WO2019052813A1

WO2019052813A1 - Verfahren zur herstellung eines elektrodenstapels für eine batteriezelle und batteriezelle

Info

Publication number: WO2019052813A1
Application number: PCT/EP2018/073290
Authority: WO
Inventors: Thomas Peter; Mirko Maier; Bernhard Gossen; Martin Reusch
Original assignee: Robert Bosch GmbH
Current assignee: Robert Bosch GmbH
Priority date: 2017-09-13
Filing date: 2018-08-30
Publication date: 2019-03-21
Anticipated expiration: 2020-03-13
Also published as: DE102017216143A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapelsfür eine Batteriezelle, umfassend folgende Schritte: Bereitstellen eines bandförmigen Separatorelements (16); Bereitstellen mehrerer plattenförmiger Elektrodensegmente (55); Erzeugen eines bandförmigen Verbundelements (50) durch Ablegen der Elektrodensegmente (55) auf das Separatorelement (16); wobei das Separatorelement (16) von einer Transportvorrichtung (110) in eine Transportrichtung (64) bewegt wird, während die Elektrodensegmente (55) in einem Ablagebereich (106) von einer Fördereinheit (100) auf das Separatorelement (16) abgelegt werden, und wobei die Elektrodensegmente (55) in einem an den Ablagebereich (106) anschließenden Transportbereich (108) von mindestens einem Führungsband (114) der Transportvorrichtung (110) auf das Separatorelement (16) gedrückt werden. Die Erfindung betrifft auch eine Batteriezelle, die mindestens einen Elektrodenstapel umfasst, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

Description

Beschreibung

Titel

Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle und

Batteriezelle

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine Batteriezelle aus plattenförmigen Elektrodensegmenten und Stapeln der Segmente. Die Erfindung betrifft auch eine Batteriezelle, die einen

Elektrodenstapel aufweist, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist.

Stand der Technik

Elektrische Energie ist mittels Batterien speicherbar. Batterien wandeln chemische Reaktionsenergie in elektrische Energie um. Hierbei werden

Primärbatterien und Sekundärbatterien unterschieden. Primärbatterien sind nur einmal funktionsfähig, während Sekundärbatterien, die auch als Akkumulator bezeichnet werden, wieder aufladbar sind. In einem Akkumulator finden insbesondere sogenannte Lithium-Ionen-Batteriezellen Verwendung. Diese zeichnen sich unter anderem durch hohe Energiedichten, thermische Stabilität und eine äußerst geringe Selbstentladung aus. Lithium-Ionen-Batteriezellen weisen eine positive Elektrode, die auch als

Kathode bezeichnet wird, und eine negative Elektrode, die auch als Anode bezeichnet wird, auf. Die Kathode sowie die Anode umfassen je einen

Stromableiter, auf den ein Aktivmaterial aufgebracht ist. Die Elektroden der Batteriezelle sind folienartig ausgebildet und unter Zwischenlage eines

Separators, welcher die Anode von der Kathode trennt, beispielsweise zu einem

Elektrodenstapel gestapelt. Die Elektroden können auch zu einem

Elektrodenwickel gewunden sein oder auf eine andere Art eine Elektrodeneinheit bilden. Die beiden Elektroden der Elektrodeneinheit sind elektrisch mit Polen der Batteriezelle verbunden, welche auch als Terminals bezeichnet werden. Die Elektroden und der Separator sind von einem in der Regel flüssigen Elektrolyt umgeben. Die Batteriezelle weist ferner ein Zellengehäuse auf, welches beispielsweise aus Aluminium gefertigt ist. Das Zellengehäuse ist in der Regel prismatisch, insbesondere quaderförmig, ausgestaltet und druckfest ausgebildet. Aber auch andere Gehäuseformen, beispielsweise kreiszylindrisch, oder auch flexible Pouchzellen, sind bekannt. Wesentliche Bestrebung bei der Entwicklung von neuen Batteriezellen ist, das elektrochemische Nutzvolumen in der Zelle zu erhöhen. Als geeignetste Bauform einer Elektrodeneinheit zur Maximierung des Nutzvolumens hat sich der

Elektrodenstapel herausgestellt, da dieser sowohl ideal prismatisch als auch in einer beliebigen anderen Geometrie hergestellt werden kann.

Aus der DE 10 2015 202 894 AI ist eine Batteriezelle bekannt, die einen

Elektrodenstapel mit einer Anode und einer Kathode aufweist. Die Anode und die Kathode umfassen dabei mehrere plattenförmig ausgebildete Segmente, die unter Zwischenlag von plattenförmigen Separatoren zu dem Elektrodenstapel übereinander geschichtet sind.

Aus der JP 2015-072833 A sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zum

Verbinden vom Separatoren und Elektroden bekannt. Die Separatoren weisen dabei eine Schicht aus Polypropylen und eine Keramikschicht auf. Zur

Verbindung von zwei Separatoren werden diese durchtrennt und die Schichten aus Polypropylen werden miteinander verschmolzen.

Aus der JP 2012-227126 A sowie der EP 2 696 420 AI sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung von umhüllten Elektroden bekannt. Eine

Transporteinheit transportiert zwei Separatoren und eine dazwischen

angeordnete Elektrode zu Verbindungseinheiten, welche die Separatoren miteinander verbinden.

Die US 8,844,795 B2 offenbart eine Verfahren und eine Vorrichtung zum

Einhüllen von Elektroden. Dabei werden Separatorsegmente mittels zweier Walzen beidseitig auf eine zwischen den Walzen hindurch geführte Elektrode aufgebracht.

Aus der DE 10 2014 113 588 AI ist ein Verfahren zur Herstellung einer

Batteriezelle bekannt. Dabei wird ein Elektrodenblatt auf eine erste

Separatorfolienbahn abgelegt und eine zweite Separatorfolienbahn wird auf das Elektrodenblatt abgelegt. Die Separatorfolienbahnen und das Elektrodenblatt werden dabei mittels eines Vakuumbandes angesaugt und weiter transportiert. Offenbarung der Erfindung

Es wird ein Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels für eine

Batteriezelle vorgeschlagen. Das Verfahren umfasst dabei mindestens die nachfolgend aufgeführten Schritte.

Zunächst wird ein bandförmiges Separatorelement bereitgestellt. Das

Separatorelement ist vorliegend flach und bandförmig ausgebildet. Das bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine Ausdehnung des Separatorelements in eine Längsrichtung viel größer, insbesondere mindestens zehnmal größer, ist als eine Ausdehnung des Separatorelements in eine Querrichtung, welche rechtwinklig zu der Längsrichtung orientiert ist.

Ferner werden mehrere plattenförmige Elektrodensegmente bereitgestellt. Die Elektrodensegmente sind dabei flach und plattenförmig ausgebildet. Das bedeutet in diesem Zusammenhang, dass eine Ausdehnung der

Elektrodensegmente in Längsrichtung annähernd gleich groß, insbesondere mindestens halb so groß und höchstens doppelt so groß, ist wie eine

Ausdehnung der besagten Segmente in Querrichtung. Bei den Elektrodensegmenten kann es sich beispielsweise um Anodensegmente handeln, welche einen anodischen Stromableiter umfassen, auf den ein anodisches Aktivmaterial aufgebracht ist. Ebenso kann es sich bei den

Elektrodensegmenten um Kathodensegmente handeln, welche einen

kathodischen Stromableiter umfassen, auf den ein kathodisches Aktivmaterial aufgebracht ist. Durch Ablegen der plattenförmigen Elektrodensegmente auf das bandförmige Separatorelement wird dann ein bandförmiges Verbundelement erzeugt.

Dabei wird das bandförmige Separatorelement von einer Transportvorrichtung in eine Transportrichtung bewegt, während die Elektrodensegmente in einem Ablagebereich von einer Fördereinheit auf das Separatorelement abgelegt werden. In dem Ablagebereich verläuft die Längsrichtung parallel zu der Transportrichtung.

Die Elektrodensegmente werden in einem an den Ablagebereich anschließenden Transportbereich von mindestens einem Führungsband der Transportvorrichtung auf das Separatorelement gedrückt. Der Transportbereich erstreckt sich dabei von dem Ablagebereich in die Transportrichtung. Das Führungsband ist beispielsweise umlaufend ausgebildet und mehrmals umgelenkt. In dem

Transportbereich verläuft das Führungsband in die Transportrichtung.

Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird in der

Transportvorrichtung ein Vakuum erzeugt, mittels welchem die

Elektrodensegmente in dem Transportbereich durch das Separatorelement hindurch angesaugt werden. So werden die Elektrodensegmente auf dem Separatorelement zusätzlich gehalten.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung wird in der Transportvorrichtung ein Vakuum erzeugt, mittels welchem das

Separatorelement in einem Zuführbereich durch ein Transportband der

Transportvorrichtung hindurch angesaugt wird. So wird das Separatorelement auf dem Transportband gehalten.

Separatorelement in dem Ablagebereich durch ein Transportband der

Transportvorrichtung hindurch angesaugt wird. Vorzugsweise wird das Transportband der Transportvorrichtung zusätzlich von einer Anpressrolle gegen die Fördereinheit gepresst. Der Ablagebereich, in welchem die Elektrodensegmente auf das Separatorelement gedrückt werden, befindet sich dabei zwischen der Anpressrolle und der Fördereinheit.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die

Elektrodensegmente in einem Zentralabschnitt auf das Separatorelement gedrückt. Der Zentralabschnitt liegt dabei in Querrichtung zumindest annähernd mittig auf den Elektrodensegmenten und dem Separatorelement.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung werden die Elektrodensegmente in zwei Randabschnitten auf das Separatorelement gedrückt. Die Randabschnitte liegen dabei in Querrichtung beidseitig außen auf den Elektrodensegmenten und dem Separatorelement.

Vorzugsweise wird ein weiteres bandförmiges Separatorelement auf das

Verbundelement derart aufgebracht, dass die Elektrodensegmente zumindest weitgehend zwischen den beiden Separatorelementen eingeschlossen sind. Insbesondere sind die Elektrodensegmente derart zwischen den beiden

Separatorelementen angeordnet, dass lediglich Kontaktfahnen der

Elektrodensegmente zwischen den Separatorelementen heraus ragen.

Bevorzugt werden das weitere bandförmige Separatorelement und das

Verbundelement zwischen den Elektrodensegmenten, bevorzugt in Querrichtung, geschnitten. Dann werden durch Aufbringen weiterer plattenförmiger

Elektrodensegmente plattenförmige Stapelsegmente erzeugt. Sofern das

Verbundelement Anodensegmente aufweist werden nun Kathodensegmente aufgebracht. Sofern das Verbundelement Kathodensegmente aufweist werden nun Anodensegmente aufgebracht.

Jedes Stapelsegment umfasst somit ein Anodensegment, ein Kathodensegment und zwei Separatorsegmente. Die Stapelsegmente werden dann zu dem

Elektrodenstapel gestapelt. Es wird auch eine Batteriezelle vorgeschlagen, die mindestens einen

Elektrodenstapel umfasst, der nach dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt ist. Eine erfindungsgemäße Batteriezelle findet vorteilhaft Verwendung in einem

Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfahrzeug (HEV), in einem Plug-In- Hybridfahrzeug (PHEV) oder in einem Consumer-Elektronik-Produkt. Unter Consumer-Elektronik-Produkten sind insbesondere Mobiltelefone, Tablet-PCs oder Notebooks zu verstehen.

Vorteile der Erfindung

Das erfindungsgemäße Verfahren gestattet eine Verringerung der erforderlichen Prozesszeit beim Stapeln der Elektroden und des Separators zu dem

Elektrodenstapel. Vorteilhaft können die Elektrodensegmente mit hoher Präzision auf dem Separatorelement abgelegt und weiter transportiert werden.

Insbesondere ist eine Verschiebung der Elektrodensegmente relativ zu dem Separatorelement auf der Transportvorrichtung vorteilhaft vermindert oder vermieden. Je nach Anforderung können ein Führungsband oder mehrere Führungsbänder eingesetzt werden. Durch die Erzeugung eines Vakuums in der Transportvorrichtung, mittels welchem die Elektrodensegmente durch das Separatorelement hindurch angesaugt werden, wird eine Verschiebung der Elektrodensegmente relativ zu dem Separatorelement auf der

Transportvorrichtung weiter vermindert oder vermieden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen

Ausführungsformen der Erfindung werden anhand der Zeichnungen und der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.

Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Darstellung einer Batteriezelle, Figur 2 eine schematische Darstellung einer Anlage zur Herstellung von Elektrodenstapeln für Batteriezellen,

Figur 3 eine schematische Darstellung einer Transportvorrichtung und einer

Fördereinheit einer Anlage aus Figur 2,

Figur 4 eine schematische, perspektivische Darstellung der Fördereinheit und der Transportvorrichtung aus Figur 2 gemäß einer ersten Ausführungsform,

Figur 5 eine schematische, perspektivische Darstellung der Fördereinheit und der Transportvorrichtung aus Figur 2 gemäß einer zweiten Ausführungsform,

Figur 6 eine Draufsicht auf ein bandförmiges Verbundelement und

Figur 7 eine schematische Darstellung eines aus mehreren Stapelsegmenten gebildeten Elektrodenstapels.

Ausführungsformen der Erfindung

In der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsformen der Erfindung werden gleiche oder ähnliche Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet, wobei auf eine wiederholte Beschreibung dieser Elemente in Einzelfällen verzichtet wird. Die Figuren stellen den Gegenstand der Erfindung nur schematisch dar.

Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung einer Batteriezelle 2. Die

Batteriezelle 2 umfasst ein Gehäuse 3, welches prismatisch, vorliegend quaderförmig, ausgebildet ist. Das Gehäuse 3 ist vorliegend elektrisch nicht leitend ausgeführt. Das Gehäuse 3 kann auch beispielsweise aus Aluminium gefertigt oder in Form einer flexiblen Pouch- Folie ausgebildet sein.

Die Batteriezelle 2 umfasst ein negatives Terminal 11 und ein positives Terminal 12. Über die Terminals 11, 12 kann eine von der Batteriezelle 2 zur Verfügung gestellte Spannung abgegriffen werden. Ferner kann die Batteriezelle 2 über die Terminals 11, 12 auch geladen werden.

Innerhalb des Gehäuses 3 der Batteriezelle 2 ist eine Elektrodeneinheit angeordnet, welche vorliegend als Elektrodenstapel 10 ausgeführt ist. Der

Elektrodenstapel 10 weist zwei Elektroden, nämlich eine Anode 21 und eine Kathode 22, auf. Die Anode 21 und die Kathode 22 sind jeweils folienartig ausgeführt und durch einen Separator 18 voneinander separiert. Der Separator 18 ist ionisch leitfähig, also für Lithiumionen durchlässig.

Die Anode 21 umfasst ein anodisches Aktivmaterial 41 und einen anodischen Stromableiter 31. Der anodische Stromableiter 31 ist elektrisch leitfähig ausgeführt und aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus Kupfer. Der anodische Stromableiter 31 ist elektrisch mit dem negativen Terminal 11 der Batteriezelle 2 verbunden.

Die Kathode 22 umfasst ein kathodisches Aktivmaterial 42 und einen

kathodischen Stromableiter 32. Der kathodische Stromableiter 32 ist elektrisch leitfähig ausgeführt und aus einem Metall gefertigt, beispielsweise aus

Aluminium. Der kathodische Stromableiter 32 ist elektrisch mit dem positiven

Terminal 12 der Batteriezelle 2 verbunden.

Figur 2 zeigt eine schematische Darstellung einer Anlage 60 zur Herstellung von Elektrodenstapeln 10 für Batteriezellen 2. Von einer ersten Separatorrolle 71 wird ein bandförmiges Separatorelement 16 einer Transportvorrichtung 110 zugeführt.

Bei der Transportvorrichtung 110 kann es sich um ein umlaufendes Band oder auch um ein lineares Mover-System oder dergleichen handeln. Auf der

Transportvorrichtung 110 wird das Separatorelement 16 in eine

Transportrichtung 64 transportiert.

Von einer Anodenrolle 61 erfolgt die Zufuhr eines bandförmigen Anodenelements 45. Die Zufuhr des bandförmigen Anodenelements 45 erfolgt über mehrere hier nicht dargestellte Umlenkrollen an eine in einer Förderrichtung 68 umlaufende Fördereinheit 100. Die Fördereinheit 100 ist mit einer Reinigungseinheit 90 versehen, welche eine Absaugvorrichtung zur Partikelentfernung umfasst. Der Fördereinheit 100 ist ein Laser 96 oder eine sonstige, insbesondere messerartige Schneideinrichtung zugeordnet. Durch den Laser 96 oder die Schneideinrichtung erfolgt ein Schnitt durch das bandförmige Anodenelement 45, wodurch plattenförmige Anodensegmente 55 erzeugt werden, wie insbesondere auch in Figur 3 dargestellt ist. Die Anodensegmente 55 werden an der

Fördereinheit 100 mittels eines Vakuums fixiert, bevor die Anodensegmente 55 auf das Separatorelement 16 auf der Transportvorrichtung 110 abgelegt werden. So entsteht ein bandförmiges Verbundelement 50, wobei die Anodensegmente 55 regelmäßig beabstandet voneinander angeordnet sind.

Danach erfolgt die Zuführung eines weiteren bandförmigen Separatorelements 16 von einer zweiten Separatorrolle 72. Dieses wird auf das Verbundelement 50 auf der Transportvorrichtung 110 überführt, so dass das erste bandförmige Separatorelement 16 und die regelmäßig beabstandeten Anodensegmente 55 von dem weiteren Separatorelement 16 überdeckt sind. Dabei sind die

Anodensegmente 55 weitgehend zwischen den beiden Separatorelementen 16 eingeschlossen.

Anschließend erfolgt innerhalb eines Übergabebereiches 74 die Überführung des Verbundelements 50 sowie des weiteren Separatorelements 16 an ein lineares Mover-System 76. Das lineare Mover-System 76 umfasst beispielsweise einzelne mit Unterdruck beaufschlagbare Schlitten, wobei aus Figur 2

hervorgeht, dass dem linearen Mover-System 76 an dessen Unterseite angeordnete einzelne diskrete Stapelvorrichtungen 78 zugeordnet sind.

Nach Passage des Übergabebereiches 74 erfolgt bevorzugt mittels eines Lasers 96 ein Laserschnitt 80 der an das lineare Mover-System 76 übergebenen Anordnung aus Verbundelement 50 und weiterem Separatorelement 16. Es kann auch ein Schnitt mit einem anderen Schneidwerkzeug durchgeführt werden. Es entstehen dreilagig ausgebildeten Stapel, welche zwei Separatorsegmente 53 sowie ein dazwischen liegendes Anodensegment 55 umfassen. Diese dreilagig ausgebildeten Stapel werden seitlich über Greifvorrichtungen und/oder Vakuum auf einzelnen voneinander getrennten mit Vakuum beaufschlagbaren Schlitten des linearen Mover- Systems 76 fixiert. Aus Figur 2 geht hervor, dass dem linearen Mover-System 76 ein angetriebenes Rad 92 zugeordnet ist. Dieses wird mit einem bandförmigen Kathodenelement 46 von einer Kathodenrolle 62 beaufschlagt, welches auf dem Rad 92 bevorzugt durch einen Laser 96 zu Kathodensegmenten 56 geschnitten wird. Es kann auch ein Schnitt mit einem anderen Schneidwerkzeug durchgeführt werden. Die von dem bandförmigen Kathodenelement 46 abgetrennten Kathodensegmente 56 werden innerhalb eines Vakuumbereiches 86 auf dem angetriebenen Rad 92 fixiert und auf die von den einzelnen Schlitten des linearen Mover-Systems 76 herantransportierten dreilagig ausgebildeten Stapel aus zwei

Separatorsegmenten 53 sowie dazwischen liegendem Anodensegment 55 aufgebracht.

So erhaltene, beispielsweise von Greifern des linearen Mover-Systems 76 fixierten, vierlagige Stapelsegmente 58 werden in einem Auslaufbereich des linearen Mover-Systems 76 um 180° gewendet und auf die einzelnen

Stapelvorrichtungen 78 abgelegt. Die Stapelsegmente 58 sind plattenförmig ausgebildet und umfassen zwei Separatorsegmente 53, ein Anodensegment 55 und ein Kathodensegment 56.

Der Vollständigkeit halber sei erwähnt, dass das angetriebene Rad 92, welches oberhalb des linearen Mover-Systems 76 angeordnet ist, neben dem

Vakuumbereich 86 auch einen Abblasbereich 88 aufweist. Auf dem Rad 92 erfolgt der Laserschnitt des Kathodenelements 46 bevorzugt mittels des Lasers 96. Alternativ zu dem Laser 96, bei dem es sich bevorzugt um einen C02-Laser oder um einen kurzgepulsten Laser handelt, kann auch eine messerartige Schneidvorrichtung eingesetzt werden um die plattenförmigen

Kathodensegmente 56 zu erzeugen. Das angetriebene Rad 92 ist mit einer Reinigungseinheit 90 versehen.

Figur 3 zeigt eine schematische Darstellung einer Transportvorrichtung 110 und einer Fördereinheit 100 der Anlage 60 aus Figur 2. Das bandförmige

Anodenelement 45 wird von der Anodenrolle 61 auf die Fördereinheit 100 aufgebracht. Die Fördereinheit 100 läuft in der Förderrichtung 68 um. In einem Schneidbereich 104 der Fördereinheit 100 wird das bandförmige Anodenelement 45 zu plattenförmigen Anodensegmenten 55 geschnitten. Die Anodensegmente 55 werden insbesondere in der Querrichtung y geschnitten, welche rechtwinklig zu der Förderrichtung 68 verläuft und vorliegend senkrecht zu der Zeichenebene orientiert ist. Zusätzlich werden Konturschnitte durchgeführt um Kontaktfahnen 35 der Anode 21 an den Anodensegmenten 55 zu erzeugen.

Das bandförmige Separatorelement 16 wird von der ersten Separatorrolle 71 auf die Transportvorrichtung 110 aufgebracht. Insbesondere wird das

Separatorelement 16 in einem Zuführbereich 107 auf ein umlaufendes

Transportband 112 der Transportvorrichtung 110 aufgebracht. Dabei wird das Separatorelement 16 in die Transportrichtung 64 transportiert. In der

Transportvorrichtung 110 wird dabei ein Vakuum erzeugt, mittels welchem das Separatorelement 16 in dem Zuführbereich 107 durch das Transportband 112 hindurch angesaugt wird. So wird das Separatorelement 16 auf dem

Transportband 112 gehalten.

In einem Ablagebereich 106 werden die Anodensegmente 55 von der

Fördereinheit 100 auf das Separatorelement 16 abgelegt. Die Fördereinheit 100 kann hierzu einen Abblasbereich 88 aufweisen. Dadurch entsteht das

bandförmige Verbundelement 50, das weiter in die Transportrichtung 64 transportiert wird. In dem Ablagebereich 106 entstehen in der Förderrichtung 68 Lücken 51 zwischen den einzelnen Anodensegmente 55. Somit sind die

Anodensegmente 55 auch in dem Verbundelement 50 durch eine entsprechende Lücken 51 voneinander getrennt. Das Transportband 112 der

Transportvorrichtung 110 wird von einer Anpressrolle 116 gegen die

Fördereinheit 100 gepresst. Der Ablagebereich 106 befindet sich dabei zwischen der Anpressrolle 116 und der FördereinheitlOO. In der Nähe der Anpressrolle 116 kann ebenfalls ein Vakuum, insbesondere ein erhöhtes Vakuum, anliegen.

In einem Transportbereich 108, der an den Ablagebereich 106 anschließt, werden die Anodensegmente 55 von mindestens einem Führungsband 114 auf das Separatorelement 16 gedrückt. Der Transportbereich 108 erstreckt sich dabei von dem Ablagebereich 106 in die Transportrichtung 64. Das mindestens eine Führungsband 114 ist vorliegend umlaufend ausgebildet und mehrmals umgelenkt. In dem Transportbereich 108 verläuft das Führungsband 114 in die Transportrichtung 64.

In der Transportvorrichtung 110 wird ein Vakuum erzeugt, mittels welchem die Anodensegmente 55 in dem Transportbereich 108 durch das Separatorelement 16 hindurch angesaugt werden. So werden die Anodensegmente 55 auf dem Separatorelement 16 zusätzlich gehalten und können vereinfacht von dem Führungsband 114 abgelöst werden.

Figur 4 zeigt eine schematische, perspektivische Darstellung der Fördereinheit 100 und der Transportvorrichtung 110 aus Figur 2 gemäß einer ersten

Ausführungsform. Die Fördereinheit 100 ist in Form einer zylindrischen Walze ausgebildet und rotiert in die Förderrichtung 68. Das Anodenelement 45 ist hier nicht dargestellt. Das Separatorelement 16 wird von der Transportvorrichtung 110 in die Transportrichtung 64 transportiert. Das Transportband 112 ist hier ebenfalls nicht dargestellt.

Die Transportvorrichtung 110 weist vorliegend zwei Führungsbänder 114 auf, welche in Querrichtung y versetzt zueinander angeordnet sind. Ein Teil der Fördereinheit 100 ist in Querrichtung y von den Führungsbändern 114 umgeben. Die Anodensegmente 55 werden in zwei Randabschnitten 124 von den

Führungsbändern 114 auf das Separatorelement 16 gedrückt. Die

Randabschnitte 124 liegen dabei in Querrichtung y beidseitig außen auf dem Separatorelement 16. Die Kontaktfahnen 35 der Anodensegmente 55 ragen in Querrichtung y über das Separatorelement 16 seitlich heraus.

Figur 5 zeigt eine schematische, perspektivische Darstellung der Fördereinheit 100 und der Transportvorrichtung 110 aus Figur 2 gemäß einer zweiten

Ausführungsform. Die Fördereinheit 100 ist in Form einer gestuften zylindrischen Walze ausgebildet, welche vorliegend einen zentralen Zylinderabschnitt 132 und zwei seitlich davon befindliche äußere Zylinderabschnitte 136 aufweist. Die äußeren Zylinderabschnitte 136 weisen dabei den gleichen Durchmesser auf, der größer ist als der Durchmesser des zentralen Zylinderabschnitts 132. Die äußeren Zylinderabschnitte 136 und der zentrale Zylinderabschnitt 132 der Fördereinheit 100 sind drehfest miteinander verbunden. Die Fördereinheit 100 rotiert in die Förderrichtung 68. Das Anodenelement 45 ist hier nicht dargestellt. Das Separatorelement 16 wird von der Transportvorrichtung 110 in die

Transportrichtung 64 transportiert. Das Transportband 112 ist hier ebenfalls nicht dargestellt.

Die Transportvorrichtung 110 weist vorliegend ein Führungsband 114 auf, welches in Querrichtung y annähernd zentral auf dem Separatorelement 16 angeordnet ist. Ein Teil des Führungsbands 114 ist in Querrichtung y von den äußeren Zylinderabschnitten 136 der Fördereinheit 100 umgeben. Das

Führungsbands 114 ist in Querrichtung y unterhalb des zentralen

Zylinderabschnitts 132 angeordnet. Die Anodensegmente 55 werden in einem Zentralabschnitt 122 auf das Separatorelement 16 gedrückt. Der Zentralabschnitt 122 liegt dabei in Querrichtung y zumindest annähernd mittig auf dem

Separatorelement 16. Die Kontaktfahnen 35 der Anodensegmente 55 ragen in Querrichtung y über das Separatorelement 16 seitlich heraus.

Figur 6 zeigt eine Draufsicht auf ein bandförmiges Verbundelement 50. Die plattenförmigen Anodensegmente 55 liegen in einer Längsrichtung x, welche rechtwinklig zu der Querrichtung y verläuft, voneinander beabstandet auf dem bandförmigen Separatorelement 16. Die Anodensegmente 55 sind dabei in Längsrichtung x durch die Lücken 51 voneinander getrennt. Die Anodensegmente 55 liegen annähernd vollständig auf dem

Separatorelement 16. Die Anodensegmente 55 weisen Kontaktfahnen 35 der Anode 21 auf, welche sich in Querrichtung y erstrecken. Die Kontaktfahnen 35 der Anode 21 ragen in Querrichtung y über das Separatorelement 16 seitlich heraus.

Figur 7 zeigt eine schematische Darstellung eines aus mehreren

Stapelsegmenten 58 gebildeten Elektrodenstapels 10. Jedes Stapelsegment 58 weist, wie bereits erwähnt, ein Anodensegment 55, eine Kathodensegment 56 und zwei Separatorsegmente 53 auf. Dabei ist eines der Separatorsegmente 53 zwischen dem Anodensegment 55 und dem Kathodensegment 56 angeordnet, wobei vorliegend das Anodensegment 55 zwischen den beiden

Separatorsegmenten 53 angeordnet ist.

Die Anodensegmente 55 bilden zusammen die Anode 21 des Elektrodenstapels 10. Die Kathodensegmente 56 bilden zusammen die Kathode 22 des

Elektrodenstapels 10. Die Separatorsegmente 53 bilden zusammen den

Separator 18 des Elektrodenstapels 10. Die hier nicht dargestellten

Kontaktfahnen 35 der Anode 21 sind miteinander verschweißt und elektrisch mit dem negativen Terminal 11 der Batteriezelle 2 verbunden. Die hier nicht dargestellten Kontaktfahnen 36 der Kathode 22 sind ebenfalls miteinander verschweißt und elektrisch mit dem positiven Terminal 12 der Batteriezelle 2 verbunden.

Die Erfindung ist nicht auf die hier beschriebenen Ausführungsbeispiele und die darin hervorgehobenen Aspekte beschränkt. Vielmehr ist innerhalb des durch die Ansprüche angegebenen Bereichs eine Vielzahl von Abwandlungen möglich, die im Rahmen fachmännischen Handelns liegen.

Claims

Ansprüche

1. Verfahren zur Herstellung eines Elektrodenstapels (10) für eine

Batteriezelle (2), umfassend folgende Schritte:

Bereitstellen eines bandförmigen Separatorelements (16);

Bereitstellen mehrerer plattenförmiger Elektrodensegmente (55, 56);

Erzeugen eines bandförmigen Verbundelements (50) durch Ablegen der Elektrodensegmente (55, 56) auf das Separatorelement (16); wobei das Separatorelement (16) von einer Transportvorrichtung (110) in eine Transportrichtung (64) bewegt wird,

während die Elektrodensegmente (55, 56) in einem Ablagebereich (106) von einer Fördereinheit (100) auf das Separatorelement (16) abgelegt werden,

und wobei die Elektrodensegmente (55, 56) in einem an den

Ablagebereich (106) anschließenden Transportbereich (108) von mindestens einem Führungsband (114) der Transportvorrichtung (110) auf das Separatorelement (16) gedrückt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei

in der Transportvorrichtung (110) ein Vakuum oder ein Unterdruck erzeugt wird, mittels welchem die Elektrodensegmente (55, 56) in dem Transportbereich (108) durch das Separatorelement (16) hindurch angesaugt werden.

3. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei

in der Transportvorrichtung (110) ein Vakuum oder ein Unterdruck erzeugt wird, mittels welchem das Separatorelement (16) in einem Zuführbereich (107) durch ein Transportband (112) hindurch angesaugt wird. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei

in der Transportvorrichtung (110) ein Vakuum oder ein Unterdruck erzeugt wird, mittels welchem das Separatorelement (16) in dem

Ablagebereich (106) durch ein Transportband (112) hindurch angesaugt wird.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei

ein Transportband (112) der Transportvorrichtung (110) von einer

Anpressrolle (116) gegen die Fördereinheit (100) gepresst wird.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei

die Elektrodensegmente (55, 56) in einem Zentralabschnitt (122) auf das

Separatorelement (16) gedrückt werden.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei

die Elektrodensegmente (55, 56) in zwei Randabschnitten (124) auf das

Separatorelement (16) gedrückt werden.

Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei

ein weiteres bandförmiges Separatorelement (16) auf das

Verbundelement (50) derart aufgebracht wird, dass die

Elektrodensegmente (55, 56) zumindest weitgehend zwischen den beiden Separatorelementen (16) eingeschlossen sind.

Verfahren nach Anspruch 8, wobei

das weitere bandförmige Separatorelement (16) und das

Verbundelement (50) zwischen den Elektrodensegmenten (55, 56) geschnitten werden,

plattenförmige Stapelsegmente (58) durch Aufbringen weiterer plattenförmiger Elektrodensegmente (55, 56) erzeugt werden und die Stapelsegmente (58) zu dem Elektrodenstapel (10) gestapelt werden.

Batteriezelle (2), umfassend mindestens einen Elektrodenstapel (10) hergestellt nach einem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche. Verwendung einer Batteriezelle (2) nach Anspruch 10 in einer Batteriezelle (2) in einem Elektrofahrzeug (EV), in einem Hybridfah (HEV), in einem Plug-In-Hybridfahrzeug (PHEV) oder in einem Consumer-Elektronik-Produkt.