer Ausführung auf einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10 diese veranlassen, das Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 7 auszuführen.Computer program containing instructions which, when executed on a device according to one of the Claims 8 until 10 cause them to initiate the procedure according to one of the Claims 1 until 7 to execute.
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