DE19941861A1 - Lithium-Polymer-Akkumulator mit Festkörper-Elektrolyt und Verfahren zu dessen Massenherstellung in Folientechnologie - Google Patents
Lithium-Polymer-Akkumulator mit Festkörper-Elektrolyt und Verfahren zu dessen Massenherstellung in FolientechnologieInfo
- Publication number
- DE19941861A1 DE19941861A1 DE19941861A DE19941861A DE19941861A1 DE 19941861 A1 DE19941861 A1 DE 19941861A1 DE 19941861 A DE19941861 A DE 19941861A DE 19941861 A DE19941861 A DE 19941861A DE 19941861 A1 DE19941861 A1 DE 19941861A1
- Authority
- DE
- Germany
- Prior art keywords
- foil
- current
- cathode
- anode
- production
- 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.)
- Ceased
Links
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 title claims abstract description 20
- 239000000203 mixture Substances 0.000 title claims abstract 6
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 claims abstract description 7
- 239000002001 electrolyte material Substances 0.000 claims abstract description 6
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 claims abstract description 5
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims abstract description 5
- 239000010406 cathode material Substances 0.000 claims abstract description 5
- 239000010405 anode material Substances 0.000 claims abstract description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 claims abstract description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 claims abstract description 4
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims abstract 6
- 239000011888 foil Substances 0.000 claims description 29
- DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N dibutyl phthalate Chemical compound CCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCC DOIRQSBPFJWKBE-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 24
- CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N Acetone Chemical compound CC(C)=O CSCPPACGZOOCGX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 18
- 239000003792 electrolyte Substances 0.000 claims description 14
- 239000002904 solvent Substances 0.000 claims description 13
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 239000004014 plasticizer Substances 0.000 claims description 6
- 229920000642 polymer Polymers 0.000 claims description 6
- 229920005569 poly(vinylidene fluoride-co-hexafluoropropylene) Polymers 0.000 claims description 5
- OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N Carbon Chemical compound [C] OKTJSMMVPCPJKN-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 4
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 claims description 4
- 238000000576 coating method Methods 0.000 claims description 4
- 229920001577 copolymer Polymers 0.000 claims description 4
- 239000007788 liquid Substances 0.000 claims description 4
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims description 4
- 238000005520 cutting process Methods 0.000 claims description 3
- 238000007654 immersion Methods 0.000 claims description 3
- 239000010416 ion conductor Substances 0.000 claims description 3
- 238000004080 punching Methods 0.000 claims description 3
- 238000003466 welding Methods 0.000 claims description 3
- 229910017121 AlSiO Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910013684 LiClO 4 Inorganic materials 0.000 claims description 2
- 229910013733 LiCo Inorganic materials 0.000 claims description 2
- UHESRSKEBRADOO-UHFFFAOYSA-N ethyl carbamate;prop-2-enoic acid Chemical compound OC(=O)C=C.CCOC(N)=O UHESRSKEBRADOO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 2
- 230000002687 intercalation Effects 0.000 claims description 2
- 238000009830 intercalation Methods 0.000 claims description 2
- 229910052744 lithium Inorganic materials 0.000 claims description 2
- MQIUGAXCHLFZKX-UHFFFAOYSA-N Di-n-octyl phthalate Natural products CCCCCCCCOC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCCCCCCCC MQIUGAXCHLFZKX-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 6
- 229920003171 Poly (ethylene oxide) Polymers 0.000 claims 6
- BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N bis(2-ethylhexyl) phthalate Chemical compound CCCCC(CC)COC(=O)C1=CC=CC=C1C(=O)OCC(CC)CCCC BJQHLKABXJIVAM-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 6
- 239000000126 substance Substances 0.000 claims 4
- 239000004793 Polystyrene Substances 0.000 claims 3
- 239000004800 polyvinyl chloride Substances 0.000 claims 3
- 229910003481 amorphous carbon Inorganic materials 0.000 claims 2
- AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M lithium bromide Chemical compound [Li+].[Br-] AMXOYNBUYSYVKV-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 2
- KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M lithium chloride Chemical compound [Li+].[Cl-] KWGKDLIKAYFUFQ-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 2
- 229910052751 metal Inorganic materials 0.000 claims 2
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims 2
- 229910018068 Li 2 O Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910018119 Li 3 PO 4 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910009178 Li1.3Al0.3Ti1.7(PO4)3 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910013063 LiBF 4 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910012851 LiCoO 2 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910015643 LiMn 2 O 4 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910013290 LiNiO 2 Inorganic materials 0.000 claims 1
- 229910012465 LiTi Inorganic materials 0.000 claims 1
- 239000002033 PVDF binder Substances 0.000 claims 1
- 229910004283 SiO 4 Inorganic materials 0.000 claims 1
- QTHKJEYUQSLYTH-UHFFFAOYSA-N [Co]=O.[Ni].[Li] Chemical compound [Co]=O.[Ni].[Li] QTHKJEYUQSLYTH-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 239000002003 electrode paste Substances 0.000 claims 1
- 238000010438 heat treatment Methods 0.000 claims 1
- 229910000625 lithium cobalt oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M lithium iodide Inorganic materials [Li+].[I-] HSZCZNFXUDYRKD-UHFFFAOYSA-M 0.000 claims 1
- 229910002102 lithium manganese oxide Inorganic materials 0.000 claims 1
- BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido(oxo)cobalt Chemical compound [Li+].[O-][Co]=O BFZPBUKRYWOWDV-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- VLXXBCXTUVRROQ-UHFFFAOYSA-N lithium;oxido-oxo-(oxomanganiooxy)manganese Chemical compound [Li+].[O-][Mn](=O)O[Mn]=O VLXXBCXTUVRROQ-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- URIIGZKXFBNRAU-UHFFFAOYSA-N lithium;oxonickel Chemical compound [Li].[Ni]=O URIIGZKXFBNRAU-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N nickel Substances [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims 1
- 229920002981 polyvinylidene fluoride Polymers 0.000 claims 1
- 238000000034 method Methods 0.000 description 4
- 238000011084 recovery Methods 0.000 description 4
- 238000001035 drying Methods 0.000 description 3
- 235000011837 pasties Nutrition 0.000 description 3
- 239000000843 powder Substances 0.000 description 3
- HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N Lithium ion Chemical compound [Li+] HBBGRARXTFLTSG-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 239000011244 liquid electrolyte Substances 0.000 description 2
- 229910001416 lithium ion Inorganic materials 0.000 description 2
- 238000002156 mixing Methods 0.000 description 2
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 2
- 239000007784 solid electrolyte Substances 0.000 description 2
- -1 B. LiClO 4 Chemical class 0.000 description 1
- WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N Lithium Chemical compound [Li] WHXSMMKQMYFTQS-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 244000309464 bull Species 0.000 description 1
- 229910052799 carbon Inorganic materials 0.000 description 1
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 1
- 239000011889 copper foil Substances 0.000 description 1
- 238000003618 dip coating Methods 0.000 description 1
- 239000003822 epoxy resin Substances 0.000 description 1
- 239000011245 gel electrolyte Substances 0.000 description 1
- 229910002804 graphite Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010439 graphite Substances 0.000 description 1
- 239000004615 ingredient Substances 0.000 description 1
- 238000005304 joining Methods 0.000 description 1
- 229910003002 lithium salt Inorganic materials 0.000 description 1
- 159000000002 lithium salts Chemical class 0.000 description 1
- 231100000252 nontoxic Toxicity 0.000 description 1
- 230000003000 nontoxic effect Effects 0.000 description 1
- 238000012856 packing Methods 0.000 description 1
- 229920000647 polyepoxide Polymers 0.000 description 1
- 229920000131 polyvinylidene Polymers 0.000 description 1
- 238000007639 printing Methods 0.000 description 1
- QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N propylene Natural products CC=C QQONPFPTGQHPMA-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 125000004805 propylene group Chemical group [H]C([H])([H])C([H])([*:1])C([H])([H])[*:2] 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000003756 stirring Methods 0.000 description 1
- 238000003860 storage Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/04—Processes of manufacture in general
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
- H01M10/0436—Small-sized flat cells or batteries for portable equipment
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/05—Accumulators with non-aqueous electrolyte
- H01M10/052—Li-accumulators
- H01M10/0525—Rocking-chair batteries, i.e. batteries with lithium insertion or intercalation in both electrodes; Lithium-ion batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M10/00—Secondary cells; Manufacture thereof
- H01M10/04—Construction or manufacture in general
- H01M2010/0495—Nanobatteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M4/00—Electrodes
- H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
- H01M4/62—Selection of inactive substances as ingredients for active masses, e.g. binders, fillers
- H01M4/621—Binders
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M50/00—Constructional details or processes of manufacture of the non-active parts of electrochemical cells other than fuel cells, e.g. hybrid cells
- H01M50/50—Current conducting connections for cells or batteries
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/14—Cells with non-aqueous electrolyte
- H01M6/18—Cells with non-aqueous electrolyte with solid electrolyte
- H01M6/188—Processes of manufacture
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
- H01M6/00—Primary cells; Manufacture thereof
- H01M6/40—Printed batteries, e.g. thin film batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
- Y02E60/10—Energy storage using batteries
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P70/00—Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
- Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Manufacturing & Machinery (AREA)
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Electrochemistry (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
- Secondary Cells (AREA)
Abstract
Die Erfindung betrifft das Prinzip sowie die Herstellungstechnologie einer neuartigen wiederaufladbaren Lithium-Ionen-Batterie (Akkumulatorzelle) für die Informations- und Kommunikationstechnik von Morgen, bei der anstelle der bislang üblichen Flüssig-Elektrolyte ein Festkörper-Elektrolyt verwendet wird. DOLLAR A Sowohl die Elektroden als auch der Elektrolyt werden als flexible Folien hergestellt. Die nach dieser Technologie hergestellten Akkumulatoren und das beschriebene Herstellungsverfahren bieten gegenüber bisherigen Produkten bzw. Verfahren Vorteile hinsichtlich Sicherheit, Umweltverträglichkeit sowie Komplexität und Kosten der Herstellung. DOLLAR A Das automatisierte Herstellverfahren wird auf zwei unterschiedlichen Maschinengruppen realisiert. Es werden zunächst die Materialbänder für die elektrochemischen Komponenten als Folien hergestellt. Diese Folienbänder werden anschließend in einer zweiten automatisierten Maschinengruppe zu kompletten Akkumulatoren verarbeitet.
Description
Die Erfindung betrifft das Prinzip sowie die Herstellungstechnologie einer neuartigen wiederauflad
baren Lithium-Ionen-Batterie (Akkumulatorzelle) für die Informations- und Kommunikationstechnik
von morgen, bei der anstelle der bislang üblichen Flüssig-Elektrolyte ein Festkörper Elektrolyt ver
wendet wird.
Sowohl die Elektroden als auch der Elektrolyt werden als flexible Folien hergestellt. Die nach die
ser Technologie hergestellten Akkumulatoren und das beschriebene Herstellungsverfahren bieten
gegenüber bisherigen Produkten bzw. Verfahren die folgenden Vorteile:
- - Es werden ausschließlich nicht-toxische Materialien verwendet, die entweder unbedenklich ent sorgt wenden können oder eine einfache Rückgewinnung ermöglichen.
- - Die verwendeten Materialien sind relativ kostengünstig und unkompliziert aufzubereiten im Ver gleich zu den in herkömmlichen Akkumulatoren eingesetzten.
- - Gegenüber derzeit auf den Markt kommenden Folienakkumulatoren mit Gel- oder Flüssig- Elektrolyt ist das hier beschriebene Verfahren sehr viel einfacher und läßt sich durchgängig automatisieren. Dadurch ist der Personalaufwand entsprechend gering, so daß sich ein deutli cher Kostenvorteil ergibt.
- - Durch die Verwendung eines Festkörper Elektrolyten kann sowohl auf elektronische Schutz schaltungen als auch auf auslaufsichere Gehäuse verzichtet werden, was zu einer Reduzierung des Gewichts und der Herstellkosten der fertigen Akkumulatoren führt.
Die Materialien für die Kathode, die Anode sowie den Elektrolyt werden jeweils in Form von Pasten
aufbereitet. Hierzu werden die Zutaten fein zerrieben und in einem geeigneten Lösungsmittel der
art verrührt, daß jeweils homogene, viskose Pasten entstehen. Diese können entweder nach be
kannten Methoden manuell, z. B. mittels einer Rakelvorrichtung, oder gemäß dem unten beschrie
benen Verfahren automatisch zu Folien verarbeitet werden.
Zunächst werden 8 g% (Prozent Gewichtsanteile) eines Polymers in Pulverform, z. B. Polyvinyli
denfluorid-co-Hexafluorpropylen (PVDF-HFP), zusammen mit 9 g% eines Weichmachers, z. B.
Dibutylphtalat (DBP), in 55 g% eines Lösungsmittels, z. B. Aceton, aufgelöst. Zu diesem Basis
material werden 26 g% eines Lithium-Interkalationsmaterials, z. B. LiCo2, und 4 g% fein zerrie
benen Kohlenstoffs zur Verbesserung der elektronischen Leitfähigkeit zugesetzt und zu einer ho
mogenen, pastösen Masse verrührt.
Zunächst werden 6 g% eines Polymers in Pulverform, z. B. Polyvinylidenfluorid-co-Hexafluor
propylen (PVDF-HFP), zusammen mit 9 g% eines Weichmachers, z. B. Dibutylphtalat (DBP), in 55
g% eines Lösungsmittels, z. B. Aceton, aufgelöst. Zu diesem Basismaterial werden 30 g% fein
zerriebenen Graphits zugesetzt und zu einer homogenen, pastösen Masse verrührt.
Zunächst werden 6 g% eines Copolymers in Pulverform, z. B. Polyvinylidenfluorid-co-Hexafluor
propylen (PVDF-HFP), zusammen mit 9 g% eines Weichmachers, z. B. Dibutylphtalat (DBP), in 55
g% eines Lösungsmittels, z. B. Aceton, aufgelöst. Zu diesem Basismaterial werden 27 g% eines
Lithium-Ionenleiters, z. B. Li9AlSiO8, und 3 g% eines Lithium-Salzes, z. B. LiClO4, jeweils fein zer
rieben zugesetzt und zu einer homogenen, pastösen Masse verrührt.
Das automatisierte Herstellverfahren wird auf zwei unterschiedlichen Maschinengruppen realisiert.
Es werden zunächst die Materialbänder für die elektrochemischen Komponenten als Folien herge
stellt. Diese Folienbänder, die auch zwischengelagert werden können, werden anschließend in
einer zweiten automatisierten Maschinengruppe zu kompletten Akkumulatoren verarbeitet (assem
bliert).
Die Herstellungsschritte werden mit "A" und "B" für die Folienproduktion und mit "C" für die
Akkumulatorassemblierung bezeichnet.
Von einer Rolle (1) wird ein Stromableitband, bestehend aus einer expandierten Aluminiumfolie
von vorzugsweise 30 bis 50 µm Dicke und 30 bis 70 cm Breite, durch eine Richtwalzenanordnung
(100) unter eine Pastiervorrichtung (101) geführt. In diese Pastiervorrichtung wird aus einer Misch
anlage (4) das als Paste aufbereitete Kathodenmaterial (2) gepumpt. Die Kathodenpaste besitzt
eine mäßig viskose Konsistenz. Durch gegenläufige Pastierschaufeln (102) wird die Kathodenpa
ste auf das zwischen dem Pastierhopper und der Gegenplatte (103) hindurchgeführte Aluminium
band aufgedrückt, so daß sich eine innige mechanische Verbindung ergibt. Am Ausgang der Pa
stiervorrichtung (101) bestimmt ein Abstreifer (3) die Dicke der aufpastierten Schicht. Diese beträgt
vorzugsweise 100 bis 200 µm. Gleichzeitig wird durch den Abstreifer auch die Breite der aufpa
stierten Streifen (5.2) derart geregelt, daß neben jedem dieser Streifen ein schmaler Streifen (5.1)
pastenfrei bleibt der später zum Anbringen der Stromableitkontakte dient. Das pastierte Band (5)
wird durch eine Trocknungszone (6) geführt, wo es von dem in der Paste enthaltenen Lösungs
mittel, z. B. Aceton, befreit wird. Das Lösungsmittel kann über eine Rückgewinnungsanlage (104)
wiederverwendet werden.
Das getrocknete Folienband wird unter einer zweiten Pastiervorrichtung (7) hindurchgeführt. Diese
Einheit wird durch einen Pastenmischer (8) mit Elektrolytpaste (105) befüllt. Deren Konsistenz ent
spricht der der Kathodenpaste. Durch gegenläufige Pastierschaufeln (106) wird die Elektrolytpaste
auf das zwischen dem Pastierhopper und der Gegenplatte (107) hindurchgeführte Kathodenband
aufgedrückt. Am Ausgang der Pastiervorrichtung (7) bestimmt ein Abstreifer (108) die Dicke der
aufpastierten Schicht vorzugsweise 10 bis 50 µm sowie die Breite der Streifen (9.3) entsprechend
denen der Kathodenschicht (5.2). Das pastierte Band (9) wird durch eine Trocknungszone (10)
geführt, wo es von dem in der Paste enthaltenen Lösungsmittel, z. B. Aceton, befreit wird. Das
Lösungsmittel kann über eine Rückgewinnungsanlage (108) wiederverwendet werden.
Die getrocknete Folie (109) wird durch eine Trennvorrichtung mit mehren Schneidscheiben (11) in
so viele Bahnen geschnitten, wie es aufpastierte Streifen gibt und auf ebenso viele separate Spu
len (12) aufgewickelt. Diese Spulen können zwischengelagert werden. Zu diesem Zweck werden
sie vorzugsweise in einen Blisterpack eingeschweißt.
"A" Detail 1 zeigt die in Rollenform gelieferte Stromableitfolie aus Aluminium.
"A" Detail 5 zeigt das Band mit den auf die Stromableitfolie aufpastierten Streifen aus Kathoden
material (5.2) und den freibleibenden Zonen (5.1).
"A" Detail 9 zeigt das Band mit den auf die Kathodenstreifen (5.2) aufpastierten Streifen aus
Elektrolytmaterial (9.3).
"A" Detail 11 zeigt die Art der Trennung des Bandes in Streifen.
"A" Detail 12 zeigt eine Spule mit der aufgewickelten Kathoden/Elektrolyt-Folie.
Von einer Rolle (13) wird ein Stromableitband, bestehend aus einer expandierten Kupferfolie von
vorzugsweise 30 bis 50 µm Dicke und 30 bis 70 cm Breite, durch eine Richtwalzenanordnung
(110) unter eine Pastiervorrichtung (111) geführt. In diese Pastiervorrichtung wird aus einer Misch
anlage (14) das als Paste aufbereitete Anodenmaterial (15) gepumpt. Die Anodenpaste besitzt
eine viskose Konsistenz ähnlich der des Kathodenmaterials. Durch gegenläufige Pastierschaufeln
(112) wird die Anodenpaste auf das zwischen dem Pastierhopper und der Gegenplatte (113) hin
durchgeführte Kupfertand aufgedrückt, so daß sich eine innige mechanische Verbindung ergibt.
Am Ausgang der Pastiervorrichtung (111) bestimmt ein Abstreifer (16) die Dicke der aufpastierten
Schicht. Diese beträgt vorzugsweise 100 bis 250 µm. Gleichzeitig wird durch den Abstreifer auch
die Breite der aufpastierten Streifen (17.2) derart geregelt, daß neben jedem dieser Streifen ein
schmaler Streifen (17.1) pastenfrei bleibt der später zum Anbringen der Stromableitkontakte dient.
Die Breite der aufpastierten Streifen entspricht der der Kathoden/Elektrolyt-Streifen abzüglich 1
mm auf jeder Seite (s. "C" Detail 24). Das pastierte Band (17) wird durch eine Trocknungszone
(18) geführt, wo es von dem in der Paste enthaltenen Lösungsmittel, z. B. Aceton, befreit wird. Das
Lösungsmittel kann über eine Rückgewinnungsanlage (114) wiederverwendet werden.
Die getrocknete Folie wird durch eine Trennvorrichtung mit mehren Schneidscheiben (19) in so
viele Bahnen geschnitten, wie es aufpastierte Streifen gibt und auf ebenso viele separate Spulen
(20) aufgewickelt. Diese Spulen können zwischengelagert werden. Zu diesem Zweck werden sie
vorzugsweise in einen Blisterpack eingeschweißt.
"B" Detail 13 zeigt die in Rollenform gelieferte Stromableitfolie aus Kupfer.
"B" Detail 17 zeigt das Band mit den auf die Stromableitfolie aufpastierten Streifen aus Anoden
material (172) und den freibleibenden Zonen (17.1).
"B" Detail 19 zeigt die Art der Trennung des Bandes in Streifen.
"B" Detail 20 zeigt eine Spule mit der aufgewickelten Anoden-Folie.
Auf einen Assemblierungsautomaten werden die Spulen mit der Kathoden/Elektrolyt-Folie (21) und
mit der Anoden-Folie (29) montiert. Beide Folienbänder durchlaufen eine Stanzvorrichtung (22)
bzw. (30). Die Stanzvorrichtung für das Anodenband stanzt aber um 2 mm kürzere Stücke ab als
die für das Kathoden/Elektrolyt-Band. Die abgelängten Folienteile (23) und (31) werden mit der
nicht beschichteten Kante unter einer Rollnaht-Schweißvorrichtung (24) bzw. (32) hindurchgeführt,
wobei eine Stromableitlasche (115) bzw. (116) an die entsprechende Elektroden-Folie ange
schweißt wird. In einer Fügevorrichtung (28) werden die Kathoden/Elektrolyt- und die Anodenteile
gefügt und gerichtet und dann in einer Presse (33) unter leichtem Druck und erhöhter Temperatur
zu einer Akkumulatorzelle (34) derart verbunden, daß an jeder Seite eine Stromableitlasche liegt
und beide in die gleiche Richtung weisen (s. "C" Detail 38). Diese Zelle wird in ein Bad (35) ge
taucht, so daß die ganze Zelle mit Ausnahme der Enden der Stromableitlaschen voll von der Flüs
sigkeit benetzt wird. Die Flüssigkeit ist ein Polymer wie es zur Versiegelung von Elektronik-
Leiterplatten verwendet wird (sog. Conformal Coating), z. B. auf der Basis von Urethan-Acrylat,
das nach geraumer Zeit unter dem Einfluß von Wärme oder UV-Strahlung vernetzt und somit ei
nen hermetisch dichten, flexiblen Überzug der Akkumulatorzelle bewirkt. Alternativ kann die
Tauchflüssigkeit auch ein Zwei-Komponenten-Epoxidharz sein, das bei Zimmertemperatur aus
härtet.
Nach dem Abbinden des Tauchüberzugs wird die Akkumulatorzelle z. B. mittels einer Tampon
druckvorrichtung (36) bedruckt oder auch anderweitig gekennzeichnet. Zum Schutz gegen Be
schädigungen beim Lagern und Transportieren wird die fertige Akkumulatorzelle in einer Ein
schweißvorrichtung (37) in ein Blisterpack eingeschweißt und an eine Stapel- und Abpackvorrich
tung (38) weitergeleitet.
"C" Detail 23 zeigt ein auf Maß gestanztes Kathoden/Elektrolyt-Folienteil, Detail 24 dgl. mit ange
schweißter Stromableitlasche.
"C" Detail 31 zeigt ein auf Maß gestanztes Anoden-Folienteil, Detail 32 dgl. mit angeschweißter
Stromableitlasche.
"C" Detail 38 zeigt eine fertig assemblierte, mit Tauchversiegelung versehene Akkumulatorzelle.
Die beiden Stromableitlaschen können unterschiedliche Terminierung erhalten.
Claims (11)
1. Herstellung von Folien sowohl für die Kathode und die Anode als auch für den Elektrolyten
durch Ziehe aus Pasten geeigneter Zusammensetzung und Aufbereitung.
2. Anspruch nach 1, wobei die Kathoden-Paste aus einer Mischung folgender Stoffe besteht (je
weils in Prozent Gewichtsanteilen, g%):
- - 3 bis 10 g% Polymer oder Copolymer, z. B. Polyethylenoxid (PEO), Polystyrol (PS), Po lyvinylchlorid (PVC), Polyvinylidefluorid (PVDF) oder Polyvinylidenfluorid-co- Hexafluorpropylen (PVDF-HFP)
- - 4 bis 12 g% Weichmacher, z. B. Dibutylphtalat (DBP) oder Dioktylphtalat (DOP)
- - 20 bis 60 g% Interkalationsmaterial, z. B. Lithiumkobaltoxid LiCoO2, Lithiumnickeloxid LiNiO2, Lithiumkobaltnickeloxid LiCoxNi1-xO2, Lithiummanganoxid LiMn2O4 oder Vana diumoxid VOx
- - 2 bis 10 g% Elektronenleiter, z. B. Graphitpulver oder amorpher Kohlenstoff
- - 40 bis 80 g% Lösungsmittel, z. B. Aceton
3. Anspruch nach 1, wobei die Anoden-Paste aus einer Mischung folgender Stoffe besteht
- - 3 bis 10 g% Polymer oder Copolymer, z. B. Polyethylenoxid (PEO), Polystyrol (PS), Po lyvinylchlorid (PVC), Polyvinylidefluorid (PVDF) oder Polyvinylidenfluorid-co- Hexafluorpropylen (PVDF-HFP)
- - 4 bis 12 g% Weichmacher, z. B. Dibutylphtalat (DBP) oder Dioktylphtalat (DOP)
- - 20 bis 40 g% Elektronenleiter, z. B. Graphitpulver oder amorpher Kohlenstoff
- - 40 bis 80 g% Lösungsmittel, z. B. Aceton
4. Anspruch nach 1, wobei die Elektrolyt-Paste aus einer Mischung folgender Stoffe besteht:
- - 3 bis 10 g% Polymer oder Copolymer, z. B. Polyethylenoxid (PEO), Polystyrol (PS), Po lyvinylchlorid (PVC), Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder Polyvinylidenfluorid-co- Hexafluorpropylen (PVDF-HFP)
- - 4 bis 12 g% Weichmacher, z. B. Dibutylphtalat (DBP) oder Dioktylphtalat (DOP)
- - 20 bis 40 g% Ionenleiter, z. B. Li9AlSiO8, Li1,3Al0,3Ti1,7(PO4)3, LiTi2(PO4)3 . Li2O oder Li4SiO4 . Li3PO4
- - 2 bis 10 g% Ionenleiter, z. B. LiClO4, LiBF4, LiCl, LiBr oder LiI
- - 40 bis 80 g% Lösungsmittel, z. B. Aceton
5. Fertigungsstraße für die automatische Massenproduktion von Akkumulatoren in Folientechno
logie, wobei im ersten Schritt das Kathode-Material auf eine Stromableitfolie, ein Stromableit
gitter oder -netz aus elektrisch leitendem Material, z. B. Metall, vorzugsweise expandiertes
Aluminium, aufpastiert wird und in einem zweiten Schritt das Elektrolyt-Material auf die Katho
denschicht aufpastiert und so zu einer einheitlichen Folie verarbeitet wird.
6. Fertigungsstraße für die automatische Massenproduktion von Akkumulatoren in Folientechno
logie, wobei im ersten Schritt das Anoden-Material auf eine Stromableitfolie, ein Stromableitgit
ter oder -netz aus elektrisch leitendem Material, z. B. Metall, vorzugsweise expandiertes Kup
fer, aufpastiert wird und in einem zweiten Schritt das Elektrolyt-Material auf die Anodenschicht
aufpastiert und so zu einer einheitlichen Folie verarbeitet wird.
7. Fertigungsstraße für die automatische Massenproduktion von Akkumulatoren in Folientechno
logie, wobei sowohl die Kathoden-Folie nach Anspruch 5 als auch die Anoden-Folie nach An
spruch 6 jeweils mit Elektrolyt-Material beschichtet werden.
8. Anspruch nach 5, 6 oder 7, wobei durch eine entsprechende Abstreifmaske schmale Streifen
der Stromableitfolie, des Stromableitgitters oder -netzes nicht mit Elektroden-Paste beschichtet
und somit für das spätere Anbringen von Stromableitlaschen oder -kontakten frei gehalten wer
den.
9. Anspruch nach 8, wobei durch eine geeignete Schneidevorrichtung Elektroden-Folienbänder
und durch eine geeignete Stanzvorrichtung Elektroden-Folienstücke entstehen, die in einem
Montageautomaten, zu Akkumulatorzellen von bestimmter Kapazität verarbeitet werden kön
nen.
10. Montagevorrichtung für die automatische Produktion von Folien-Akkumulatorzellen nach An
spruch 5, 6 oder 7, wobei durch eine geeignete Vorrichtung, vorzugsweise eine Rollnaht-
Schweißvorrichtung, Stromableitlaschen oder -kontakte jeweils entlang einer Kante der Elektro
den-Folienstücke nach Anspruch 5 angebracht werden, so daß eine gleichmäßige Stromablei
tung von den Ableitfolien, -gittern oder -netzen gewährleistet ist.
11. Anspruch nach 10, wobei die gefügte Akkumulatorzelle in ein Tauchbad aus geeignetem Mate
rial, z. B. Conformal Coating wie es zur Versiegelung von Elektronik-Leiterplaten verwendet
wird und das durch Erwärmung oder Bestrahlung mit UV-Licht aushärtet, vorzugsweise ein
Coating auf Urethan-Acrylat-Basis, getaucht und nach dem Aushärten bzw. Abbinden der
Tauchbadflüssigkeit gegen äußere chemische Einflüsse hermetisch abgedichtet wird.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19941861A DE19941861A1 (de) | 1999-09-02 | 1999-09-02 | Lithium-Polymer-Akkumulator mit Festkörper-Elektrolyt und Verfahren zu dessen Massenherstellung in Folientechnologie |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| DE19941861A DE19941861A1 (de) | 1999-09-02 | 1999-09-02 | Lithium-Polymer-Akkumulator mit Festkörper-Elektrolyt und Verfahren zu dessen Massenherstellung in Folientechnologie |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| DE19941861A1 true DE19941861A1 (de) | 2001-03-15 |
Family
ID=7920575
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| DE19941861A Ceased DE19941861A1 (de) | 1999-09-02 | 1999-09-02 | Lithium-Polymer-Akkumulator mit Festkörper-Elektrolyt und Verfahren zu dessen Massenherstellung in Folientechnologie |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| DE (1) | DE19941861A1 (de) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10346651A1 (de) * | 2003-10-08 | 2005-05-12 | Manfred Wuehr | Elektrolyt mit 2-Methylfuran als Additiv zur Verwendung in Lithiumionenzellen und Lithiumionen-Polymerzellen |
| DE102016218494A1 (de) * | 2016-09-27 | 2018-03-29 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle und Batteriezelle |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997031400A1 (en) * | 1996-02-22 | 1997-08-28 | Valence Technology, Inc. | Method and apparatus for preparing electrochemical cells |
| WO1998012765A1 (en) * | 1996-09-18 | 1998-03-26 | Bell Communications Research, Inc. | Apparatus and method for making laminated rechargeable battery cells |
-
1999
- 1999-09-02 DE DE19941861A patent/DE19941861A1/de not_active Ceased
Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO1997031400A1 (en) * | 1996-02-22 | 1997-08-28 | Valence Technology, Inc. | Method and apparatus for preparing electrochemical cells |
| WO1998012765A1 (en) * | 1996-09-18 | 1998-03-26 | Bell Communications Research, Inc. | Apparatus and method for making laminated rechargeable battery cells |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| DE10346651A1 (de) * | 2003-10-08 | 2005-05-12 | Manfred Wuehr | Elektrolyt mit 2-Methylfuran als Additiv zur Verwendung in Lithiumionenzellen und Lithiumionen-Polymerzellen |
| DE102016218494A1 (de) * | 2016-09-27 | 2018-03-29 | Robert Bosch Gmbh | Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle und Batteriezelle |
| CN107871893A (zh) * | 2016-09-27 | 2018-04-03 | 罗伯特·博世有限公司 | 用于制造用于电池单池的电极堆叠的方法和电池单池 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| DE69900860T2 (de) | Lithium-sekundärbatterie | |
| DE69900347T2 (de) | Zusammengesetzte polymerelektrolytstruktur für eine wiederaufladbare lithiumbatterie | |
| DE69025089T2 (de) | Elektrochemische Zellen | |
| DE69738111T2 (de) | Lithiumionensekundärbatterie und deren herstellung | |
| US5612153A (en) | Battery mask from radiation curable and thermoplastic materials | |
| DE69807613T2 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenplatte zur Verwendung in Lithium-Sekundärbatterien und Lithiumsekundärbatterie | |
| DE69720386T2 (de) | Sekundär Lithium-Ion Batterien und Verfahren zur Herstellung | |
| DE69404602T2 (de) | Herstellungsverfahren eines Separators für eine Lithium-Sekundärbatterie und eine Lithium-Sekundärbatterie mit organischem Elektrolyt, die einen solchen Separator verwendet | |
| DE69738113T2 (de) | Lithium-ion-sekundärbatterie und deren herstellung | |
| DE19843131B4 (de) | Verfahren zum Herstellen einer Elektrode für ein auf Lithium basierendes Sekundärelement | |
| DE60036042T2 (de) | Batterie mit Festelektrolyt | |
| DE69031239T2 (de) | Batteriezusammenbau und Verfahren zu seiner Herstellung | |
| DE69737922T2 (de) | Elektrodenplatte für Sekundärbatterie mit nichtwässerigem Elektrolyt sowie Herstellungsverfahren | |
| DE4406617A1 (de) | Wasserfreie sichere Sekundärzelle | |
| DE60028269T2 (de) | Sekundärbatterie und Herstellungsverfahren | |
| DE69737567T2 (de) | Herstellung einer lithiumionensekundärbatterie | |
| DE102016111204B4 (de) | Verfahren zur Herstellung einer Elektrodenplatte und Elektrodenplatte | |
| DE1771210A1 (de) | Negative Lithiumelektrode und diese enthaltende elektrochemische Batterie | |
| DE2829031C3 (de) | Galvanische Zelle mit einem festen Elektrolyten aus Lithiumjodid | |
| DE3608643A1 (de) | Kathode fuer lithiumtrockenbatterien und verfahren zu ihrer herstellung | |
| DE19709783A1 (de) | Laminierte Lithium-Ionen-Zelle und Verfahren zu ihrer Herstellung | |
| DE10252305B4 (de) | Aktivierte Kathodenmasse, Kathode und Verfahren zur Herstellung einer Kathode | |
| DE2828815C2 (de) | ||
| DE69606506T2 (de) | Akkumulator mit nichtwässrigem Elektrolyt | |
| DE69006407T2 (de) | Nichtwässerige alkalische Metallbatterie mit verbesserter Kathode. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
| 8131 | Rejection |