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WO2015022226A1 - Thermisches fixieren von gestapelten oder gefalteten elektrochemischen energiespeichern - Google Patents

Thermisches fixieren von gestapelten oder gefalteten elektrochemischen energiespeichern Download PDF

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WO2015022226A1
WO2015022226A1 PCT/EP2014/066762 EP2014066762W WO2015022226A1 WO 2015022226 A1 WO2015022226 A1 WO 2015022226A1 EP 2014066762 W EP2014066762 W EP 2014066762W WO 2015022226 A1 WO2015022226 A1 WO 2015022226A1
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WO
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electrode
electrode layer
separator
stack
electrochemical energy
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PCT/EP2014/066762
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English (en)
French (fr)
Inventor
Stefan Pfeiffer
Thomas Kretschmar
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Robert Bosch GmbH
Original Assignee
Robert Bosch GmbH
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.)
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Publication date
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    • Y02P70/50—Manufacturing or production processes characterised by the final manufactured product

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing an electrode stack for an electrochemical energy store, to an energy store which uses an electrode stack produced by such a method, and to the use of the energy store in an electronic component.
  • Electrochemical energy stores for example lithium batteries
  • stratification for this type of batteries can only be made by stacking or folding. Both stacking and folding, after arranging a layer, such as electrode layer or separator, they must be mechanically fixed and held down to prevent slipping, falling apart or springing of the electrode stack. As a result, the cycle times for depositing a layer take well over 1 second during production.
  • the subject matter of the present invention is a method for producing an electrode stack for an electrochemical energy store.
  • the electrode stack comprises at least one separator and at least two electrode layers, the electrode layers each having a first polarity or a second polarity.
  • the term electrode stack here refers to a device which in particular serves to receive and deliver energy.
  • the electrode stack has at least three layers, including at least one first electrode layer of a first polarity, a second electrode layer of a second polarity, and a separator arranged between these electrode layers.
  • the layers of the electrode stack are formed thin-walled.
  • a layer of the electrode stack is preferably formed as an electrode layer or separator.
  • the electrode stack extends in a main stacking direction that is perpendicular to the surfaces of a layer that contact adjacent layers.
  • electrode layer here refers to a device which serves to deliver and / or absorb, in particular, electrical energy.
  • An electrode layer supplied electrical energy is first converted into chemical energy and stored as chemical energy.
  • an electrode layer is thin-walled.
  • the electrode layers may comprise a metal, for example from the group consisting of aluminum, copper, nickel, gold, stainless steel or a metal alloy of the aforementioned metals.
  • separator refers to a device which in particular two electrode layers spaced apart.
  • a separator separates two electrode layers of different polarity.
  • a separator temporarily receives an electrolyte. loading
  • a separator absorbs lithium ions at least temporarily.
  • a separator acts essentially as an insulator with respect to electrons.
  • a separator is thin-walled and plate-shaped.
  • the geometry of a separator preferably corresponds to the shape of an adjacent electrode layer.
  • the lengths of the boundary edges of a separator are longer than the corresponding, in particular parallel, boundary edges of adjacent electrode layers.
  • materials for the separator can mainly microporous plastics and nonwovens made of glass fiber or polyethylene or composite films such as polyethylene and
  • the term polarity of an electrode layer describes that this electrode layer is electrically connected to either the positive pole or the negative pole of an electrical voltage source which is superordinate to the electrode stack.
  • An electrode layer is connected either to the positive pole or the negative pole of the superordinate voltage source and has either a first or a second polarity.
  • An electrode layer of the first polarity is preferably formed as an anode, an electrode layer of the second polarity preferably as a cathode.
  • anode refers to the electrode layer which is negatively charged in the charged state.
  • arranging denotes a process in which a separator or an electrode layer is supplied to the higher-order electrode stack.
  • a separator or an electrode layer is supplied to the electrode stack so that the boundary edges of the individual layers are arranged substantially parallel to one another.
  • a separator or an electrode layer is supplied to the electrode stack in such a way that the supplied layer is the adjacent layer in the
  • the term fixing here means that the unintentional displacement of the electrode stack or one of its layers can take place only after overcoming a resistance.
  • the method for producing the electrode stack can be effected by means of stacking or folding.
  • the separator In the production by stacking individually cut electrode layers are stacked, while the separator can be unrolled continuously, the separator is disposed between the electrode layers and also covers the electrode layers.
  • the separator can be arranged as a winding on a Abrollisme. As soon as a first electrode layer and a second electrode layer have been stacked on top of one another, the two layers and the separator are fixed by way of thermal heating in such a way that the layers are connected to one another.
  • the top layer unwinding unit may hold down the other layers in which the unwinding unit is at a lower level than the electrode stack. This can be achieved in that the unwinding point of the winding of the unwinding unit is lower than the electrode stack. As a result, it is also possible to ensure contact of the layers with one another. Thus, a fixation of the individual layers before the thermal heating can be made possible in a simple manner without requiring expensive mechanical auxiliary clamping devices. As a result, the method can accelerate the production of electrode stacks, since it is no longer necessary to wait for the mechanical fixation to be pivoted in and out.
  • an electrode layer with separator is produced on a belt.
  • the electrode layer may consist of a plurality of cut electrode layers, which are spaced from each other on the separator. It is also possible that the electrode layers and the separator are continuously unrolled.
  • the electrode layers and the separator are each arranged as a winding on a Abrollisme.
  • folding a certain length of a coil of a first electrode layer is unrolled and provided, on the first electrode layer, the separator and the second electrode layer are arranged. After thermal heating for fixing the layers, the first electrode layer is folded over the manufactured electrode stack, and the separator and the second electrode are applied to the first electrode layer Folded electrode layer, then the uppermost layer consisting of the uppermost first and second electrode layer and the separator is heated thermally.
  • first and second electrode layers and separator are again folded over and thermally fixed. This folding process is repeated until an electrode stack with the desired number of electrode layers is formed.
  • the folding is realized in such a way that the unwinding unit is rolled with the reel with the respective electrode layer or the separator to another position, so that the respective layer correspondingly covers the other layers. Further, it may be possible that only the separator is folded at the fold edges, when the band consists of a plurality of cut electrode layers, which are spaced from each other on the separator. Furthermore, it is possible that the first and / or the second electrode stack can either be unrolled continuously or can consist of a plurality of electrode layers which are arranged at a distance from one another on a separator.
  • the top layer unwinding unit may hold down the other layers in which the unwinding unit is at a lower level than the electrode stack. This can be realized in such a way that the rolling point of the winding with the respective layer is lower than the electrode stack, whereby a contact of the layers with one another can be ensured.
  • a fixation of the individual layers before the thermal heating can be made possible in a simple manner without requiring expensive mechanical auxiliary clamping devices.
  • the method can accelerate the production of electrode stacks, since it is no longer necessary to wait for the mechanical fixation to be pivoted in and out.
  • the electrode layers are bonded together by the method by the thermal heating, soldered, fused or welded. In this way can be dispensed with additional adhesive, such as adhesive.
  • the thermal heating takes place selectively by means of a focused laser beam.
  • the electrode layers are simultaneously contacted electrically by the thermal heating. This can be dispensed with a further step. Furthermore, material for contacting the electrode layers can be saved with each other.
  • the two electrode layers clearly fixed to each other, the total number of punctiform heating define a folding edge, and the first electrode layer or the second electrode layer on the thermal Connection points can be folded back. In this way can be formed on a simple folding edge, whereby a folding of the electrode layers is facilitated. As a result, the production of the electrode stack can be accelerated by folding.
  • the invention furthermore relates to an electrochemical energy storage device, in particular a lithium battery, having at least one electrode stack produced by the previously described method.
  • an electrochemical energy storage device in particular a lithium battery, having at least one electrode stack produced by the previously described method.
  • the production time of the energy storage can be reduced.
  • the total weight of the energy storage can be reduced, whereby costs can be saved during transport of the energy storage.
  • the energy store is designed as a stacked cell, in particular as a coffee-bag cell or pouch cell, prismatic cell, or as a cylindrical cell, in particular a flat-wound cell.
  • stack cell may in this case describe an energy store in which the energy cells can be stacked on top of each other and are also called cofeece bag cells or pouch cells form.
  • the stacked cells may have a rectangular or trapezoidal shape.
  • prismatic cell may in this case describe an energy cell with polygonal cells, wherein the electrode layers may have a flat-wound anode-separator-cathode arrangement.
  • cylindrical see cell can describe an energy storage with band-shaped electrode layers.
  • the electrode layers may have the shape of a flat band due to their flat embodiment and due to their film-like design.
  • the electrode layers can be wound into a winding, wherein at least one separator can be arranged in the energy store during winding.
  • the winding in the cylindrical cell is wound cylindrical and not as flat as in a flat winding cell. Furthermore, it is possible that the energy store can be produced by a Z-folding method. In the Z-folding method, the electrode layers are folded in contrast to a prismatic cell. As a result, the energy store can be produced in manifold ways, whereby an energy store according to the invention can be used in various areas. Furthermore, the energy n
  • the invention further provides for the use of the electrochemical energy store with at least one electrode stack produced in the previously described method in motor vehicle applications, other electromobility, in particular in ships, two-wheeled vehicles, aircraft, stationary energy storage devices, power tools, entertainment electronics and / or household electronic electronics.
  • the term other electric mobility here describes any type of vehicles and means of locomotion, which can use the chemically generated electrical energy of the energy storage.
  • the motor vehicle applications, other electromobility, in particular ships, two-wheelers, aircraft, stationary energy storage devices, power tools, entertainment electronics and / or household electronic electronics may represent electronic components that can use the chemically generated electrical energy of the energy storage.
  • FIG. 1 shows an isometric view of an arrangement for a method for producing a folded electrode stack
  • FIG. 2 is an isometric view of the arrangement of FIG. 1 during insertion of a first thermal connection point
  • FIG. 3 shows an isometric view of the arrangement from FIG. 1 during the introduction of a second thermal connection point
  • FIG. 4 shows an isometric view of the arrangement from FIG. 1 in which an electrode layer has been folded back over the two thermally introduced connection points.
  • Fig. 1 shows an arrangement for a method for producing an electric denstapels 10 for an electrochemical energy storage, such as a lithium battery.
  • the electrode stack 10 comprises at least one separator 12 and at least two electrode layers 14, 16.
  • the electrode layer 14 of first polarity is arranged together with a separator 12 as a winding on a first unwinding unit 18.
  • the electrode layer 14 is arranged on the separator 12, wherein the separator 12 comprises a multiplicity of electrode layers 14, which are cut to size and are arranged at a distance from one another on the separator.
  • the electrode layer 16 is folded over the separator 12 in order to produce an electrode stack 10.
  • the electrode layer 16 is located as a winding on the unwinding unit 20.
  • the unwinding unit 20 is located in FIG. 1 at a lower level than the electrode stack 10 in order to fix the separator 12 and the electrode layers 14, 16. This is realized in that the unwinding point of the unwinding unit 20 is lower than the electrode stack 10.
  • the electrode layers 14 and 16 have different polarities. Furthermore, it can be seen that the unwinding unit 20 has a 4 o'clock position and that the unwinding unit 18 has a 7 o'clock position.
  • FIG. 2 shows how the two electrode layers 14, 16 of the electrode stack 10 are fixed by means of a focused laser beam from a laser 22 by thermal heating.
  • the thermal Heating takes place selectively by means of a focused laser beam from the laser 22.
  • the thermal heating causes the electrode layers 14, 16 to be contacted with one another electrically at the same time.
  • Fig. 3 it can be seen that in the electrode stack 10 by means of a further selective thermal heating by the laser 22, the two electrode layers 14, 16 are fixed to each other clearly. Furthermore, a fold is defined by the further selective heating.
  • the electrode layer 16 is folded back over the two thermal connection points via the defined folding edge. This can be seen in Fig. 4 that the Abrollmaschine 20 has been moved from the 4 o'clock position to the 11 o'clock position. As a result, the electrode layer 12 is the uppermost layer of the electrode stack 10.
  • An electrochemical energy store can use electrode stacks that are designed as prismatic cells or as a flat winding cell, wherein the electrode layers and the at least one separator are welded together by thermal heating. This is not shown.
  • energy storage can be used in motor vehicle applications, other electromobility, in particular in ships, two-wheelers, aircraft and the like, stationary energy storage devices, electric tools, entertainment electronics and / or household electronic electronics.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Elektrodenstapels (10) für einen elektrochemischen Energiespeicher, wobei der Elektrodenstapel (10) mindestens einen Separator (12), sowie mindestens zwei Elektrodenlagen (14, 6) umfasst, wobei die Elektrodenlagen (14, 16) jeweils eine erste Polarität oder eine zweite Polarität aufweisen. Bei dem Verfahren werden eine erste Elektrodenlage (14), wobei die Elektrodenlage (14) eine erste Polarität aufweist, ein Separator (12) auf der ersten Elektrodenlage (14), und eine zweite Elektrodenlage (16) auf dem Separator (12), wobei die Elektrodenlage (16) eine zweite Polarität aufweist, übereinander angeordnet. Mit Hilfe einer thermischen Erwärmung wird die Elektrodenlage (14) mit der Elektrodenlage (16) fixiert. Auf diese Weise kann das Herstellungsverfahren eines Elektrodenstapels (10) beschleunigt werden.

Description

Beschreibung Titel
Thermisches Fixieren von gestapelten oder gefalteten elektrochemischen Energiespeichern
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Elektrodenstapels für einen elektrochemischen Energiespeicher, einen Energiespeicher der einen nach einem solchen Verfahren hergestellten Elektrodenstapel verwendet und die Verwendung des Energiespeichers in einem elektronischen Bauteil.
Stand der Technik Elektrochemische Energiespeicher, beispielsweise Lithium-Batterien, können auf Grund des Wachstums der Elektroden, beispielsweise in Folge atomarer Anlagerung, nicht kompakt gewickelt werden, da beispielsweise große Zugspannungen in den äu ßeren Elektroden entstehen können. Somit kann eine Schichtung für diesen Typ von Batterien nur mittels Stapeln oder Falten hergestellt werden. Sowohl beim Stapeln als auch beim Falten muss nach dem Anordnen einer Lage, beispielsweise Elektrodenlage oder Separator, diese mechanisch fixiert und niedergehalten werden, um ein Verrutschen, Auseinanderfallen oder Auffedern des Elektrodenstapels zu verhindern. Dies hat zur Folge, dass bei der Produktion die Taktzeiten zum Ablegen einer Lage weit über 1 Sekunde dauern.
Offenbarung der Erfindung
Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für einen elektrochemischen Energiespeicher. „
Bei einem Verfahren zum Herstellen eines Elektrodenstapels für einen elektrochemischen Energiespeicher, umfasst der Elektrodenstapel mindestens einen Separator, sowie mindestens zwei Elektrodenlagen, wobei die Elektrodenlagen jeweils eine erste Polarität oder eine zweite Polarität aufweisen. Das Verfahren läuft mit folgenden Schritten ab:
Anordnen einer ersten Elektrodenlage, wobei die Elektrodenlage eine erste Polarität aufweist,
Anordnen eines Separators auf der ersten Elektrodenlage, Anordnen einer zweiten Elektrodenlage auf dem Separator, wobei die zweite Elektrodenlage eine zweite Polarität aufweist,
Fixierung der ersten Elektrodenlage mit der zweiten Elektrodenlage über eine thermische Erwärmung.
Der Begriff Elektrodenstapel bezeichnet hierbei eine Vorrichtung, welche insbesondere der Aufnahme und Abgabe von Energie dient. Dazu weist der Elektrodenstapel wenigstens drei Lagen auf, darunter wenigstens eine erste Elektrodenlage einer ersten Polarität, eine zweite Elektrodenlage einer zweiten Polarität sowie einen zwischen diesen Elektrodenlagen angeordneten Separator. Vorzugsweise sind die Lagen des Elektrodenstapels dünnwandig ausgebildet. Eine Lage des Elektrodenstapels ist vorzugsweise als Elektrodenlage oder Separator ausgebildet. Der Elektrodenstapel erstreckt sich in einer Hauptstapelrichtung, welche senkrecht zu den Flächen einer Lage ist, welche benachbarte Lagen berühren.
Der Begriff Elektrodenlage bezeichnet hierbei eine Einrichtung, welche der Abgabe und/oder Aufnahme insbesondere elektrischer Energie dient. Einer Elektrodenlage zugeführte elektrische Energie wird zunächst in chemische Energie gewandelt und als chemische Energie abgespeichert. Vorzugsweise ist eine Elektrodenlage dünnwandig. Die Elektrodenlagen können dabei ein Metall, beispielsweise aus der Gruppe bestehend aus Aluminium, Kupfer, Nickel, Gold, Edelstahl oder aus einer Metalllegierung der vorgenannten Metalle umfassen.
Der Begriff Separator bezeichnet hierbei eine Einrichtung, welche insbesondere zwei Elektrodenlagen voneinander beabstandet. Vorzugsweise beabstandet ein Separator zwei Elektrodenlagen unterschiedlicher Polarität. Vorzugsweise nimmt ein Separator zeitweise einen Elektrolyt auf. Be- sonders bevorzugt nimmt ein Separator wenigstens zeitweise Lithium- Ionen auf. Vorzugsweise wirkt ein Separator im Wesentlichen als Isolator bezüglich Elektronen. Vorzugsweise ist ein Separator dünnwandig und plat- tenförmig ausgebildet. Vorzugsweise entspricht die Geometrie eines Sepa- rators der Gestalt einer benachbarten Elektrodenlage. Besonders bevorzugt sind die Längen der Begrenzungskanten eines Separators länger als die entsprechenden, insbesondere parallel verlaufenden Begrenzungskanten benachbarter Elektrodenlagen. Als Materialien für den Separator können vorwiegend mikroporöse Kunststoffe sowie Vliese aus Glasfaser oder Polyethylen oder Verbundfolien beispielsweise aus Polyethylen und
Propylen oder keramische Materialien zum Einsatz kommen.
Der Begriff Polarität einer Elektrodenlage beschreibt hierbei, dass diese Elektrodenlage entweder mit dem Pluspol oder dem Minuspol einer dem Elektrodenstapel übergeordneten elektrischen Spannungsquelle elektrisch verbunden ist. Eine Elektrodenlage ist dabei entweder mit dem Pluspol oder dem Minuspol der übergeordneten Spannungsquelle verbunden und weist entweder eine erste oder eine zweite Polarität auf. Eine Elektrodenlage erster Polarität ist vorzugsweise als Anode, eine Elektrodenlage zweiter Polarität vorzugsweise als Kathode ausgebildet. Dabei bezeichnet der Begriff „Anode"; die Elektrodenlage, welche im geladenen Zustand negativ geladen ist.
Der Begriff Anordnen bezeichnet hierbei einen Vorgang, bei dem ein Sepa- rator oder eine Elektrodenlage dem übergeordneten Elektrodenstapel zugeführt wird. Vorzugsweise wird ein Separator bzw. eine Elektrodenlage dem Elektrodenstapel so zugeführt, dass die Begrenzungskanten der einzelnen Lagen zueinander im Wesentlichen parallel angeordnet sind. Vorzugsweise wird ein Separator bzw. eine Elektrodenlage derart dem Elekt- rodenstapel zugeführt, dass die zugeführte Lage die benachbarte Lage im
Wesentlichen vollflächig berührt.
Der Begriff Fixieren bezeichnet hierbei, dass die unbeabsichtigte Verlagerung des Elektrodenstapels bzw. einer seiner Lagen nur nach Überwindung eines Widerstands erfolgen kann. Mit Fixieren einer Lage bzw. des Elektrodenstapels wird insbesondere die Einhaltung der vorbestimmten Positionen der einzelnen Lagen verbessert. Grundsätzlich kann das Verfahren zur Herstellung des Elektrodenstapels mittels Stapeln oder Falten erfolgen. Bei der Herstellung durch Stapeln werden einzeln zugeschnittene Elektrodenlagen übereinandergestapelt, während der Separator dabei kontinuierlich abgerollt werden kann, wobei der Separator zwischen den Elektrodenlagen angeordnet ist und auch die Elektrodenlagen abdeckt. Der Separator kann dabei als Wickel auf einer Abrolleinheit angeordnet sein. Sobald eine erste Elektrodenlage und eine zweite Elektrodenlage übereinandergestapelt worden sind, werden die beiden Lagen und der Separator über eine thermische Erwärmung derart fixiert, dass die Lagen miteinander verbunden sind. Um ein Verrutschen der Lagen vor der thermische Erwärmung zu verhindern, kann die Abrolleinheit mit der obersten Lage die anderen Lagen niederhalten, in dem die Abrolleinheit sich auf einem niedrigeren Niveau als der Elektrodenstapel befindet. Dies kann dadurch erreicht werden, dass der Abrollpunkt des Wickels der Abrolleinheit tiefer liegt als der Elektrodenstapel. Dadurch kann auch ein Kontakt der Lagen untereinander sichergestellt werden. Somit kann auf einfache Weise ein Fixieren der einzelnen Lagen vor der thermischen Erwärmung ermöglicht werden ohne dass dafür aufwendige mechanische Hilf-Klemmeinrichtungen benötigt werden. Dadurch kann das Verfahren die Herstellung von Elektrodenstapeln beschleunigen, da nicht mehr auf das hinein und hinaus schwenken der mechanischen Fixierung gewartet werden muss.
Bei der Herstellung durch Falten wird eine Elektrodenlage mit Separator auf einem Band hergestellt. Die Elektrodenlage kann dabei aus mehreren zugeschnittenen Elektrodenlagen bestehen, welche beabstandet zueinander auf dem Separator angeordnet sind. Es ist weiterhin auch möglich, dass die Elektrodenlagen und der Separator kontinuierlich abgerollt werden. Die Elektrodenlagen und der Separator sind jeweils als Wickel auf einer Abrolleinheit angeordnet. Beim Falten wird eine bestimmte Länge eines Wickels einer ersten Elektrodenlage abgerollt und bereitgestellt, über die erste Elektrodenlage werden der Separator und die zweite Elektrodenlage angeordnet. Nach einer thermischen Erwärmung zur Fixierung der Lagen wird die erste Elektrodenlage über den hergestellten Elektrodenstapel gefaltet, und auf die erste Elektrodenlage wird der Separator und die zweite Elektrodenlage gefaltet, anschließend wird die oberste Lage bestehend aus der obersten ersten und zweiten Elektrodenlage und dem Separator thermisch erwärmt. Danach werden wieder erste und zweite Elektrodenlagen und Separator darüber gefaltet und thermisch fixiert. Dieser Faltprozess wird so lange wiederholt bis ein Elektrodenstapel mit der gewünschten Anzahl von Elektrodenlagen entstanden ist. Das Falten wird dabei derart realisiert, dass die Abrolleinheit mit dem Wickel mit der jeweiligen Elektrodenlage oder dem Separator auf eine andere Position gerollt wird, so dass die jeweilige Lage entsprechend die anderen Lagen überdeckt. Ferner kann es möglich sein, dass an den Faltkanten nur der Separator gefaltet wird, wenn das Band aus mehreren zugeschnittenen Elektrodenlagen besteht, die beabstandet voneinander auf dem Separator angeordnet sind. Weiterhin ist es möglich, dass der erste und/oder der zweite Elektrodenstapel entweder kontinuierlich abgerollt werden können oder aus mehreren Elektrodenlagen bestehen kann, die beabstandet auf einem Separator angeordnet sind. Um ein Verrutschen der Lagen vor der thermische Erwärmung zu verhindern, kann die Abrolleinheit mit der obersten Lage die anderen Lagen niederhalten, in dem die Abrolleinheit sich auf einem niedrigeren Niveau als der Elektrodenstapel befindet. Dies kann derart realisiert werden, dass der Ab- rollpunkt des Wickels mit der jeweiligen Lage tiefer liegt als der Elektrodenstapel, wodurch auch ein Kontakt der Lagen untereinander sichergestellt werden kann. Somit kann auf einfache Weise ein Fixieren der einzelnen Lagen vor der thermischen Erwärmung ermöglicht werden ohne dass dafür aufwendige mechanische Hilf-Klemmeinrichtungen benötigt werden. Da- durch kann das Verfahren die Herstellung von Elektrodenstapeln beschleunigen, da nicht mehr auf das hinein und hinaus schwenken der mechanischen Fixierung gewartet werden muss.
Vorteilhafterweise werden die Elektrodenlagen durch das Verfahren durch die thermische Erwärmung miteinander verklebt, verlötet, verschmolzen oder verschweißt. Auf diese Weise kann auf zusätzliche Adhäsionsmittel, beispielsweise Klebstoff, verzichtet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens erfolgt die thermische Erwärmung punktuell mittels eines fokussierten Laserstrahls. Auf diese
Weise kann auf einfache Weise sichergestellt werden, dass nur ein bestimmter Punkt erwärmt wird, wodurch die anderen Bauteile nicht in Mitlei- Λ
denschaft gezogen werden, was der Lebensdauer des elektrochemischen Energiespeichers zu Gute kommt. Weiterhin kann auf diese Weise Energie eingespart werden, da für einen fokussierten Laserstrahl viel weniger Energie benötigt wird, als beispielsweise ein Teil des Elektrodenstapels zu erwärmen. Des Weiteren kann durch die Verwendung eines fokussierten Laserstrahls die Zeit zum fixieren der Elektrodenlagen im Elektrodenstapel erheblich verkürzt werden. Durch eine punktuelle Erwärmung mittels eines fokussierten Laserstrahl kann eine Zeit von weniger als 0,1 Sekunden für die Fixierung erreicht werden, da es nicht mehr nötig ist, die einzelnen Lagen durch eine mechanische Klemmung zu fixieren. Für das Klemmen und dem Herausschwenken aus dem Klemmbereich wird eine Zeit von mehr als 0,5 Sekunden benötigt. Durch die Verwendung eines fokussierten Laserstrahls können somit Schichtungszeiten von kleiner 1 Sekunde erreicht werden.
Es ist vorteilhaft, wenn bei dem Verfahren durch die thermische Erwärmung gleichzeitig die Elektrodenlagen elektrisch miteinander kontaktiert werden. Dadurch kann auf einen weiteren Arbeitsschritt verzichtet werden. Weiterhin kann Material zur Kontaktierung der Elektrodenlagen untereinander eingespart werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des Verfahrens wird bei einem Elektrodenstapel für einen gefalteten elektrochemischen Energiespeicher mittels mindestens einer weiteren punktuellen thermischen Erwärmung die zwei Elektrodenlagen eindeutig zueinander fixiert, wobei die Gesamtanzahl der punktuellen Erwärmungen eine Faltkante definieren, und die erste Elektrodenlage oder die zweite Elektrodenlage über die thermischen Verbindungspunkte zurückgefaltet werden können. Auf diese Weise kann auf einfache eine Faltkante gebildet werden, wodurch ein Falten der Elektrodenlagen erleichtert wird. Dadurch kann die Produktion des Elektrodenstapels durch Falten beschleunigt werden.
Hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Verfahrens wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Energiespeicher und der erfindungsgemäßen Verwendung des mit einem nach dem oben beschriebenen Verfahren her- _
gestellten Elektrodenstapel ausgestatteten Energiespeichers in einem Elektrogerät sowie auf die Figuren verwiesen.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein elektrochemischer Energiespei- eher, insbesondere eine Lithium-Batterie, mit mindestens einem nach dem vorher beschriebenen Verfahren hergestellten Elektrodenstapel. Durch die Verwendung des nach dem vorher beschriebenen Verfahren hergestellten Elektrodenstapels in dem Energiespeicher kann die Produktionszeit des Energiespeichers verringert werden. Weiterhin kann aufgrund der Einspa- rung von Bauteilen für den Elektrodenstapel, beispielsweise das Material zur Kontaktierung der Elektrodenlagen untereinander, das Gesamtgewicht des Energiespeichers verringert werden, wodurch beim Transport des Energiespeichers Kosten eingespart werden können. Es ist vorteilhaft, wenn der Energiespeicher als Stapelzelle, insbesondere als Coffee-Bag-Zelle oder Pouch-Zelle, prismatische Zelle, oder als zylindrische Zelle, insbesondere Flachwickelzelle, ausgebildet ist. Der Begriff Stapelzelle kann hierbei einen Energiespeicher beschreiben, bei dem die Energiezellen übereinander gestapelt sein können und werden auch Cof- fee-Bag-Zellen oder Pouch-Zellen Form genannt. Beispielsweise können die Stapelzellen eine rechteckige oder trapezförmige Form aufweisen. Der Begriff prismatische Zelle kann hierbei eine Energiezelle mit eckigen Zellen beschreiben, wobei die Elektrodenlagen eine flach gewickelte Anoden- Separator-Kathoden-Anordnung aufweisen können. Der Begriff zylindri- sehe Zelle kann einen Energiespeicher mit bandförmigen Elektrodenlagen beschreiben. Die Elektrodenlagen können dabei aufgrund ihrer flachen Ausführungsform und aufgrund ihrer folienartigen Ausbildung die Form eines flachen Bandes aufweisen. Die Elektrodenlagen können zu einem Wickel aufgewickelt werden, wobei beim Wickeln mindestens ein Separator in dem Energiespeicher angeordnet werden kann. Der Wickel bei der zylindrischen Zelle ist dabei zylindrisch gewickelt und nicht so flach wie bei einer Flachwickelzelle. Weiterhin ist es möglich, dass der Energiespeicher durch ein Z-folding Verfahren hergestellt werden kann. Bei dem Z-folding Verfahren werden die Elektrodenlagen im Gegensatz zu einer prismatischen Zelle gefaltet. Dadurch kann der Energiespeicher in vielfältigerweise hergestellt werden, wodurch ein Energiespeicher gemäß der Erfindung in verschiedenartigen Bereichen eingesetzt werden kann. Ferner kann der Energie- n
Speicher auf einfache Weise mindestens zwei Elektrodenlagen aufweisen, um an ein Elektrogerät elektrische Energie abzugeben.
Hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile des erfindungsgemäßen Energiespeichers wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels und der erfindungsgemäßen Verwendung des Energiespeichers in einem Elektrogerät sowie auf die Figuren verwiesen.
Gegenstand der Erfindung ist ferner die Verwendung des elektrochemischen Energiespeichers mit mindestens einem in dem vorher beschriebenen Verfahren hergestellten Elektrodenstapel in Kraftfahrzeuganwendungen, sonstigen Elektromobilitäten, insbesondere in Schiffen, Zweirädern, Flugzeugen, stationären Energiespeichern, Elektrowerkzeugen, Unterhaltungselektroniken und/oder Haushaltselektronikelektroniken. Der Begriff sonstige Elektromobilitäten beschreibt hierbei jegliche Art von Fahrzeugen und Fortbewegungsmitteln, welche die chemisch erzeugte elektrische Energie des Energiespeichers verwenden können. Die Kraftfahrzeuganwendungen, sonstigen Elektromobilitäten, insbesondere Schiffe, Zweiräder, Flugzeuge, stationären Energiespeichern, Elektrowerkzeugen, Unterhaltungselektroniken und/oder Haushaltselektronikelektroniken können hierbei elektronische Bauteile darstellen, welche die chemisch erzeugte elektrische Energie des Energiespeichers verwenden können. Durch die Reduzierung der Herstellungszeit können Kosten eingespart werden, welche sich auch im Endpreis der oben genannten Produkte niederschlagen kann.
Hinsichtlich weiterer Merkmale und Vorteile der erfindungsgemäßen Verwendung wird hiermit explizit auf die Erläuterungen im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren zur Herstellung eines Elektrodensta- pels und dem erfindungsgemäßen Energiespeicher, sowie auf die Figuren verwiesen.
Zeichnungen und Beispiele Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen
Gegenstände werden durch die Zeichnungen und die Beispiele veranschaulicht und in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Dabei ist zu beachten, dass die Zeichnungen und die Beispiele nur beschreibenden Charakter haben und nicht dazu gedacht sind, die Erfindung in irgendeiner Form einzuschränken. Es zeigen
Fig.1 eine isometrische Ansicht einer Anordnung für ein Verfahren zum Herstellen eines gefalteten Elektrodenstapels,
Fig. 2 eine isometrische Ansicht der Anordnung der Fig. 1 beim Einbringen eines ersten thermischen Verbindungspunktes,
Fig. 3 eine isometrische Ansicht der Anordnung aus Fig. 1 beim Einbringen eines zweiten thermischen Verbindungspunktes,
Fig. 4 eine isometrische Ansicht der Anordnung aus Fig.1 bei der eine Elektrodenlage über die zwei thermisch eingebrachten Verbindungspunkte zurückgefaltet wurde.
Fig. 1 zeigt eine Anordnung für ein Verfahren zum Herstellen eines Elektro denstapels 10 für einen elektrochemischen Energiespeicher, beispielsweise eine Lithium-Batterie. Der Elektrodenstapel 10 umfasst mindestens einen Separator 12, sowie mindestens zwei Elektrodenlagen 14, 16. Wie in Fig. 1 gezeigt, ist bei dem Verfahren die Elektrodenlage 14 erster Polarität zusammen mit einem Separator 12 als Wickel auf einer ersten Abrolleinheit 18 angeordnet. Die Elektrodenlage 14 ist dabei auf dem Separator 12 angeordnet, dabei umfasst der Separator 12 eine Vielzahl an Elektrodenlagen 14, welche zugeschnitten sind und beabstandet voneinander auf dem Separator angeordnet sind. Weiterhin ist in Fig. 1 erkennbar, dass die Elektrodenlage 16 über den Separator 12 gefaltet ist, um einen Elektroden Stapel 10 herzustellen. Die Elektrodenlage 16 befindet sich als Wickel auf der Abrolleinheit 20. Die Abrolleinheit 20 befindet sich in Fig. 1 dabei auf einem niedrigeren Niveau als der Elektrodenstapel 10 um den Separator 12 und die Elektrodenlagen 14,16 zu fixieren. Dies wird dadurch realisiert, dass der Abrollpunkt der Abrolleinheit 20 tiefer liegt als der Elektrodenstapel 10. Die Elektrodenlagen 14 und 16 weisen dabei unterschiedliche Pola ritäten auf. Weiterhin ist erkennbar, dass die Abrolleinheit 20 eine 4 Uhr Position aufweist und die die Abrolleinheit 18 eine 7 Uhr Position aufweist.
In Fig. 2 ist dargestellt, wie die beiden Elektrodenlagen 14, 16 des Elektrodenstapels 10 mit Hilfe eines fokussierten Laserstrahls aus einem Laser 22 durch eine thermische Erwärmung fixiert werden. Durch die thermische Erwärmung werden die Elektrodenlagen 14, 16 und der Separator 12 miteinander verschweißt. Die thermische Erwärmung erfolgt punktuell mittels eines fokussierten Laserstrahls aus dem Laser 22. Durch die thermische Erwärmung werden die Elektrodenlagen 14, 16 gleichzeitig elektrisch mit- einander kontaktiert.
In Fig. 3 ist erkennbar, dass bei dem Elektrodenstapel 10 mittels einer weiteren punktuellen thermischen Erwärmung durch den Laser 22, die zwei Elektrodenlagen 14, 16 eindeutig zueinander fixiert werden. Weiterhin wird durch die weitere punktuelle Erwärmung eine Faltkante definiert.
Wie in Fig. 4 gezeigt wird über die definierte Faltkante die Elektrodenlage 16 über die zwei thermischen Verbindungspunkte zurückgefaltet. Dies ist in Fig. 4 daran erkennbar, dass die Abrolleinheit 20 von der 4 Uhr Position in die 11 Uhr Position bewegt worden ist. Dadurch ist die Elektrodenlage 12 die oberste Lage des Elektrodenstapels 10.
Ein elektrochemischer Energiespeicher kann Elektrodenstapel verwenden die als prismatische Zellen oder als Flachwickelzelle ausgebildet sind, wo- bei die Elektrodenlagen und der mindestens eine Separator über eine thermische Erwärmung miteinander verschweißt sind. Dies ist jedoch nicht dargestellt.
Weiterhin ist nicht gezeigt, dass Energiespeicher in Kraftfahrzeuganwen- düngen, sonstigen Elektromobilitäten, insbesondere in Schiffen, Zwei rädern, Flugzeugen und ähnlichem, stationären Energiespeichern, Elektro- werkzeugen, Unterhaltungselektroniken und/oder Haushaltselektronikelektroniken verwendet werden kann.

Claims

Ansprüche
1 . Verfahren zum Herstellen eines Elektrodenstapels (10) für einen elekt- rochemischen Energiespeicher,
wobei der Elektrodenstapel (10) mindestens einen Separator (12), sowie mindestens zwei Elektrodenlagen (14, 16) umfasst, wobei die Elektrodenlagen (14, 16) jeweils eine erste Polarität oder eine zweite Polarität aufweisen,
mit den Schritten:
a) Anordnen einer Elektrodenlage (14), wobei die Elektrodenlage (14) eine erste Polarität aufweist,
b) Anordnen eines Separators (12) auf der Elektrodenlage (14), c) Anordnen einer Elektrodenlage (16) auf dem Separator (12), wobei die Elektrodenlage (16) eine zweite Polarität aufweist,
d) Fixierung der Elektrodenlage (14) mit der Elektrodenlage (16) über eine thermische Erwärmung.
2. Verfahren nach Anspruch 1 , wobei durch die thermische Erwärmung die Elektrodenlagen (14, 16) miteinander verklebt, verlötet, verschmolzen oder verschweißt werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, wobei die thermische Erwärmung punktuell mittels eines fokussierten Laserstrahls erfolgt.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei durch die thermische Erwärmung gleichzeitig die Elektrodenlagen (14, 16) elektrisch mitei- nander kontaktiert werden.
5. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei bei einem Elektrodenstapel (10) für einen gefalteten elektrochemischen Energiespeicher mittels mindestens einer weiteren punktuellen thermischen Erwärmung die zwei Elektrodenlagen (14, 16) eindeutig zueinander fixiert werden, wobei die Gesamtanzahl der punktuellen Erwärmungen eine Faltkante definieren, und die erste Elektrodenlage (14) oder die zweite Elektrodenlage (16) über die thermischen Verbindungspunkte zurückgefaltet werden können.
6. Elektrochemischer Energiespeicher, insbesondere Lithium-Ionen- Batterie, umfassend mindestens einen Elektrodenstapel (10) hergestellt nach einem der Verfahrensansprüche 1 bis 5.
7. Elektrochemischer Energiespeicher nach Anspruch 6, wobei der elektrochemische Energiespeicher als Stapelzelle, insbesondere als Coffee- Bag-Zelle oder Pouch-Zelle, prismatische Zelle, oder als zylindrische Zelle, insbesondere Flachwickelzelle, ausgebildet ist.
8. Verwendung des elektrochemischen Energiespeichers nach Anspruch 6 in Kraftfahrzeuganwendungen, sonstigen Elektromobilitäten, insbesondere in Schiffen, Zweirädern, Flugzeugen, stationären Energiespeichern, Elekt- rowerkzeugen, Unterhaltungselektroniken und/oder Haushaltselektronikelektroniken.
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