DE102023131567B3

DE102023131567B3 - System zum herstellen von elektroden mit verbesserter kantenqualität und verfahren

Info

Publication number: DE102023131567B3
Application number: DE102023131567.6A
Authority: DE
Inventors: Nicole Ellison; Joel G. Toner; Xiaosong Huang; Daniel Ryan
Original assignee: GM Global Technology Operations LLC
Current assignee: GM Global Technology Operations LLC
Priority date: 2023-09-19
Filing date: 2023-11-14
Publication date: 2025-02-20
Anticipated expiration: 2043-11-15
Also published as: US20250096225A1; CN119673936A

Abstract

Zu den Aspekten der Offenbarung gehört ein Elektrodenkalandrierungssystem zum Herstellen von Elektroden mit verbesserter Kantenqualität. Ein beispielhaftes System umfasst einen Vorrat von Aktivmaterial einschließlich eines Elektrodenmaterials und einer Beschichtungswalze, die mit der dem Vorrat von Aktivmaterial verbunden ist. Die Beschichtungswalze wird derart angeordnet, dass sie einen Stromkollektor mit dem Elektrodenmaterial beschichtet. Eine Gegenwalze wird derart angeordnet, dass der Stromkollektor auf die Beschichtungswalze übertragen wird. Das System umfasst mindestens eine Walze mit blankem Filmträgermaterial und eine Walze mit beschichtetem Filmträgermaterial. Die Walze mit dem blanken Filmträgermaterial wird derart angeordnet, dass ein Trägermaterial auf einen ersten Teil des Stromkollektors aufgebracht wird, bevor der Stromkollektor mit dem Elektrodenmaterial beschichtet wird. Die Walze mit dem beschichteten Filmträgermaterial wird derart angebracht, dass das Trägermaterial auf den ersten Teil des Stromkollektors aufgebracht wird, nachdem der Stromkollektor mit dem Elektrodenmaterial beschichtet wurde.

Description

EINLEITUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf die Herstellung von Batteriezellen und insbesondere auf das Kalandrieren von Elektroden mit verbesserter Kantenqualität. Als Stand der Technik sei auf die JP 2000- 251 942 A , die JP 2005- 183 181 A , die JP 2005- 216 723 A und die JP 2002- 159 899 A verwiesen.
Elektroden werden in einer Reihe von Geräten verwendet, die elektrische Energie speichern, darunter primäre (nicht wiederaufladbare) Batteriezellen, sekundäre (wiederaufladbare) Batteriezellen, Brennstoffzellen und Kondensatoren. Eine ideale Elektrode muss verschiedene elektrische Energiespeichereigenschaften ausgleichen, wie z. B. Energiedichte, Leistungsdichte, maximale Laderate, interner Leckstrom, äquivalenter Serienwiderstand (ESR), Dauerhaftigkeit der Lade-/Entladezyklen, hohe elektrische Leitfähigkeit und geringe Tortuosität. Die Elektroden enthalten oft Stromkollektoren, um diese elektrischen Energiespeichereigenschaften zu ergänzen oder anderweitig zu verbessern. Stromkollektoren können hinzugefügt werden, um eine höhere spezifische Leitfähigkeit zu erzielen und die verfügbare Kontaktfläche zu vergrößern, um den Grenzflächenkontaktwiderstand zwischen der Elektrode und ihrem Anschluss zu minimieren.
Ein Stromkollektor ist in der Regel eine Platte aus leitfähigem Material, an der das Elektrodenaktivmaterial befestigt ist. Aluminiumfilm, Edelstahl und Titanfilm werden üblicherweise als Stromkollektor für eine Elektrode verwendet. Bei einigen Elektrodenherstellungsverfahren wird beispielsweise ein Film, der Aktivkohlepulver (d. h. das Elektrodenaktivmaterial) umfasst, mit einer Klebeschicht auf einem dünnen Aluminiumfilm befestigt. Um die Qualität der Grenzflächenverbindung zwischen dem Film aus Elektrodenaktivmaterial und dem Stromkollektor zu verbessern, wird die Kombination aus dem Film und dem Stromkollektor in einem Drucklaminator, z. B. einem Kalander, verarbeitet. Dieser Vorgang wird allgemein als Kalandrieren bezeichnet. Die Herstellung einer Elektrode umfasst daher in der Regel die Herstellung eines Films aus Elektrodenaktivmaterial und das Auflaminieren dieses Films auf einen Stromkollektor.
KURZDARSTELLUNG
Die vorliegende Erfindung wird durch die Merkmale der beiden beiliegenden unabhängigen Ansprüche definiert. Vorteilhafte Weiterbildungen sind in der nachfolgenden Beschreibung sowie in den abhängigen Ansprüchen gegeben.
In einer beispielhaften Ausführungsform wird ein System zum Herstellen von Elektroden mit verbesserter Kantenqualität entwickelt . Das System umfasst einen Vorrat von Aktivmaterial mit einem Elektrodenmaterial und eine Beschichtungswalze, die mit dem Vorrat von Aktivmaterial verbunden ist. Die Beschichtungswalze wird derart angeordnet, dass sie einen Stromkollektor mit dem Elektrodenmaterial beschichtet. Eine Gegenwalze wird derart angeordnet, dass der Stromkollektor auf die Beschichtungswalze übertragen wird. Das System umfasst mindestens eine Walze mit blankem Filmträgermaterial und eine Walze mit beschichtetem Filmträgermaterial. Die Walze mit dem blanken Filmträgermaterial wird derart angeordnet, dass ein Trägermaterial auf einen ersten Teil des Stromkollektors aufgebracht wird, bevor der Stromkollektor mit dem Elektrodenmaterial beschichtet wird. Die Walze mit dem beschichteten Filmträgermaterial wird derart angebracht, dass das Trägermaterial auf den ersten Teil des Stromkollektors aufgebracht wird, nachdem der Stromkollektor mit dem Elektrodenmaterial beschichtet wurde. Das Trägermaterial wird in einer Dicke aufgetragen, die derart gewählt ist, dass die Spannung während eines Kalandrierungsprozesses gleichmäßig über die blanken und beschichteten Abschnitte des Stromkollektors verteilt wird, wodurch eine gepresste Elektrode mit verbesserter Kantenqualität gebildet wird.
Zusätzlich zu einem oder mehreren der hier beschriebenen Merkmale sind in einigen Ausführungsformen eine oder mehrere Sammelwalzen derart angeordnet, dass sie das Trägermaterial nach dem Kalandrierungsprozess zurückgewinnen. In einigen Ausführungsformen umfasst die eine oder die mehreren Sammelwalzen eine obere Aufwickelwalze für das Trägermaterial, die derart angebracht ist, dass sie das Trägermaterial von der oberen Oberfläche der gepressten Elektrode zurückgewinnt. In einigen Ausführungsformen umfasst die eine oder die mehreren Sammelwalzen ferner eine untere Aufwickelwalze für das Trägermaterial, die derart angebracht ist, dass sie das Trägermaterial von der unteren Oberfläche der gepressten Elektrode zurückgewinnt.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Trägermaterial eines oder mehrere von Polyimid, ein Polymer, einen Klebstoff auf Silikonbasis, Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylchlorid (PVC) und Metallfilm.
Erfindungsgemäß umfasst das System eine Kommawalze, die durch einen Spalt von der Beschichtungswalze getrennt ist. Der Spalt bestimmt die Menge des Elektrodenmaterials, mit dem der Stromkollektor beschichtet ist.
In einer weiteren beispielhaften Ausführungsform wird ein Verfahren zum Herstellen von Elektroden mit verbesserter Kantenqualität bereitgestellt. Das Verfahren umfasst das Bereitstellen eines Stromkollektors, das Aufbringen eines Trägermaterials auf einen ersten Abschnitt des Stromkollektors, das Beschichten des Stromkollektors und des Trägermaterials mit einem Elektrodenmaterial, das Kalandrieren des Stromkollektors, des Trägermaterials und des Elektrodenmaterials und das Entfernen des Trägermaterials vom ersten Abschnitt des Stromkollektors.
In einigen Ausführungsformen wird das Trägermaterial in einer Dicke aufgetragen, die derart gewählt ist, dass die Kalandrierungsspannung gleichmäßig auf die blanken und beschichteten Abschnitte des Stromkollektors verteilt wird.
Erfindungsgemäß umfasst das Verfahren das Aufbringen von zusätzlichem Trägermaterial über den ersten Abschnitt des Stromkollektors nach dem Kalandrieren. Dabei wird das zusätzliche Trägermaterial direkt auf das Elektrodenmaterial aufgebracht.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Trägermaterial ein oder mehrere Polyimide, ein Polymer, einen Klebstoff auf Silikonbasis, PTFE, PVC und einen Metallfilm.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Aufbringen des Trägermaterials auf den ersten Abschnitt des Stromkollektors das Bereitstellen einer Walze mit blankem Filmträgermaterial, die derart angebracht ist, dass das Trägermaterial auf den ersten Abschnitt des Stromkollektors aufgebracht wird, bevor der Stromkollektor mit dem Elektrodenmaterial beschichtet wird.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Beschichten des Stromkollektors und des Trägermaterials mit dem Elektrodenmaterial das Bereitstellen eines Vorrats an Aktivmaterial, der das Elektrodenmaterial umfasst, und das Bereitstellen einer mit dem Vorrat von Aktivmaterial verbundenen Beschichtungswalze. Die Beschichtungswalze wird derart angeordnet, dass der Stromkollektor mit dem Elektrodenmaterial beschichtet wird.
In noch einer weiteren beispielhaften Ausführungsform kann ein Verfahren zum Herstellen von Elektroden mit verbesserter Kantenqualität das Bereitstellen eines Stromkollektors, das Beschichten eines ersten Abschnitts des Stromkollektors mit einem Elektrodenmaterial, das Aufbringen eines Trägermaterials auf einen zweiten Abschnitt des Stromkollektors, das Kalandrieren des Stromkollektors, des Trägermaterials und des Elektrodenmaterials und das Entfernen des Trägermaterials vom zweiten Abschnitt des Stromkollektors umfassen.
In einigen Ausführungsformen wird das Trägermaterial mit einer Dicke aufgebracht, die derart gewählt ist, dass die Kalandrierungsspannung gleichmäßig über den ersten und den zweiten Abschnitt des Stromkollektors verteilt wird.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Trägermaterial eines oder mehrere von Polyimid, ein Polymer, einen Klebstoff auf Silikonbasis, PTFE, PVC und einen Metallfilm.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Aufbringen des Trägermaterials auf den zweiten Abschnitt des Stromkollektors das Bereitstellen einer Walze mit beschichtetem Filmträgermaterial, die derart angeordnet ist, dass das Trägermaterial auf den zweiten Abschnitt des Stromkollektors aufgebracht wird, nachdem der erste Abschnitt des Stromkollektors mit dem Elektrodenmaterial beschichtet wurde.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Beschichten des ersten Abschnitts des Stromkollektors mit dem Elektrodenmaterial das Bereitstellen eines Vorrats an Aktivmaterial, der das Elektrodenmaterial umfasst, und das Bereitstellen einer mit dem Vorrat von Aktivmaterial verbundenen Beschichtungswalze. Die Beschichtungswalze wird derart angeordnet, dass der Stromkollektor mit dem Elektrodenmaterial beschichtet wird.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Entfernen des Trägermaterials das Bereitstellen einer oberen Aufwickelwalze für das Trägermaterial, die derart angebracht ist, dass sie das Trägermaterial von der oberen Oberfläche des Stromkollektors zurückgewinnt.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Entfernen des Trägermaterials ferner das Bereitstellen einer unteren Aufwickelwalze für das Trägermaterial, die derart angebracht ist, dass sie das Trägermaterial von einer unteren Oberfläche des Stromkollektors zurückgewinnt.
Die vorgenannten Merkmale und Vorteile sowie andere Merkmale und Vorteile der Offenbarung sind aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen ohne weiteres ersichtlich.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten sind in der folgenden detaillierten Beschreibung, die sich auf die Zeichnungen bezieht, nur beispielhaft aufgeführt.

1 ist ein Fahrzeug, das gemäß einer oder mehreren Ausführungsformen ausgestaltet ist;
2 ist eine beispielhafte Ausgestaltung eines Elektrodenbeschichtungssystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en);
3 ist eine beispielhafte Ausgestaltung eines Elektrodenkalandrierunssystems gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en);
4 ist ein Prozessablauf zum Herstellen von Elektroden mit verbesserter Kantenqualität gemäß einer oder mehrerer Ausführungsform(en);
5 ist ein weiterer Prozessablauf zum Herstellen von Elektroden mit verbesserter Kantenqualität gemäß einer oder mehrerer Ausführungsform(en);
6 ist ein Flussdiagramm gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en); und
7 ist ein Flussdiagramm gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en).

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhaft und soll die vorliegende Offenbarung, ihre Anwendung oder Verwendung nicht einschränken. Es versteht sich von selbst, dass in den Zeichnungen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale durch entsprechende Bezugszeichen gekennzeichnet sind.
Elektroden umfassen oft Stromkollektoren, um die elektrischen Energiespeichermerkmale des integrierten Endgeräts (z. B. einer Batterie) zu ergänzen oder anderweitig zu verbessern. Ein Stromkollektor ist in der Regel aus einem Film aus leitfähigem Material (z. B. Aluminiumfilm) gebildet, an der ein Elektrodenaktivmaterial befestigt ist. Um die Qualität der Grenzflächenverbindung zwischen dem Film des Elektrodenaktivmaterials und dem Stromkollektor zu verbessern, wird die Kombination aus Film und Stromkollektor in einem Drucklaminator verarbeitet. Die Herstellung einer Elektrode umfasst daher in der Regel das Herstellen eines Films aus Elektrodenaktivmaterial und das Auflaminieren dieses Films auf einen Stromkollektor (das so genannte Kalandrieren).
Kalandrieren kann allgemein definiert werden als das Komprimieren einer getrockneten Elektrode (die in der Regel aus der Beschichtung und Trocknung einer Elektrodenaufschlämmung resultiert), um ihre Porosität zu verringern, den Partikelkontakt zu verbessern und die Energie- oder Leistungsdichte zu erhöhen. Herkömmliche Kalandrierungsprozesse wurden zum Verbessern verschiedener Aspekte der Batterietechnologie eingesetzt, indem sie beispielsweise eine höhere spezifische Leitfähigkeit, größere Kontaktbereiche und einen geringeren Kontaktwiderstand in der Elektrode bieten. Beim Optimieren des Kalandrierungsprozesses gibt es jedoch einige Herausforderungen.
Eine solche Herausforderung besteht beispielsweise darin, dass das Kalandrieren von Elektroden (z. B. Kathoden) auf Stromkollektorsubstrate (z. B. Filmsubstrate wie Aluminium, Edelstahl und Titan) zu einem Faltenbildungsdefekt führt, wenn eine geringere Porosität angestrebt wird. Faltenbildung tritt an der Schnittstelle zwischen den beschichteten Abschnitten des Stromkollektors (d. h. den Abschnitten mit gepressten Elektrodenschichten) und den unbeschichteten Abschnitten (d. h. den blanken Abschnitten des Stromkollektors) auf und ist auf die unterschiedlichen Materialeigenschaften der Elektroden- und Substratmaterialien zurückzuführen. Diese Defekte verschlimmern sich, wenn die resultierende Porosität abnimmt, was bedeutet, dass Elektroden mit relativ geringer Porosität von Natur aus stärker von Faltenbildung betroffen sind.
Es gibt zwar mehrere Ansätze zum Verringern von Faltenbildung, aber jeder ist mit einem gewissen Kompromiss verbunden. Der naive Ansatz besteht beispielsweise darin, die angestrebte Porosität zu erhöhen, was zu einer proportionalen Verringerung der Faltenbildung, jedoch mit einer geringeren Leitfähigkeit der Elektrode, führt. Ein anderer Ansatz besteht darin, das Substrat vollständig abzudecken, so dass es keine Schnittstelle gibt, an der Faltenbildungsdefekte auftreten können. Der Nachteil dabei ist, dass sich die blanken Filmabschnitte des Stromkollektors (d. h. die Abschnitte, die nicht mit dem Elektrodenaktivmaterial abgedeckt sind) ideal zum Verwenden als Batteriepole eignen, und dass das einfache Entfernen der blanken Filmabschnitte den Wirkungsgrad der Batterie verringert.
Diese Offenbarung stellt ein neues Elektrodenkalandrierungssystem und -verfahren zum Herstellen von Elektroden mit verbesserter Kantenqualität vor. Anstatt die Porositätsziele zu erhöhen oder die blanken Filmabschnitte einer Elektrode zu entfernen (oder zu reduzieren), werden bei dem hier beschriebenen Elektrodenkalandrierungsprozess Trägermaterialien verwendet, um die Spannung während des Kalandrierungsprozesses gleichmäßig zu verteilen. In einigen Ausführungsformen wird eine Schicht aus Trägermaterial direkt auf die blanken Abschnitte eines Stromkollektors aufgebracht. Die Trägermaterialien können vor oder nach dem Beschichten von Teilen des Stromkollektors mit Elektrodenaktivmaterial (d. h. der Elektrodenbeschichtung oder -Film) aufgebracht werden. Die Trägermaterialien können derart beschaffen sein, dass sie eine Dicke aufweisen, die die von den Festigkeitseigenschaften des Stromkollektors abhängige Schichtdicke des auf das Stromkollektorsubstrat gepressten Elektrodenfilms nachahmt. Der Stromkollektor, die Elektrodenbeschichtung und die Trägermaterialien werden dann dem Kalandrierungsprozess unterzogen, bei dem das Vorhandensein der Schicht des Trägermaterials sicherstellt, dass die Spannung, die auf die blanken Filmabschnitte des Stromkollektors ausgeübt wird, die gleiche ist wie die Spannung, die durch die Elektrodenbeschichtung auf den beschichteten Abschnitt des Stromkollektors ausgeübt wird. Nach dem Kalandrieren kann die Schicht des Trägermaterials entfernt werden. Auf diese Weise können Faltenbildungsdefekte reduziert und die Kantenqualität erhöht werden, ohne dass die Porositätsziele und/oder die Oberfläche des blanken Films beeinträchtigt werden. In einigen Ausführungsformen wird nach dem Kalandrierungsprozess eine zweite Schicht aus Trägermaterial über der ersten Schicht aus Trägermaterial aufgebracht, um die erste Schicht während des Entfernens des Trägermaterials zu stützen und die Kantenqualität weiter zu verbessern.
Die Nutzung von Trägermaterialien beim Herstellen von Elektroden gemäß einer oder mehrerer Ausführungsformen bietet mehrere technische Vorteile gegenüber früheren Konstruktionen. Insbesondere kann der hier beschriebene modifizierte Herstellungsprozess zum Herstellen von Elektroden ohne (oder mit stark reduzierten) Faltenbildungsdefekten verwendet werden. Batterien, die aus Elektroden ohne Falten aufgebaut sind, bieten eine Reihe von verbesserten Batterieeigenschaften, da Falten die Integrität der Elektroden beeinträchtigen können (z. B. können Falten zu einer schlechten Haftung zwischen dem beschichteten Elektrodenfilm und dem Stromkollektor führen, was zu Bereichen mit relativ schwacher Befestigung führt, die anfällig für Delaminierung oder Ablösung sind), den elektrischen Widerstand erhöhen (Falten können Lücken oder Bereiche mit reduziertem Kontakt zwischen dem Elektrodenmaterial und dem Stromkollektor schaffen, die den Elektronenfluss behindern können), die Degradation erhöhen und die Zykluslebensdauer verkürzen (Elektroden mit Falten können während der Lade-/Entladezyklen aufgrund unbeständiger mechanischer Eigenschaften einer erhöhten Belastung und Spannung ausgesetzt sein, dies kann zu einer beschleunigten Degradation, zu Rissen oder sogar zum Ausfall der Elektrode führen), die thermischen Instabilitäten erhöhen (Falten können Elektrolyte einschließen und die Wärmeableitung behindern, was zu lokalen Hotspots führt, die den Elektrolyten zersetzen können) und die Kapazität und Energiedichte verringern (Faltenbildungsdefekte können zu einer ungleichmäßigen Dickenverteilung über die Elektrodenoberfläche führen, und diese Ungleichmäßigkeiten können eine geringere Ausnutzung des Aktivmaterials, eine niedrigere Kapazität und eine geringere Energiedichte in der Batterie zur Folge haben). Weitere Vorteile sind möglich. Während beispielsweise eine Walzenpresse neu konstruiert werden kann, um das Auftragen und Entfernen von Trägermaterial zu ermöglichen, können Aspekte der vorliegenden Offenbarung genutzt werden, um bestehende Walzenpressen zu modifizieren, um Faltendefekte zu reduzieren, ohne dass Kommawalzen, Beschichtungswalzen und/oder Gegenwalzen neu konstruiert werden müssen.
Ein Fahrzeug gemäß einer beispielhaften Ausführungsform ist allgemein bei 100 in 1 angegeben. Das Fahrzeug 100 ist in Form eines Automobils mit einer Karosserie 102 dargestellt. Die Karosserie 102 umfasst einen Fahrgastraum 104, in dem ein Lenkrad, Vordersitze und hintere Fahrgastsitze (nicht gesondert angegeben) angeordnet sind. In der Karosserie 102 sind eine Reihe von Bauteilen angeordnet, darunter zum Beispiel ein Elektromotor 106 (durch Projektion unter der vorderen Haube dargestellt). Der Elektromotor 106 ist nur zur Veranschaulichung und zur Diskussion dargestellt. Es versteht sich, dass die Ausgestaltung, die Lage, die Größe, die Anordnung usw. des Elektromotors 106 nicht besonders begrenzt sein sollen, und dass alle derartigen Ausgestaltungen (einschließlich Ausgestaltungen mit mehreren Motoren) in den vorgesehenen Umfang dieser Offenbarung fallen.
Der Elektromotor 106 wird über ein Batteriepack 108 (durch Projektion in der Nähe der Rückseite des Fahrzeugs 100 dargestellt) mit Strom versorgt. Das Batteriepack 108 ist nur zur Veranschaulichung und zur Diskussion dargestellt. Es versteht sich, dass die Ausgestaltung, die Lage, die Größe, die Anordnung usw. des Batteriepacks 108 nicht besonders begrenzt sein sollen und dass alle derartigen Ausgestaltungen (einschließlich geteilter Ausgestaltungen) in den vorgesehenen Umfang dieser Offenbarung fallen. Obwohl die vorliegende Offenbarung in erster Linie im Zusammenhang mit einem für den Elektromotor 106 des Fahrzeugs 100 ausgestalteten Batteriepack 108 erörtert wird, können die hierin beschriebenen Aspekte in ähnlicher Weise in jedes beliebige System (Fahrzeug, Gebäude oder Sonstiges) mit einem oder mehreren Energiespeichersystemen (z. B. einem oder mehreren Batteriepacks oder -modulen) integriert werden, und alle derartigen Ausgestaltungen und Anwendungen fallen in den in Betracht gezogenen Umfang dieser Offenbarung.
Wie im Folgenden näher erläutert wird, umfasst das Batteriepack 108 eine oder mehrere Zellen mit Elektroden mit geringer Porosität und verbesserter Kantenqualität (nicht gesondert dargestellt). In einigen Ausführungsformen wird ein Elektrodenbeschichtungssystem derart modifiziert, dass Trägermaterialien auf Abschnitte eines Stromkollektors aufgebracht werden, um die Spannung während eines Kalandrierungsprozesses gleichmäßig zu verteilen (siehe 2). In einigen Ausführungsformen wird ein Elektrodenkalandrierungssystem derart modifiziert, dass die Trägermaterialien nach dem Kalandrieren entfernt werden (siehe 3). In einigen Ausführungsformen bilden das Elektrodenbeschichtungssystem und das Elektrodenkalandrierungssystem zusammen ein Elektrodenmontagesystem. In einigen Ausführungsformen werden die Trägermaterialien vor dem Beschichten des Stromkollektors und der Trägermaterialien mit Elektrodenmaterial aufgebracht (siehe 4). In einigen Ausführungsformen werden die Trägermaterialien nach dem Beschichten des Stromkollektors mit Elektrodenmaterial aufgebracht (siehe 5).
2 stellt eine beispielhafte Ausführungsform eines Elektrodenbeschichtungssystems 200 gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) dar. Wie in 2 gezeigt, kann das Elektrodenbeschichtungssystem 200 eine Kommawalze 202, eine Beschichtungswalze 204 und eine Gegenwalze 206 umfassen, die wie gezeigt ausgestaltet und angeordnet sind. Das Elektrodenbeschichtungssystem 200 ist nur zur Diskussion und zur Veranschaulichung in einer so genannten Umkehrkomma-Beschichtungsausgestaltung dargestellt. Andere Beschichtungsverfahren sind möglich, wie z. B. die direkte Kommabeschichtung und die Beschichtung mit Schlitzdüsen, und alle derartigen Konfigurationen fallen in den vorgesehenen Anwendungsbereich dieser Offenbarung.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Elektrodenbeschichtungssystem 200 eine Grundplatte 208, auf der ein Film 210 angeordnet ist, und einen Vorrat von Aktivmaterial 212 (auch als Elektrodenaufschlämmung und/oder Elektrodenmaterialquelle bezeichnet). Das Elektrodenmaterial im Vorrat von Aktivmaterial 212 soll nicht besonders begrenzt sein, sondern kann z. B. verschiedene Kathoden- oder Anodenmaterialien umfassen (je nach den Anforderungen einer bestimmten Anwendung), wie z. B. Aktivkohlepulver, Nickel-Mangan-Kobaltoxid (NMC), Lithium-Eisen-Phosphat (LFP), Nickel-Kobalt-Aluminium-Oxid (NCA), Nickel-Kobalt-Mangan-Aluminium-Oxid (NCMA), Lithium-Mangan-Eisenphosphat (LMFP), Lithium-Mangan-Reich (LMR), Lithium-Mangan-Oxid (LMO), Graphit, Silizium, Silizium-Graphit-Verbundwerkstoffe, Zinn, Zinnoxid (SnO₂), Lithiumtitanat (Li₄Ti₅O₁₂, LTO), Schwefel und Lithium-Schwefel-Verbindungen (Li-S), Lithiummetall (Li) und/oder Lithiumlegierungen, wie Lithium-Antimon (Li-Sb), Lithium-Aluminium (Li-Al) und Lithium-Germanium (Li-Ge). Der Vorrat von Aktivmaterial 212 kann je nach dem jeweiligen Verfahren beispielsweise einen Flüssigkeitsvorratsdamm (wie dargestellt), eine halbfeste Extrusionsquelle und/oder einen Feststoffvorrat umfassen.
In einigen Ausführungsformen wird der Film 210 durch den Vorrat von Aktivmaterial 212 benetzt, wenn er durch einen Spalt 214 zwischen der Kommawalze 202 und der Beschichtungswalze 204 hindurchtritt. In einigen Ausführungsformen kann der Spalt 214 durch Einstellen (z. B. hydraulisch oder auf andere Weise) der relativen Positionen einer oder beider Kommawalzen 202 und der Beschichtungswalze 204 eingestellt werden. Der Spalt 214 steuert die Menge an Material aus dem Vorrat von Aktivmaterial 212, die auf den Film 210 geladen werden kann.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Elektrodenbeschichtungssystem 200 eine Reinigungsklinge 216, die auf die Beschichtungswalze 204 ausgerichtet ist. Die Reinigungsklinge 216 kann mit einer Kante ausgestattet sein, um Rückstände von der Beschichtungswalze 204 zu entfernen.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Elektrodenbeschichtungssystem 200 einen Stromkollektor 218 (auch als Bahn oder blanker Film bezeichnet), der zwischen die Gegenwalze 206 und die Beschichtungswalze 204 und in Kontakt mit dem beschichteten Film 213 (d. h. dem Elektrodenmaterial) geführt wird. Auf diese Weise kann das Elektrodenmaterial kontinuierlich auf eine Oberfläche des Stromkollektors 218 aufgebracht werden, um einen beschichteten Stromkollektor 220 (auch als beschichtete Bahn bezeichnet) zu bilden. In einigen Ausführungsformen ist der Stromkollektor 218 ein Blech aus leitfähigem Metall, z. B. Aluminiumfilm, rostfreier Stahl und Titanfilm, an dem der beschichtete Film 210 befestigt ist. Andere Materialien sind möglich, wie z. B. Halbmetalle (z. B. Zinn, Graphit) und Legierungen von Metallen und/oder Halbmetallen.
In einigen Ausführungsformen kann der beschichtete Stromkollektor 220 direkt an ein Kalandrierungssystem weitergeleitet werden (z. B. über eine direkte Zuführung, nicht separat dargestellt). In einigen Ausführungsformen kann der beschichtete Stromkollektor 220 indirekt an ein Kalandrierungssystem weitergeleitet werden (z. B. zu einer beschichteten Elektrodenwalze gewickelt, bevor er an das Kalandrierungssystem geliefert wird, siehe 3).
Wie weiter in 2 gezeigt, kann das Elektrodenbeschichtungssystem 200 eine oder beide Walzen 222 mit blankem Filmträgermaterial und eine Walze 224 mit beschichtetem Filmträgermaterial umfassen.
In einigen Ausführungsformen ist die Walze 222 mit blankem Filmträgermaterial derart ausgelegt, dass sie ein Trägermaterial 226 auf dem Stromkollektor 218 ablagert und/oder anderweitig bildet, bevor dieser mit dem Elektrodenmaterial beschichtet wird (d. h. auf dem blanken Film). Diese Ausgestaltung wird in 4 näher erläutert.
In einigen Ausführungsformen ist die Walze 224 mit blankem Filmträgermaterial derart ausgestaltet, dass sie ein Trägermaterial 226 auf dem Stromkollektor 218 ablagert und/oder anderweitig bildet, nachdem sie mit dem Elektrodenmaterial beschichtet wurde (d. h. auf dem beschichteten Film). Diese Ausgestaltung wird in 5 näher erläutert.
Alternativ oder zusätzlich kann das Trägermaterial 226 direkt auf ein blankes Filmsubstrat aufgebracht (geformt und/oder aufgebracht) werden, ohne (oder zusätzlich zu) einer direkten Integration in das Elektrodenbeschichtungssystem 200 (nicht separat dargestellt). Beispielsweise kann das Trägermaterial 226 bei Erhalt der Filmwalze auf den blanken Film geformt und/oder vor dem Kalandrieren direkt neben der Beschichtung aufgebracht werden (d. h. nach dem Formen des beschichteten Stromkollektors 220, aber vor dem Kalandrieren, wie in 3 gezeigt). In einigen Ausführungsformen kann das Trägermaterial 226 direkt in die Filmentwicklung und/oder den Beschichtungsprozess mittels additiver Fertigung, z. B. 3D-Druck, integriert werden. In einigen Ausführungsformen kann das Trägermaterial 226 beispielsweise direkt auf ein Filmsubstrat gedruckt werden, wenn es zu einer Walze aufgewickelt ist. Vorteilhafterweise entkoppelt diese Ausgestaltung das Aufbringen des Trägermaterials 226 von dem Elektrodenbeschichtungssystem 200 und ermöglicht so einzigartige Elektrodenbeschichtungsmuster für verschiedene Anwendungen. In einigen Ausführungsformen wird das Trägermaterial 226 mit einem Kältespray aufgetragen, um die Haftung auf dem blanken Film zu gewährleisten (z. B. bei Aluminiumanwendungen). In einigen Ausführungsformen wird das Trägermaterial 226 aus einer Quelle von Pulvermaterial gedruckt.
In einigen Ausführungsformen wird der beschichtete Stromkollektor 220 umgedreht und ein zweites Mal durch das Elektrodenbeschichtungssystem 200 geführt, um die Rückseite des Stromkollektors 218 zu beschichten (d. h. eine doppelseitige Ausgestaltung, nicht separat dargestellt). Die Rückseite des Stromkollektors 218 kann beschichtet werden, und das Trägermaterial kann in ähnlicher Weise aufgetragen werden, wie zuvor in Bezug auf den ersten Durchgang durch das Elektrodenbeschichtungssystem 200 beschrieben.
3 stellt eine beispielhafte Ausgestaltung eines Elektrodenkalandrierungssystems 300 gemäß einer oder mehreren Ausführungsform(en) dar. Wie in 3 gezeigt, kann das Elektrodenkalandrierungssystem 300 eine beschichtete Elektrodenwalze 302 umfassen. In einigen Ausführungsformen wird der beschichtete Stromkollektor 220 nach einem Beschichtungsprozess auf die beschichtete Elektrodenwalze 302 gewickelt (siehe 2). In einigen Ausführungsformen wird der beschichtete Stromkollektor 220 von der beschichteten Elektrodenwalze 302 abgewickelt und zum Kalandrieren zu einer Walzenpresse 304 geführt. In einigen Ausführungsformen kann der beschichtete Stromkollektor 220 auch direkt an die Walzenpresse 304 weitergeleitet werden.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Walzenpresse 304 eine obere Walze 306 und eine untere Walze 308, die derart angeordnet sind, dass sie Druck auf den beschichteten Stromkollektor 220 ausüben. Dieser als Kalandrieren bekannte Prozess soll die Dichte, die Gleichmäßigkeit und die Gesamtleistung der resultierenden gepressten Elektrode 310 (d. h. des gepressten Stromkollektors 218, des beschichteten Films 210 und des Trägermaterials 226) verbessern, indem das Elektrodenmaterial auf einem Abschnitt des Stromkollektors 218 komprimiert und verdichtet wird.
Die obere Walze 306 und die untere Walze 308 können aus einem haltbaren Material, wie z. B. Stahl, und mit Präzisionsoberflächen (z. B. mit Toleranzen von weniger als 10 Mikron) hergestellt werden, um eine gleichmäßige Druckverteilung zu gewährleisten. In einigen Ausführungsformen ist die obere Walze 306 vertikal über der unteren Walze 308 angeordnet, und ein Spalt G kann durch (z. B. hydraulisches) Bewegen der oberen Walze 306 und der unteren Walze 308 oder beider Walzen eingestellt werden, um die Stärke des ausgeübten Drucks zu steuern.
In einigen Ausführungsformen umfasst die Walzenpresse 304 mehrere Steuerparameter, wie z. B. eine Walzentemperatur (oben und/oder unten), einen Kalandrierungsdruck, einen Spaltabstand und eine Liniengeschwindigkeit. In einigen Ausführungsformen betragen die Walzentemperatur 50 Grad Celsius, der Druck 4,5 MPa und die Liniengeschwindigkeit 0,5 Meter pro Minute, obwohl auch andere Kalandrierungsausgestaltungen im vorgesehenen Umfang dieser Offenbarung in Betracht kommen. In einigen Ausführungsformen kann der Spalt G auf die gewünschte Dicke der gepressten Elektrode 310 eingestellt werden.
Wenn die obere Walze 306 und/oder die untere Walze 308 Druck ausüben, wird der beschichtete Stromkollektor 220 zusammengedrückt. Dadurch wird die Dichte der gepressten Elektrode 310 verbessert, Hohlräume und Lufteinschlüsse werden entfernt und der Kontakt zwischen dem Elektrodenmaterial (d. h. dem beschichteten Film 210) und dem Stromkollektor 218 wird verbessert. Der Kalandrierungsprozess führt auch zu einer Verringerung der Dicke des beschichteten Stromkollektors 220, da die gepresste Elektrode 310 unter dem Druck der Walzen abgeflacht wird.
In einigen Ausführungsformen wird durch das Vorhandensein des Trägermaterials 226 sichergestellt, dass die Spannung, die auf die blanken Filmabschnitte des Stromkollektors 218 ausgeübt wird, dieselbe ist wie die Spannung, die durch den beschichteten Film 210 auf die beschichteten Abschnitte des Stromkollektors 218 ausgeübt wird. In einigen Ausführungsformen wird die Dicke des Trägermaterials 226 für eine bestimmte Anwendung derart gewählt, dass eine gleichmäßige Verteilung der Spannungen gewährleistet ist. Es ist zu beachten, dass die Dicke, die erforderlich ist, um eine gleichmäßige Spannungsverteilung zu erreichen, je nach Belastung (z. B. Milligramm pro Quadratzentimeter) und Dichte des Elektrodenmaterials, dem für den Stromkollektor 218 gewählten Material und der Zieldicke der gepressten Elektrode 310 variiert.
Wie weiter in 3 gezeigt, kann das Elektrodenkalandrierungssystem 300 eine Aufwickelwalze 312 umfassen. In einigen Ausführungsformen wird die gepresste Elektrode 310 mit Hilfe der Aufwickelwalze 312 zu einer oder mehreren Walzen zusammengefasst.
In einigen Ausführungsformen kann das Elektrodenkalandrierungssystem 300 eine obere Aufwickelwalze 314 des Trägermaterials und/oder eine untere Aufwickelwalze 316 des Trägermaterials (auch als Sammelwalzen bezeichnet) umfassen, je nachdem, ob eine bestimmte Anwendung eine einseitige oder doppelseitige Beschichtungsausgestaltung verwendet (siehe 2). In einigen Ausführungsformen ist die obere Aufwickelwalze 314 des Trägermaterials derart ausgestaltet, dass sie das Trägermaterial 226, das auf der oberen Oberfläche der gepressten Elektrode 310 angeordnet und/oder geformt wurde, zurückgewinnt. In einigen Ausführungsformen ist die untere Aufwickelwalze 316 des Trägermaterials derart ausgestaltet, dass sie das auf der Unterseite der gepressten Elektrode 310 angeordnete und/oder geformte Trägermaterial 226 zurückgewinnt. In einigen Ausführungsformen sind die obere Aufwickelwalze 314 des Trägermaterials und die untere Aufwickelwalze 316 des Trägermaterials derart ausgestaltet, dass sie das Trägermaterial 226 vor dem Rückgewinnen der gepressten Elektrode 310 durch die Aufwickelwalze 312 erfassen.
4 stellt einen Prozessablauf 400 zum Herstellen von Elektroden mit verbesserter Kantenqualität gemäß einer oder mehrerer Ausführungsform(en) dar. Der Prozessablauf 400 beschreibt eine erste Herstellungsart, bei der ein Trägermaterial auf einen Stromkollektor aufgebracht wird, bevor dieser mit einem Elektrodenmaterial beschichtet wird. Der Ablauf 400 kann als Teil einer Elektrodenbeschichtung (siehe 2) und Kalandrierungsprozess (siehe 3) durchgeführt werden.
Der Ablauf 400 beginnt mit Schritt 402, in dem ein Stromkollektor 218 zum Beschichten/Kalandrieren beschafft wird. In einigen Ausführungsformen wird der Stromkollektor 218 als Blatt oder Film bereitgestellt, das bzw. der zwischen einer Gegenwalze 206 und einer Beschichtungswalze 204 hindurchgeführt wird, um, wie zuvor mit Bezug auf 2 beschrieben, mit dem Elektrodenmaterial in Kontakt zu kommen.
In Schritt 404 wird ein Trägermaterial 226 auf eine Oberfläche des Stromkollektors 218 aufgebracht. In einigen Ausführungsformen wird das Trägermaterial 226 auf Teile des Stromkollektors 218 aufgebracht, die in der endgültigen, gepressten Elektrode einen blanken Film darstellen (d. h. die Teile, die nicht mit Elektrodenmaterial abgedeckt sind). In einigen Ausführungsformen wird das Trägermaterial 226 mit einer Dicke geformt, die derart gewählt ist, dass die späteren Kalandrierungsspannungen (siehe Schritt 408) sowohl in den blanken als auch in den beschichteten Abschnitten des Stromkollektors 218 gleich (oder innerhalb der Werkzeuggrenzen im Wesentlichen gleich) sind.
In einigen Ausführungsformen wird das Trägermaterial 226 als eine einzige Materialschicht aufgebracht und/oder geformt. In einigen Ausführungsformen wird das Trägermaterial 226 als zwei oder mehr gestapelte Materialschicht(en) aufgebracht und/oder geformt. In einigen Ausführungsformen können zusätzliche Schichten des Trägermaterials 226 gestapelt werden, um eine gewünschte Dicke zu erreichen.
In einigen Ausführungsformen kann das Trägermaterial 226 eine Klebstoffkomponente und/oder eine Schutzschicht umfassen. In einigen Ausführungsformen umfasst das Trägermaterial 226 ein Material, das für thermische Stabilität ausgewählt wurde. Das Trägermaterial 226 kann zum Beispiel ein oder mehrere Material(ien) umfassen, das/die bis zu 150 Grad Celsius thermisch stabil ist/sind. In einigen Ausführungsformen umfasst das Trägermaterial 226 einen Klebstoff, der auf dem Stromkollektor 218 haften kann, aber auch rückstandsfrei entfernbar ist. In einigen Ausführungsformen umfasst das Trägermaterial 226 ein Material, das derart ausgewählt ist, dass es gegen die chemische Zusammensetzung der Aufschlämmung (z. B. NMP, Wasser usw.) einer bestimmten Anwendung beständig ist. In einigen Ausführungsformen umfasst das Trägermaterial 226 ein Material, das auf Lagerstabilität ausgelegt ist (z. B. behält es seine Eigenschaften für 6 Monate, 1 Jahr usw. bei). In einigen Ausführungsformen umfasst das Trägermaterial 226 ein Material, das für die Elektrodenaufschlämmung undurchlässig ist. In einigen Ausführungsformen umfasst das Trägermaterial 226 ein Material, das bei den für eine bestimmte Anwendung geltenden Kalandrierungsdrücken komprimierbar ist. In Szenarien, in denen ein Druck von 4,5 MPa erforderlich ist, um eine Elektrodendicke um 100 Mikrometer zu reduzieren, kann das Trägermaterial 226 beispielsweise Materialien mit einem Young'schen Modul von 45 GPa oder mehr umfassen. Zu den Beispielmaterialien gehören unter anderem Bänder und/oder Verbundstoffe aus Polyimid, flexible Polymere, Klebstoffe auf Silikonbasis, Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylchlorid (PVC), mit Klebstoffen beschichtete PVC-Träger und Metallfilm.
In Schritt 406 werden der Stromkollektor 218 und das Trägermaterial 226 mit Elektrodenmaterial (z. B. dem beschichteten Film 210) beschichtet. Der Stromkollektor 218 kann mit einem Beschichtungssystem beschichtet werden (z. B. mit dem in 2 beschriebenen Elektrodenbeschichtungssystem 200).
In Schritt 408 werden der Stromkollektor 218, das Trägermaterial 226 und der beschichtete Film 210 mit Hilfe eines Kalandrierungssystems (z. B. das in 3 beschriebene Elektrodenkalandrierungssystem 300) zum Herstellen einer gepressten Elektrode 310 komprimiert. Vorteilhafterweise dient das Trägermaterial 226 dazu, die Kalandrierungsspannungen während dieses Prozesses gleichmäßiger zu verteilen, was zu reduzierten Falteneffekten und verbesserter Kantenqualität der gepressten Elektrode 310 führt.
In Schritt 410 wird das Trägermaterial 226 (und Abschnitte der darauf gebildeten gepressten Elektrode 310) entfernt, um einen blanken Filmabschnitt des Stromkollektors 218 freizulegen. Das Trägermaterial 226 kann mit Hilfe von Sammelwalzen (z. B. der oberen Aufwickelwalze 314 des Trägermaterials und/oder der unteren Aufwickelwalze 316 des Trägermaterials) entfernt werden, wie zuvor beschrieben.
Optional kann der Ablauf 400 einen Schritt 412 umfassen, der zwischen Schritt 408 und Schritt 410 eingefügt wird. In Schritt 412 wird eine zusätzliche Schicht des Trägermaterials 226 auf Abschnitte der gepressten Elektrode 310 über der anfänglichen, ersten Schicht des Trägermaterials 226 aufgebracht. In dieser Ausgestaltung wird der Ablauf 400 mit Schritt 410 fortgesetzt, in dem sowohl die erste Schicht als auch die zusätzliche Schicht des Trägermaterials 226 entfernt werden. Vorteilhafterweise dient die zusätzliche Schicht des Trägermaterials 226 dazu, das Entfernen von Abschnitten der gepressten Elektrode 310 weiter zu unterstützen.
5 stellt einen Prozessablauf 500 zum Herstellen von Elektroden mit verbesserter Kantenqualität gemäß einer oder mehrerer Ausführungsform(en) dar. Der Prozessablauf 500 beschreibt eine zweite Herstellungsart, bei der ein Trägermaterial nach dem Beschichten mit einem Elektrodenmaterial auf einen Stromkollektor aufgebracht wird. Der Ablauf 500 kann als Teil einer Elektrodenbeschichtung (siehe 2) und Kalandrierungsprozess (siehe 3) durchgeführt werden.
Der Ablauf 500 beginnt mit Schritt 502, in dem ein Stromkollektor 218 zum Beschichten/Kalandrieren beschafft wird. In einigen Ausführungsformen wird der Stromkollektor 218 als Blatt oder Film bereitgestellt, das bzw. der zwischen einer Gegenwalze 206 und einer Beschichtungswalze 204 hindurchgeführt wird, um, wie zuvor mit Bezug auf 2 beschrieben, mit dem Elektrodenmaterial in Kontakt zu kommen.
In Schritt 504 wird ein Abschnitt des Stromkollektors 218 mit Elektrodenmaterial (z. B. dem beschichteten Film 210) beschichtet. Der Stromkollektor 218 kann mit einem Beschichtungssystem beschichtet werden (z. B. mit dem in 2 beschriebenen Elektrodenbeschichtungssystem 200).
In Schritt 506 wird ein Trägermaterial 226 auf eine blanke Oberfläche des Stromkollektors 218 (d. h. auf die in Schritt 504 nicht beschichteten Abschnitte) aufgebracht. In einigen Ausführungsformen wird das Trägermaterial 226 mit einer Dicke geformt, die derart gewählt ist, dass die späteren Kalandrierungsspannungen (siehe Schritt 508) sowohl in den blanken als auch in den beschichteten Abschnitten des Stromkollektors 218 gleich (oder innerhalb der Werkzeuggrenzen im Wesentlichen gleich) sind. Das Trägermaterial 226 kann als einzelne Materialschicht oder als zwei oder mehr gestapelte Materialschichten aufgebracht und/oder geformt werden und kann, wie zuvor beschrieben, eine Klebstoffkomponente und/oder eine Schutzschicht umfassen.
In Schritt 508 werden der Stromkollektor 218, das Trägermaterial 226 und der beschichtete Film 210 mit Hilfe eines Kalandrierungssystems (z. B. das in 3 beschriebene Elektrodenkalandrierungssystem 300) zum Herstellen einer gepressten Elektrode 310 komprimiert. Vorteilhafterweise dient das Trägermaterial 226 dazu, die Kalandrierungsspannungen während dieses Prozesses gleichmäßiger zu verteilen, was zu reduzierten Falteneffekten und verbesserter Kantenqualität der gepressten Elektrode 310 führt.
In Schritt 510 wird das Trägermaterial 226 (und Abschnitte der darauf gebildeten gepressten Elektrode 310) entfernt, um einen blanken Filmabschnitt des Stromkollektors 218 freizulegen. Das Trägermaterial 226 kann mit Hilfe von Sammelwalzen (z. B. der oberen Aufwickelwalze 314 des Trägermaterials und/oder der unteren Aufwickelwalze 316 des Trägermaterials) entfernt werden, wie zuvor beschrieben.
Unter nun folgender Bezugnahme auf 6 ist ein Flussdiagramm 600 zum Herstellen von Elektroden mit verbesserter Kantenqualität gemäß einer Ausführungsform allgemein dargestellt. Das Flussdiagramm 600 ist unter Bezugnahme auf 1-5 beschrieben und kann weitere, in 6 nicht dargestellte Schritte umfassen. Die in 6 dargestellten Blöcke sind zwar in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt, können neu geordnet, unterteilt und/oder kombiniert sein.
In Block 602 umfasst das Verfahren das Bereitstellen eines Stromkollektors.
In Block 604 umfasst das Verfahren das Aufbringen eines Trägermaterials auf einen ersten Abschnitt des Stromkollektors. In einigen Ausführungsformen wird das Trägermaterial in einer Dicke aufgetragen, die derart gewählt ist, dass die Kalandrierungsspannung gleichmäßig auf die blanken und beschichteten Abschnitte des Stromkollektors verteilt wird. In einigen Ausführungsformen umfasst das Trägermaterial eines oder mehrere von Polyimid, ein Polymer, einen Klebstoff auf Silikonbasis, PTFE, PVC und einen Metallfilm.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Aufbringen des Trägermaterials auf den ersten Abschnitt des Stromkollektors das Bereitstellen einer Walze mit blankem Filmträgermaterial, die derart angebracht ist, dass das Trägermaterial auf den ersten Abschnitt des Stromkollektors aufgebracht wird, bevor der Stromkollektor mit dem Elektrodenmaterial beschichtet wird.
In Block 606 umfasst das Verfahren das Beschichten des Stromkollektors und des Trägermaterials mit einem Elektrodenmaterial. In einigen Ausführungsformen umfasst das Beschichten des Stromkollektors und des Trägermaterials mit dem Elektrodenmaterial das Bereitstellen eines Flüssigkeitsvorratsdamms, der das Elektrodenmaterial umfasst, und das Bereitstellen einer mit dem Flüssigkeitsvorratsdamm verbundenen Beschichtungswalze. Die Beschichtungswalze wird derart angeordnet, dass der Stromkollektor mit dem Elektrodenmaterial beschichtet wird.
In Block 608 umfasst das Verfahren das Kalandrieren des Stromkollektors, des Trägermaterials und des Elektrodenmaterials.
Das Verfahren umfasst das Aufbringen von zusätzlichem Trägermaterial über den ersten Abschnitt des Stromkollektors nach dem Kalandrieren. Das zusätzliche Trägermaterial wird direkt auf das Elektrodenmaterial aufgebracht.
In Block 610 umfasst das Verfahren das Entfernen des Trägermaterials vom ersten Teil des Stromkollektors.
Unter nun folgender Bezugnahme auf 7 ist ein Flussdiagramm 700 zum Herstellen von Elektroden mit verbesserter Kantenqualität gemäß einer Ausführungsform allgemein dargestellt. Das Flussdiagramm 700 ist unter Bezugnahme auf 1-5 beschrieben und kann weitere, in 7 nicht dargestellte Schritte umfassen. Die in 7 dargestellten Blöcke sind zwar in einer bestimmten Reihenfolge dargestellt, können neu geordnet, unterteilt und/oder kombiniert sein.
In Block 702 umfasst das Verfahren das Bereitstellen eines Stromkollektors.
In Block 704 umfasst das Verfahren das Beschichten eines ersten Abschnitts des Stromkollektors mit einem Elektrodenmaterial. In einigen Ausführungsformen umfasst das Beschichten des ersten Abschnitts des Stromkollektors mit dem Elektrodenmaterial das Bereitstellen eines Flüssigkeitsvorratsdammes, das das Elektrodenmaterial umfasst, und das Bereitstellen einer Beschichtungswalze, die mit dem Flüssigkeitsvorratsdamm verbunden ist. Die Beschichtungswalze wird derart angeordnet, dass der Stromkollektor mit dem Elektrodenmaterial beschichtet wird.
In Block 706 umfasst das Verfahren das Aufbringen eines Trägermaterials auf einen zweiten Abschnitt des Stromkollektors. In einigen Ausführungsformen wird das Trägermaterial mit einer Dicke aufgebracht, die derart gewählt ist, dass die Kalandrierungsspannung gleichmäßig über den ersten und den zweiten Abschnitt des Stromkollektors verteilt wird. In einigen Ausführungsformen umfasst das Trägermaterial eines oder mehrere von Polyimid, ein Polymer, einen Klebstoff auf Silikonbasis, PTFE, PVC und einen Metallfilm.
In einigen Ausführungsformen umfasst das Aufbringen des Trägermaterials auf den zweiten Abschnitt des Stromkollektors das Bereitstellen einer Walze mit beschichtetem Filmträgermaterial, die derart angeordnet ist, dass das Trägermaterial auf den zweiten Abschnitt des Stromkollektors aufgebracht wird, nachdem der erste Abschnitt des Stromkollektors mit dem Elektrodenmaterial beschichtet wurde.
In Block 708 umfasst das Verfahren das Kalandrieren des Stromkollektors, des Trägermaterials und des Elektrodenmaterials.
Block 710 umfasst das Verfahren das Entfernen des Trägermaterials vom zweiten Abschnitt des Stromkollektors. In einigen Ausführungsformen umfasst das Entfernen des Trägermaterials das Bereitstellen einer oberen Aufwickelwalze für das Trägermaterial, die derart angebracht ist, dass sie das Trägermaterial von der oberen Oberfläche des Stromkollektors zurückgewinnt. In einigen Ausführungsformen umfasst das Entfernen des Trägermaterials ferner das Bereitstellen einer unteren Aufwickelwalze für das Trägermaterial, die derart angebracht ist, dass sie das Trägermaterial von einer unteren Oberfläche des Stromkollektors zurückgewinnt.
Die Begriffe „ein“ und „eine“ bedeuten keine Mengenbegrenzung, sondern bezeichnen das Vorhandensein von mindestens einem der genannten Gegenstände. Der Begriff „oder“ bedeutet „und/oder“, sofern sich aus dem Kontext nicht eindeutig etwas Anderes ergibt. Wenn in der gesamten Beschreibung von „einem Aspekt“ die Rede ist, bedeutet dies, dass ein bestimmtes Element (z. B. ein Merkmal, eine Struktur, ein Schritt oder eine Eigenschaft), das im Zusammenhang mit dem Aspekt beschrieben wird, in mindestens einem der hier beschriebenen Aspekte umfasst ist und in anderen Aspekten vorhanden sein kann oder nicht. Es versteht sich außerdem, dass die beschriebenen Elemente in den verschiedenen Aspekten auf jede geeignete Weise kombiniert werden können.
Wenn ein Element wie eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder ein Substrat als „auf“ einem anderen Element liegend bezeichnet wird, kann es direkt auf dem anderen Element liegen oder es können auch dazwischenliegende Elemente vorhanden sein. Im Gegensatz dazu gibt es keine dazwischenliegenden Elemente, wenn ein Element als „direkt auf“ einem anderen Element liegend bezeichnet wird.
Sofern hier nicht anders angegeben, sind alle Prüfnormen die neueste Norm, die am Anmeldetag dieser Anmeldung in Kraft ist, oder, wenn eine Priorität beansprucht wird, der Anmeldetag der frühesten Prioritätsanmeldung, in der die Prüfnorm erscheint.
Sofern nicht anders definiert, haben die hier verwendeten technischen und wissenschaftlichen Begriffe die gleiche Bedeutung, wie sie von einem Fachmann auf dem Gebiet, zu dem diese Offenbarung gehört, allgemein verstanden wird.
Obwohl die obige Offenbarung unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsformen beschrieben wurde, versteht der Fachmann, dass verschiedene Änderungen vorgenommen und äquivalente Elemente ersetzt werden können, ohne ihren Umfang zu verlassen. Darüber hinaus können viele Änderungen vorgenommen werden, um eine bestimmte Situation oder ein bestimmtes Material an die Lehren der Offenbarung anzupassen, ohne von ihrem wesentlichen Umfang abzuweichen. Daher soll die vorliegende Offenbarung nicht auf die besonderen Ausführungsformen beschränkt sein, sondern alle Ausführungsformen umfassen, die in ihren Umfang fallen.

Claims

System (200) zum Herstellen von Elektroden (310) mit verbesserter Kantenqualität, wobei das System (200) umfasst: einen Flüssigkeitsvorratsdamm, umfassend ein Elektrodenmaterial (212); eine Beschichtungswalze (204), die mit dem Flüssigkeitsvorratsdamm verbunden ist, wobei die Beschichtungswalze (204) derart angeordnet ist, dass sie einen Stromkollektor (218) mit dem Elektrodenmaterial (212) beschichtet; eine Gegenwalze (206), die derart angeordnet ist, dass sie den Stromkollektor (218) auf die Beschichtungswalze (204) überträgt; und mindestens eine von einer Walze (222) mit blankem Filmträgermaterial (226) und einer Walze (224) mit beschichtetem Filmträgermaterial (226); wobei die Walze (222) mit dem blanken Filmträgermaterial (226) derart angeordnet ist, dass ein Trägermaterial (226) auf einen ersten Teil des Stromkollektors (218) aufgebracht wird, bevor der Stromkollektor (218) mit dem Elektrodenmaterial (212) beschichtet wird; wobei die Walze (224) mit dem beschichteten Filmträgermaterial (226) derart angebracht ist, dass das Trägermaterial (226) auf den ersten Abschnitt des Stromkollektors (218) aufgebracht wird, nachdem der Stromkollektor (218) mit dem Elektrodenmaterial (212) beschichtet wurde; und wobei das Trägermaterial (226) in einer Dicke aufgebracht wird, die derart gewählt ist, dass die Spannung während eines Kalandrierungsprozesses gleichmäßig über blanke Abschnitte und beschichtete Abschnitte des Stromkollektors (218) verteilt wird, wodurch eine gepresste Elektrode (310) mit verbesserter Kantenqualität gebildet wird; dadurch gekennzeichnet, dass das System (200) eine Kommawalze (202) umfasst, die von der Beschichtungswalze (204) durch einen Spalt (218) getrennt ist, wobei der Spalt (218) eine Menge des auf den Stromkollektor (218) aufgetragenen Elektrodenmaterials (212) definiert.
System (200) nach Anspruch 1, ferner umfassend eine oder mehrere Sammelwalze(n) (314, 316), die derart angeordnet ist/sind, dass sie das Trägermaterial (226) nach dem Kalandrierungsprozess zurückgewinnt/zurückgewinnen.
System (200) nach Anspruch 2, wobei die eine oder die mehreren Sammelwalze(n) (314, 316) eine obere Aufwickelwalze (318) für das Trägermaterial (226) umfasst/umfassen, die derart angebracht ist, dass sie das Trägermaterial (226) von einer oberen Oberfläche der gepressten Elektrode (310) zurückgewinnt.
System (200) nach Anspruch 3, wobei die eine oder die mehreren Sammelwalze(n) (314, 316) ferner eine untere Aufwickelwalze (316) für das Trägermaterial (226) umfassen, die derart angebracht ist, dass sie das Trägermaterial (226) von einer unteren Oberfläche der gepressten Elektrode (310) zurückgewinnt.
System (200) nach Anspruch 1, wobei das Trägermaterial (226) eines oder mehrere von Polyimid, ein Polymer, einen Klebstoff auf Silikonbasis, Polytetrafluorethylen (PTFE), Polyvinylchlorid (PVC) und Metallfilm umfasst.
Verfahren, umfassend: Bereitstellen eines Stromkollektors (218); Aufbringen eines Trägermaterials (226) auf einen ersten Abschnitt des Stromkollektors (218); Beschichten des Stromkollektors (218) und des Trägermaterials (226) mit einem Elektrodenmaterial (212); Kalandrieren des Stromkollektors (218), des Trägermaterials (226) und des Elektrodenmaterials (212); und Entfernen des Trägermaterials (226) vom ersten Abschnitt des Stromkollektors (218), wobei nach dem Kalandrieren zusätzliches Trägermaterial (226) auf den ersten Abschnitt des Stromkollektors (218) aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass das zusätzliche Trägermaterial (226) direkt auf das Elektrodenmaterial (212) aufgebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 6, bei dem das Trägermaterial (226) in einer Dicke aufgebracht wird, die derart gewählt ist, dass die Kalandrierungsspannung gleichmäßig über blanke und beschichtete Abschnitte des Stromkollektors verteilt wird.