EP4480015A1 - Verfahren und vorrichtung zur herstellung von bandförmigen elektroden - Google Patents

Verfahren und vorrichtung zur herstellung von bandförmigen elektroden

Info

Publication number
EP4480015A1
EP4480015A1 EP23703829.4A EP23703829A EP4480015A1 EP 4480015 A1 EP4480015 A1 EP 4480015A1 EP 23703829 A EP23703829 A EP 23703829A EP 4480015 A1 EP4480015 A1 EP 4480015A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
strip
metal foil
shaped metal
electrode material
strips
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP23703829.4A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dominik Rausch
Andreas Keil
Winfried Gaugler
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Duerr Systems AG
VARTA Microbattery GmbH
Original Assignee
Duerr Systems AG
VARTA Microbattery 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.)
Filing date
Publication date
Application filed by Duerr Systems AG, VARTA Microbattery GmbH filed Critical Duerr Systems AG
Publication of EP4480015A1 publication Critical patent/EP4480015A1/de
Pending legal-status Critical Current

Links

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
    • H01M4/64—Carriers or collectors
    • H01M4/70—Carriers or collectors characterised by shape or form
    • H01M4/75—Wires, rods or strips
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C11/00—Component parts, details or accessories not specifically provided for in groups B05C1/00 - B05C9/00
    • B05C11/10—Storage, supply or control of liquid or other fluent material; Recovery of excess liquid or other fluent material
    • B05C11/1002—Means for controlling supply, i.e. flow or pressure, of liquid or other fluent material to the applying apparatus, e.g. valves
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B05C5/02—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work
    • B05C5/0254—Coating heads with slot-shaped outlet
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C5/00—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work
    • B05C5/02—Apparatus in which liquid or other fluent material is projected, poured or allowed to flow on to the surface of the work the liquid or other fluent material being discharged through an outlet orifice by pressure, e.g. from an outlet device in contact or almost in contact, with the work
    • B05C5/027—Coating heads with several outlets, e.g. aligned transversally to the moving direction of a web to be coated
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B05—SPRAYING OR ATOMISING IN GENERAL; APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C—APPARATUS FOR APPLYING FLUENT MATERIALS TO SURFACES, IN GENERAL
    • B05C9/00—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important
    • B05C9/04—Apparatus or plant for applying liquid or other fluent material to surfaces by means not covered by any preceding group, or in which the means of applying the liquid or other fluent material is not important for applying liquid or other fluent material to opposite sides of the work
    • 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
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0404—Methods of deposition of the material by coating on electrode collectors
    • 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
    • H01M4/0402—Methods of deposition of the material
    • H01M4/0411—Methods of deposition of the material by extrusion
    • 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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • 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
    • H01M4/13—Electrodes for accumulators with non-aqueous electrolyte, e.g. for lithium-accumulators; Processes of manufacture thereof
    • H01M4/139—Processes of manufacture
    • 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

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing strip-shaped electrodes comprising a strip-shaped current collector which is covered on both sides with a layer of an electrode material and which has an area not covered with the electrode material extending along one of its longitudinal edges on both sides. Furthermore, the invention relates to a device for the production of such electrodes and the use of such electrodes and electrochemical energy storage elements that can be produced therewith.
  • Electrochemical energy storage elements are capable of converting stored chemical energy into electrical energy through a redox reaction.
  • the simplest form of electrochemical energy storage element is the electrochemical cell. It comprises a positive electrode and a negative electrode separated from each other by a separator. During a discharge, electrons are released at the negative electrode as a result of an oxidation process. This results in an electron stream that can be tapped off by an external electrical consumer for which the electrochemical cell serves as an energy supplier. At the same time, an ion current corresponding to the electrode reaction occurs within the cell. This flow of ions traverses the separator and is made possible by an ion-conducting electrolyte.
  • the discharge of the electrochemical energy storage element is reversible, ie it is possible to reverse the conversion of chemical energy into electrical energy during the discharge and to charge the cell or the element again, this is referred to as a secondary element.
  • electrochemical energy storage element is understood not only to mean an individual electrochemical cell, but also a battery that is made up of a plurality of individual electrochemical cells.
  • WO 2017/215900 A1 describes cylindrical round cells in which a composite body is formed from band-shaped electrodes and is in the form of a coil.
  • the electrodes each have current collectors loaded with electrode material.
  • Oppositely polarized electrodes are arranged offset to one another within the composite body, so that longitudinal edges of the current collectors of the positive electrodes emerge from the winding at one end and longitudinal edges of the current collectors of the negative electrodes at a second end.
  • the cell has contact plates which are seated on the end faces of the winding and are connected to the protruding longitudinal edges of the current collectors by welding. This makes it possible to electrically contact the current collectors and thus also the associated electrodes over their entire length. This significantly lowers the internal resistance within the described cell. As a result, the occurrence of large currents can be intercepted much better and heat can also be better dissipated from the winding.
  • strip-shaped electrodes In order to ensure good connection of the longitudinal edges of the current collectors to the contact plate in such cells, it is expedient to use strip-shaped electrodes to form the coil, which are free of electrode material along one of their longitudinal edges, namely the longitudinal edge to be contacted.
  • These strip-shaped electrodes thus have a strip-shaped current collector on which a layer of a positive or a negative electrode material is applied on both sides and which has an area along one of its longitudinal edges in which it is not covered with the electrode material on both sides.
  • the flow ko Hector preferably has no such free edge region along its second longitudinal edge.
  • strip-shaped electrodes in a coating process in which pasty electrode materials are applied to current collectors.
  • the current collectors are usually strip-shaped metal foils.
  • the electrode materials are applied, for example, by means of a slot nozzle, as is described in EP 3608028 B1.
  • one side of a strip-shaped metal foil is first coated with a strip of the electrode material.
  • the strip coated on one side is then dried and wound up.
  • the second side of the strip-shaped metal foil is coated with the same electrode material, again in the form of a strip, and dried.
  • the current collectors must be placed without any offset, i.e. in such a way that the strips on both sides completely overlap with one another when viewed perpendicularly to the strip-shaped metal foil.
  • the areas not covered with the electrode material should also have a constant width on both sides of the current collector along the respective longitudinal edge over the entire length of the electrode. This is difficult to achieve in the tandem process described, and the required precision is often not achieved.
  • Another approach works with subsequent removal of the coating in the longitudinal edge areas of the electrode bands, for example by means of a laser or mechanically. These methods are also very complex.
  • the object of the invention is to provide an improved method for the production of strip-shaped electrodes which have a strip-shaped current collector coated on both sides with electrode material Contacting is provided, for example, with a contact plate.
  • a contact plate With regard to production in large numbers, it should be possible to manufacture a plurality of strip-shaped electrodes in parallel, with the problem of a track offset between the coated areas of the strip-shaped electrodes being addressed.
  • the method is intended to make it possible to produce strip-shaped electrodes with great precision, while at the same time the method is intended to be suitable for mass production.
  • a preferred embodiment of the method described has the features of claim 1. Preferred developments of this method are the subject matter of the claims dependent on claim 1.
  • a preferred embodiment of the device for producing strip-shaped electrodes is the subject matter of independent claim 8. Further preferred embodiments of this device result from the claims dependent on claim 8.
  • Also covered by the invention are strip-shaped electrodes that are produced according to the method described, and the use of these strip-shaped electrodes and electrochemical energy storage elements with such strip-shaped electrodes, as also results from the other independent claims.
  • the method according to the invention serves to produce strip-shaped electrodes which comprise a strip-shaped current collector.
  • the current collector has two sides and is covered on both sides with a layer of an electrode material.
  • the current ko Hector has on both sides a region which extends along one of its longitudinal edges and is not covered with electrode material.
  • the current collector is thus free of electrode material on both sides along this longitudinal edge. This area is provided for making electrical contact with the electrode, for example with a contact plate or the housing of an electrochemical energy storage cell or a battery.
  • the method according to the invention for producing such strip-shaped electrodes comprises the following method steps: a. Providing a band-shaped metal foil. b. Coating of the band-shaped metal foil with an electrode material in a continuous process, with several parallel strips of the electrode material on the first Side of the strip-shaped metal foil and an equal number of parallel strips of the electrode material are applied to the second side of the strip-shaped metal foil by means of application nozzles, so that in the viewing direction perpendicular to the strip-shaped metal foil, one strip on the first side with one of the strips on the second side of the strip-shaped Metal foil overlaps, with an uncoated strip-shaped area remaining free of the electrode material on both sides between immediately adjacent parallel strips of the electrode material.
  • the method is characterized by the following feature: c.
  • the parallel strips of electrode material are applied simultaneously to the first side and the second side of the strip-shaped metal foil.
  • Simultaneous application means that both sides of the strip-shaped metal foil are coated simultaneously and in one operation and with a temporal overlap.
  • the operation here preferably includes the coating of both sides of the metal foil in the context of a single pass through a coating device, in particular a device for the production of strip-shaped electrodes according to the following description. Coating on both sides can particularly preferably take place in a continuous process, with both sides of the metal foil being coated simultaneously and optionally spatially offset.
  • One side of the metal foil is preferably not coated first, as is the case with conventional production methods, before the coating is carried out on the other side in a separate operation, in each case with subsequent drying. Rather, the method according to the invention provides that the coating of the first and the second side takes place simultaneously. Multiple processing of the strip-shaped metal foil in successive coating processes, including associated winding, unwinding, deflection and calibration processes, is not required. As a result, the problem of a possible offset between the strips on the first and second side of the strip-shaped metal foil can be counteracted better.
  • metal foil is not just a metallic foil in the actual sense, but more generally any flat, strip-shaped substrate that has an electrical conductivity that is sufficiently high that it can serve as a current collector of an electrode.
  • a strip-shaped graphite foil or a graphitized, metalized or otherwise provided with an electrically conductive coating film-like substrate can thus also be used as a strip-shaped substrate for the production of the strip-shaped electrodes.
  • Further suitable strip-shaped substrates are also metal nets or metal grids or substrates based on metal foams or nonwovens made from metal filaments or metalized threads.
  • a misalignment of the strips that can be detected in this way is corrected by correcting the position of at least one of the application nozzles relative to the strip-shaped metal foil.
  • a. to c. from: a.
  • the strips of electrode material are applied using application nozzles.
  • b. It is detected, preferably with the aid of at least one sensor, whether an offset occurs between overlapping strips on the first side and the second side and/or whether an offset exceeds a predefined threshold value.
  • c. In the event of an offset between overlapping strips on the first side and the second side and/or if the predefined threshold value for the offset is exceeded, the position of at least one of the application nozzles relative to the strip-shaped metal foil is corrected.
  • the offset that actually occurs between the overlapping strips on the first side and the second side of the metal foil is detected and/or measured, so that corrective measures can be initiated if necessary.
  • the position of at least one of the application nozzles with which the strips of the electrode material are applied is preferably corrected accordingly.
  • the position of one or more application nozzles can be changed.
  • the coating is independent of other parameters, for example subsequent drying. This leads to highly accurate, congruent, double-sided and multi-track coatings. In this way, a double-sided, multi-track stripe coating can be realized that does not require any later corrections or post-processing for highly accurate tracking.
  • the method is distinguished by at least one of the following additional features a. and b. from: a.
  • the strips of electrode material are applied to at least one of the sides of the strip-shaped metal foil by means of a plurality of single-nozzle coating heads, each with an application nozzle whose positions relative to one another can be varied.
  • the single-nozzle coating heads can each be displaced perpendicularly to the direction in which the strip-shaped metal foil runs.
  • the single-nozzle coating heads can be moved perpendicularly to the direction of passage of the strip-shaped metal foil (at a preferably constant distance from the metal foil), the distance between the application nozzles and the edge of the metal foil can be varied, so that any misalignment that may occur when coating the two sides in Responds to the overlapping stripes on both sides of the metal foil and the position of one or more application nozzles can be corrected.
  • corresponding adjustable single-nozzle coating heads can be provided on both sides of the strip-shaped metal foil in order to be able to make corrections during the coating on both sides of the metal foil.
  • At least one of the immediately following additional features is provided: a.
  • the application of the strips of the electrode material takes place on the first side of the band-shaped metal foil by means of at least one multi-nozzle coating head, which comprises a number of application nozzles at fixed distances from one another, b. the strips of electrode material are applied to the second side of the strip-shaped metal foil by means of the single-nozzle coating heads, each with one application nozzle whose positions can be varied relative to other application nozzles.
  • the aforementioned features a. and b. in combination with one another, so that on one side of the strip-shaped metal foil the coating takes place with rigid application nozzles or with one or more multi-nozzle coating heads, which comprise several application nozzles at fixed distances from one another, while on the other side the strip-shaped metal foil is coated with flexible application nozzles, in particular with several single-nozzle coating heads, the position of which can be varied.
  • the coating on one of the sides of the metal foil can be adjusted in the event of an offset that may occur, it can be used without further disadvantages on the other whose sides are worked with rigid application nozzles, so that the use of the somewhat more complex flexible application nozzles can be limited to one side.
  • the first side discussed here and the second side are in principle interchangeable.
  • the rigid application nozzles can therefore be assigned both to an A side and to a B side and the flexible application nozzles to both a B side and an A side when coating a metal foil.
  • the two sides of the metal foil strip are coated simultaneously on both sides and in multiple tracks with electrode material in a continuous process, in a manner of speaking non-stop, with the coating of one side of the strip-shaped metal foil with an electrode material using one or optionally several multi-nozzle coating heads with two or more rigidly arranged application nozzles.
  • the other side of the strip-shaped metal foil is coated with an electrode material using two or more single-nozzle coating heads, each with an application nozzle.
  • the single-nozzle coating heads are arranged so that they can be displaced across the width of the strip-shaped metal foil in such a way that the application of the electrode material can be adjusted and corrected by shifting the single-nozzle coating heads to avoid an offset between the traces of the electrode material on both sides of the metal foil.
  • Both the application nozzles of the multi-nozzle coating head and the application nozzles of the single-nozzle coating heads can be designed in accordance with EP 3608028 B1.
  • a possible misalignment between the overlapping strips on the first side and the second side of the strip-shaped metal foil can be detected in different ways.
  • the use of a sensor system that can detect this offset in an automated manner is particularly preferred.
  • at least one of the following additional features can be implemented in this regard: a. To detect a possible misalignment between overlapping strips on the first side and the second side of the strip-shaped metal foil, the distance of at least one of the strips from a longitudinal edge of the strip-shaped metal foil and/or a change in this distance are recorded, b.
  • the distance of at least one of the strips from an adjacent strip and/or a change in this distance are detected, c. to detect a possible misalignment between overlapping strips on the first side and the second side of the strip-shaped metal foil, the center lines of the strips and/or a change in the center lines are detected.
  • the aforementioned features a. to c. alternatively be realized.
  • a camera for example, can advantageously be used as a sensor system for detecting the possible offset.
  • an edge sensor or the like can be used.
  • Another possibility is, for example, the measurement of light reflections, since the coated areas and the uncoated areas of the metal foil can be clearly distinguished from one another by their reflection properties.
  • the method is characterized by at least one of the following additional features: a. After the strip-shaped metal foil has been coated on both sides, the strips of electrode material are dried. b. The electrode material is dried in a flotation dryer.
  • the aforementioned features a. and b. implemented in combination. Drying the electrode materials immediately after they have been applied to the strip-shaped metal foil is generally expedient. Such drying is known in principle.
  • the method according to the invention can be distinguished from conventional methods in particular in that the drying of the coating on both sides of the strip-shaped metal foil takes place simultaneously, ie with a time overlap in one and the same work step.
  • exactly the same conditions prevail for the drying of the coating on both sides of the strip-shaped metal foil, so that the simultaneous drying does not result in any further tolerances in the coatings on both sides and thus no further tolerances in the trace application.
  • This measure also further improves the production of highly precise and congruent strips of electrode material on both sides of the metal foil.
  • simultaneous drying of the coatings improves the energy balance of the process.
  • a flotation dryer for drying is particularly advantageous, since the metal foil freshly coated on both sides does not come into contact, for example with a roller or the like.
  • a vacuum plate in connection with air nozzles can be used in a manner known per se for a flotation dryer.
  • an additional intermediate drying step can also be advantageous.
  • the metal foil coated on one side can run through a first drying device in a continuous process before the second side of the metal foil is coated. Simultaneous coating of both sides also takes place in this embodiment, since the process is continuous and continuous.
  • the intermediate drying has the particular advantage that the coating of the first side is so insensitive after the drying process that deflection rollers or the like can also attack the already coated side of the metal foil.
  • the coating process according to the invention can also be applied to a so-called tandem coating process.
  • a position or limitation of the coating tracks on the first side of the metal foil is determined after leaving a first drying stage and used to align the application nozzles of a second coating stage in such a way that an offset of the coating tracks on the first Page is minimized to the coating tracks to be applied to the second side of the metal foil.
  • the coated metal foil When applying several strips of an electrode material to the strip-shaped metal foil, it is expedient for the coated metal foil to be severed in the longitudinal direction in order to provide the strip-shaped electrodes to be produced from the metal foil in the desired width.
  • At least one of the following additional features is provided: a. After coating the strip-shaped metal foil on both sides and/or after drying the electrode material, the strip-shaped metal foil coated with the electrode material is severed, in particular cut, in the longitudinal direction to form the strip-shaped electrodes, b. To separate the band-shaped metal foil, the foil is cut in the longitudinal direction, a cut being made through at least one of the uncoated strip-shaped areas which are arranged between adjacent strips of the electrode material, c. To separate the band-shaped metal foil, the foil is cut in the longitudinal direction, with a cut being made through at least one of the strips.
  • the uncoated strip-shaped areas between adjacent strips of the electrode material are preferably severed once centrally in the longitudinal direction and the strips of the electrode material once centrally in the longitudinal direction, in particular cut, so that a plurality of electrodes to be produced can be provided from the metal foil.
  • the required length of the strip-shaped electrode can subsequently be cut accordingly.
  • the width of the strip-shaped metal foil can be adapted to the number and dimensions of the strip-shaped electrodes to be produced. Two strips, three strips, four strips or five strips can preferably be applied congruently on both sides of the metal foil. By cutting once in the longitudinal direction, for example, from a two-lane Strips of the electrode material applied on both sides can be used to obtain two strip-shaped electrodes.
  • the electrode material can be applied to both sides of the strip-shaped metal foil, so that six to sixteen electrode strips can be cut from them, which in turn can be cut to different lengths depending on the size of the energy storage cells to be produced.
  • the width of the strip-shaped metal foil can be, for example, 100 to 1000 mm, preferably about 200 to 800 mm.
  • the strips of electrode material typically have a width in the range from 20 mm to 200 mm, preferably from 50 mm to 150 mm. Their thickness is preferably below 500 ⁇ m.
  • the length of the strip-shaped metal foil can be, for example, 1000 to 3000 m.
  • Conventional materials which are known to the person skilled in the art for the production of electrochemical energy storage elements can be used as materials for the strip-shaped electrodes.
  • conventional anodic electrode materials and cathodic electrode materials can be used as electrode materials, with the strip-shaped metal foil being coated either on both sides with an anodic electrode material or on both sides with a cathodic electrode material.
  • the method according to the invention is particularly suitable for the production of strip-shaped electrodes for lithium-ion cells.
  • Secondary lithium-ion cells are used as energy storage elements for many applications, since they can provide high currents and are characterized by a comparatively high energy density. They are based on the use of lithium, which can migrate back and forth between the electrodes of the cell in the form of ions.
  • the negative electrode and the positive electrode of a lithium-ion cell are usually formed by what are known as composite electrodes, which also include electrochemically inactive components in addition to electrochemically active components.
  • electrochemically active components for secondary lithium-ion cells
  • active materials for secondary lithium-ion cells
  • carbon-based particles such as graphitic carbon are used for the negative electrode.
  • Oxidic metal compounds that can reversibly intercalate lithium for example lithium cobalt oxide (LiCoO 2 ), lithium manganese oxide (LiMn 2 O 4 ), lithium iron phosphate (LiFePO 4 ) or derivatives thereof, can be used as active materials for the positive electrode.
  • the electrode material used within the scope of the present invention can include these electrochemically active materials, in particular in particle form.
  • the current collector which in the case of the strip-shaped electrodes produced according to the invention is formed in strip form from the strip-shaped metal foil.
  • the current collector serves as a carrier for the respective active material.
  • the current collector for the negative electrode can be formed of, for example, copper or nickel
  • the current collector for the positive electrode can be formed of, for example, aluminum.
  • the metal foil that is coated with electrode material in the context of the method according to the invention is preferably made of aluminum, nickel or copper.
  • the electrodes can comprise an electrode binder (e.g. polyvinylidene fluoride (PVDF) or another polymer, for example carboxymethyl cellulose), conductivity-improving additives and other additives as electrochemically inactive components.
  • an electrode binder e.g. polyvinylidene fluoride (PVDF) or another polymer, for example carboxymethyl cellulose
  • PVDF polyvinylidene fluoride
  • the electrode binder ensures the mechanical stability of the electrodes and often also the adhesion of the active material to the current collectors.
  • the invention also includes a device for producing the strip-shaped electrodes already described.
  • This device includes the following features: a.
  • the device comprises a conveying path for conveying a strip-shaped metal foil, which has a first and a second side, in the direction of a throughput direction parallel to the longitudinal direction of the metal foil, b.
  • the device comprises a plurality of application nozzles which are used to coat the first side of the strip-shaped metal foil and the second side of the strip-shaped metal foil with an electrode material and are positioned accordingly, c.
  • the application nozzles are positioned in such a way that several parallel strips of the electrode material can be applied to the first side of the strip-shaped metal foil and an equal number of parallel strips made of the electrode material can be applied to the second side of the strip-shaped metal foil, so that one strip each can be seen in the direction perpendicular to the strip-shaped metal foil overlaps on the first side with one of the strips on the second side of the strip-shaped metal foil, with an uncoated strip-shaped area free of the electrode material remaining on both sides between immediately adjacent parallel strips of the electrode material, i. the device is set up for the simultaneous coating of the first side and the second side of the strip-shaped metal foil by means of the application nozzles.
  • the device is set up for the continuous coating of the continuous strip-shaped metal foil, which forms the material of the current collectors of the strip-shaped electrodes to be produced, for which purpose, in a manner known in principle, corresponding rollers and deflection rollers as well as coating rollers can be provided in order to transport the strip-shaped metal foil in the direction of passage.
  • the device is set up in such a way that it is detected whether an offset occurs between overlapping strips on the first side and the second side and/or whether an offset exceeds a predefined threshold value, so that any offset that may occur is preferably corrected by Position of one or more application nozzles can be corrected.
  • the application nozzles that are set up for coating the first side and/or the second side of the metal foil can be assigned a coating roller opposite each other, so that the application nozzle is on one side and the coating roller on the other side, so that a back pressure is exerted on the metal foil by the coating roller during the coating process.
  • the application nozzles for coating one side and for coating the other side are preferably offset from one another in the throughput direction, so that one side of the strip-shaped metal foil is coated before the other in the throughput direction, with the metal foil preferably being guided over a deflection roller between the two coating positions to bring the strip-shaped metal foil in a suitable position for the coating.
  • the device is distinguished in a particularly preferred manner by at least one of the following features: a.
  • the device comprises a plurality of single-nozzle coating heads, each with an application nozzle whose positions relative to one another can be varied, b. the single-nozzle coating heads can be displaced perpendicularly to the direction of passage of the strip-shaped metal foil.
  • These preferably displaceable single-nozzle coating heads are preferably provided in the device only on one side of the strip-shaped metal foil to be coated.
  • single-nozzle coating heads can also be provided for the coating on both sides of the metal foil, the positions of which can be varied in relation to one another.
  • Embodiments with variable single-nozzle coating heads for both sides of the metal foil can be particularly advantageous under certain circumstances, since this allows particular flexibility when correcting any track offset that may occur.
  • the device according to the invention is characterized by the following additional features: a.
  • the device comprises at least one multi-nozzle coating head, which comprises a plurality of application nozzles at fixed distances from one another, the at least one multi-nozzle coating head being aligned for coating one side of the strip-shaped metal foil, b.
  • the device comprises a plurality of single-nozzle coating heads, each with an application nozzle, the positions of which can be varied in relation to one another, the single-nozzle coating heads being aligned for coating the other side of the strip-shaped metal foil.
  • the aforementioned features a. and b. implemented in combination with one another, so that one side of the metal foil running through the device has rigidly arranged coatings tion nozzles and the other side of the metal foil are assigned application nozzles of the mentioned single-nozzle coating heads.
  • the device expediently comprises a corresponding device for shifting the position of the single-nozzle coating heads in order to avoid an offset between the application of the electrode material on both sides of the strip-shaped metal foil.
  • the device according to the invention is further distinguished by at least one of the following additional features: a.
  • the single-nozzle coating heads are offset relative to one another with respect to the throughput direction of the strip-shaped metal foil to be coated, b. the single-nozzle coating heads are arranged in two rows perpendicular to the direction of passage of the strip-shaped metal foil to be coated.
  • the application nozzles and in particular the single-nozzle coating heads can also be moved perpendicularly to the web plane of the metal foil and can therefore be raised and lowered again if necessary. This enables and/or facilitates intermittent coating when applying the traces to the metal foil.
  • the individual single-nozzle coating heads can also be moved independently of one another in this direction, so that they can be raised and lowered individually, depending on the pattern to be applied.
  • the device according to the invention is also characterized by at least one of the following additional features: a.
  • the device includes a sensor system for detecting a possible offset between overlapping strips on the first side and the second side of the strip-shaped metal foil, b.
  • the device comprises a drying device for the coated strip-shaped metal foil, preferably a flotation dryer, c.
  • the device comprises a severing device, in particular a cutting device, for severing or cutting the coated strip-shaped metal foil in the longitudinal direction.
  • the device according to the invention preferably comprises both a sensor system for detecting a possible offset between the overlapping strips on both sides of the strip-shaped metal foil according to the aforementioned feature a. and a drying device according to the aforementioned feature b. and a cutting device according to the aforementioned feature c.
  • the device also preferably includes a device, for example a control unit, for evaluating the measured values recorded by the sensor system and for converting these measured values into a correction relating to the position of the application nozzles.
  • a device for example a control unit, for evaluating the measured values recorded by the sensor system and for converting these measured values into a correction relating to the position of the application nozzles.
  • the cutting device can be a conventional cutting device that works, for example, with suitable knives or lasers.
  • the invention also includes a control program for a device for producing strip-shaped electrodes in the manner described above, this control program being set up for carrying out the method for producing strip-shaped electrodes according to the above description.
  • this control program can be used to correct the position of the application nozzles for the coating if there is a misalignment that may occur in the overlapping strips of the applied electrode material on both sides of the strip-shaped metal foil.
  • the invention also includes strip-shaped electrodes that are produced using the method described are made. With regard to further details of these strip-shaped electrodes, reference is made to the above description.
  • the invention also includes the use of strip-shaped electrodes produced using the method according to the invention for producing an electrochemical energy storage element, in particular an electrochemical energy storage cell or a battery made up of a number of electrochemical energy storage cells.
  • an electrochemical energy storage element in particular an electrochemical energy storage cell or a battery made up of a number of electrochemical energy storage cells.
  • the energy storage elements mentioned are also covered by the invention.
  • the strip-shaped electrodes are preferably contacted via the edge regions of the electrode strips that are free of electrode material.
  • a contact plate can be provided for contacting the electrodes, or other elements of a housing of the energy storage element can be used for contacting the electrodes.
  • the strip-shaped electrodes are used to produce lithium-ion cells.
  • strip-shaped electrodes according to the invention which are part of these electrochemical energy storage elements, and with regard to the method for producing these strip-shaped electrodes, reference is made to the above description.
  • FIG. 1 schematic representation of five single-nozzle coating heads, each with one application nozzle for coating a first side of a strip-shaped metal foil (partial figure A) and schematic representation of a multi-nozzle coating head with five application nozzles for coating a second side of a strip-shaped metal foil (partial figure B);
  • Fig. 2 shows a schematic sectional representation for the continuous, multi-track and simultaneous coating of both sides of a strip-shaped metal foil in a first embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 3 isometric representation of a device according to the invention according to the embodiment of the device shown in FIG. 2;
  • Fig. 4 shows a schematic sectional representation for the continuous, multi-track and simultaneous coating of both sides of a strip-shaped metal foil in a further embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 5 isometric representation of a device according to the invention according to the configuration of the embodiment shown in FIG. 4;
  • Fig. 6 shows a schematic sectional representation for the continuous, multi-track and simultaneous coating of both sides of a strip-shaped metal foil in a further embodiment of a device according to the invention
  • FIG. 7 isometric representation of a further embodiment of a device according to the invention for the continuous, multi-track and simultaneous coating of both sides of a strip-shaped metal foil,
  • Figure 1 illustrates schematically the coating of both sides of a strip-shaped metal foil according to the invention.
  • five coating heads 11, 12, 13, 14, 15 are provided for coating a first side of the strip-shaped metal foil 100, which are each designed as single-nozzle coating heads and accordingly each have an application nozzle.
  • a track 110 or a strip of electrode material can be applied during the coating of the metal foil 100 in the form of a strip.
  • Each trace 110 forms a strip of the electrode material on the one side of the band-shaped metal foil 100.
  • a multi-nozzle coating head 16 is provided for coating the other side of the strip-shaped metal foil 100 (partial figure B), which in this exemplary embodiment comprises five rigidly arranged application nozzles for applying five parallel strips 120 of electrode material on the other side of the band-shaped metal foil 100 are provided. As on the other side of the metal foil 100, narrow uncoated strip-shaped areas 121 are provided between the individual parallel strips 120.
  • FIG. 1 A multi-nozzle coating head 16 is provided for coating the other side of the strip-shaped metal foil 100 (partial figure B), which in this exemplary embodiment comprises five rigidly arranged application nozzles for applying five parallel strips 120 of electrode material on the other side of the band-shaped metal foil 100 are provided.
  • narrow uncoated strip-shaped areas 121 are provided between the individual parallel strips 120.
  • the strips are applied to both sides of the strip-shaped metal foil 100 in such a way that the strips 110 on one side overlap the strips 120 on the other side (in the direction of view perpendicular to the metal foil), the invention addresses the problem that an offset between the Strips 110, 120 on both sides of the metal foil 100 is avoided.
  • the invention initially provides for the simultaneous application of the strips 110 and 120 on both sides of the metal foil 100 in one operation.
  • one side is not coated and dried before the other side is coated and dried. Rather, the invention provides that both sides are coated at the same time with a temporal overlap and preferably also dried at the same time.
  • the coating on one side of the metal foil 100 is carried out in such a way that the coating takes place with single-nozzle coating heads whose position relative to the metal foil and relative to one another can be adapted to any offset that may occur.
  • FIG. 2 shows a preferred embodiment of a device according to the invention.
  • Several single-nozzle coating heads 11-15 are provided for coating one side (A-side), with only the single-nozzle coating heads 11 and 12 being indicated in this sectional view shown in FIG.
  • the position of these separately formed coating heads 11 and 12 can be adjusted transversely to the width of the metal foil 100 to be coated, so that it is possible to react to any misalignment that may occur.
  • the single-nozzle coating heads 11 and 12 or all single-nozzle coating heads 11 - 15 work against a coating roller 20 and apply an electrode material to the band-shaped metal foil 100 in a plurality of lanes (stripes), for example, five lanes (parallel stripes 110) on the A side.
  • the metal foil 100 is guided over a deflection roller 30 and thus arrives at the multi-nozzle coating head 16, by means of which the likewise multi-track coating 120 on the other side (B side) of the strip-shaped metal foil 100 takes place.
  • the metal foil 100 coated on both sides and in multiple lanes continues in the direction of the arrow to a drying device not shown here. Subsequently, the metal foil 100 can be cut several times in the longitudinal direction, preferably cutting within the uncoated strip-like areas 111, 121 and in the middle of the parallel strips 110, 120 of electrode material.
  • FIG. 3 shows an isometric view of the device shown schematically in section in FIG.
  • the single-nozzle coating heads 11 - 15 are offset and arranged in two rows.
  • the single-nozzle coating heads 11, 13 and 15 are arranged in the first row, the coating heads 12 and 14 are arranged offset thereto in a second row.
  • the single-nozzle coating heads 11 - 15 can be adjusted transversely to the running direction of the strip-shaped metal foil without interfering with one another, so that if there is an offset between the tracks 110 and in the here tracks 120 that are not visible on the opposite side of the metal foil 100, the track order on the A-side, which is at the top here, can be corrected in the tracks 110.
  • a sensor system that measures the track offset that may occur between the tracks or strips 110 and 120 is not shown here. For this purpose, several cameras can be provided, for example, which monitor the track application on both sides of the metal foil 100 .
  • FIG. 4 shows a further embodiment of a device suitable for double-sided coating according to the invention.
  • the schematic sectional view shown here also shows two flexible single-nozzle coating heads 11 and 12, which, in conjunction with the coating roller 20, are used to coat the A-side of the strip-shaped metal foil 100 are set up.
  • the other single-nozzle coating heads 13, 14 and 15, which are distributed over the width of the metal foil 100 to be coated and are assigned to the A side of the metal foil 100, are not visible here.
  • These single-nozzle coating heads 11 - 15 ensure multi-track coating in the form of several parallel strips 110 on the A side of the metal foil 100.
  • the metal foil 100 which has already been coated on one side, is transported via the deflection roller 30 to the multi-nozzle coating head 16 for coating the B-side of the metal foil 100 to form the parallel strips 120 of electrode material on the B-side of the metal foil 100 out.
  • the coating roller 20 provides a larger deflection angle for the metal foil 100 to be coated.
  • the flexible single-nozzle coating heads 11 - 15 are aligned at a different angle in relation to the curvature of the metal foil 100 .
  • FIG. 5 shows an isometric representation of the device from FIG. 4, which is provided with corresponding reference numbers. Comparable to the illustration in FIG. 3, the offset arrangement of the single-nozzle coating heads 11-15 in two rows in relation to the running direction of the metal foil 100 to be coated can be seen.
  • FIG. 6 illustrates a further embodiment of a device according to the invention for coating both sides of a strip-shaped metal foil 100 in a schematic sectional representation.
  • several flexible single-nozzle Coating heads are provided, with two single-nozzle coating heads 11, 12 and 17, 18 being shown in this illustration, which represent, for example, five single-nozzle coating heads arranged offset to one another.
  • the single-nozzle coating heads 11, 12 and 17, 18 each work against a coating roller 20 or 40 and ensure that the electrode material is applied to the strip-shaped metal foil 100 in multiple tracks (stripes), e.g. five tracks (parallel strips 110) on the A side and subsequently on the B side. Since in this exemplary embodiment the coating of the B side is also carried out against a coating roller, upstream drying of the A side is provided.
  • This arrangement is a tandem coater with two multilane coating head zones, with the coating heads 11, 12 and 17, 18 being movable in at least one of these zones perpendicularly to the transport direction of the metal foil in order to be able to flexibly carry out track offset corrections.
  • the sensor 25 can be used to check whether, when the coating is applied to the A side, stripes occur offset from a target position.
  • the sensor 26 can be used to check whether a stripe offset occurs when the coating is applied to the B side.
  • the sensor can be a camera, for example.
  • the metal foil 100 Before the B-side is coated, the metal foil 100, already coated on one side, passes through a first drying device 50 in this embodiment, before the metal foil coated on one side is transported via a deflection roller 60 to the area with the coating heads 17, 18 for the multi-track coating of the B-side is performed.
  • the metal foil 100 coated on both sides and in multiple lanes, runs in the direction of the arrow over a further roller 70 to a further drying device 80. Then, optionally after calendering (compacting) the electrode material, the metal foil 100 can be cut several times in the longitudinal direction, preferably within the uncoated strip-shaped areas 111, 121 and in the middle of the parallel strips 110, 120 of electrode material.
  • FIG. 7 shows a further embodiment of a device according to the invention, which is largely comparable to the embodiment shown in FIG.
  • the corresponding elements of the device are provided with the same reference numbers.
  • the single-nozzle coating heads 11, 12, 13, 14, 15 can also be moved perpendicularly to the web plane (indicated by double arrows). This enables and/or facilitates intermittent coating when applying the tracks 110.
  • the individual single-nozzle coating heads 11, 12, 13, 14, 15 are preferably also movable in this direction independently of one another, so that they can be applied individually, depending on the pattern to be applied , raised and lowered. 8 illustrates, in the form of a flow chart, a preferred embodiment of the method according to the invention.
  • the process features explained as individual steps are to be understood in such a way that the steps can run parallel in time in one run of the process for coating the metal foil on both sides, with the metal foil to be coated running through the coating process continuously as a quasi-endless strip.
  • the sequence of the steps reflects the spatial arrangement of the corresponding device components, for example the corresponding coating heads, for carrying out the steps within a coating device.
  • a strip-shaped coating is applied to the first side of the metal foil (step 202) and a strip-shaped coating to the second side of the metal foil (step 203) in a continuous process.
  • Step 202 and step 203 are carried out simultaneously in that corresponding coating heads are applied to both sides of the metal foil running through and, if necessary, applying the coating to both sides of the metal foil at a spatial distance from one another during a throughput of the metal foil.
  • step 204 it is checked during the run whether a stripe offset has occurred between the coatings on both sides of the metal foil and/or whether a predetermined threshold value has been exceeded in the case of a detectable stripe offset.
  • step 205 the position of the coating heads for coating the second side of the metal foil (step 203) is corrected in step 206 while coating is ongoing. If no strip offset or a strip offset below a predetermined threshold value is determined in step 204, the coating of the metal foil can be continued with unchanged parameters.
  • 9 illustrates, in the form of a flow chart, a further preferred embodiment of the method according to the invention. As in the flow chart according to FIG.
  • the process features explained as individual steps are to be understood in such a way that the steps overlap in time in one run of the process for coating the metal foil on both sides, with the metal foil to be coated continuously running through the coating process as a quasi-endless belt.
  • the sequence of the steps reflects the spatial arrangement of the corresponding device components for carrying out the steps within a coating device.
  • a strip-shaped coating is applied to the first side of the metal foil in a continuous process (step 302).
  • step 303 the stripe boundaries and/or stripe positions are determined when the first side has already been coated.
  • step 304 the second side of the metal foil is coated in strips.
  • step 302 and step 304 are preferably carried out simultaneously by applying coating heads to both sides of the metal foil and optionally applying the coating at a spatial distance from one another in one run of the metal foil.
  • the data determined in step 303 can flow into a position correction of the coating heads for the strip-shaped coating of the second side of the metal foil in step 304.
  • step 306 it is checked whether a stripe offset has occurred when the coating is applied to the second side and/or whether a predetermined threshold value has been exceeded if the stripe offset can be determined. If a stripe offset or a stripe offset above a predetermined threshold value can be determined (step 307), this is included in the position correction of the coating heads (step 305) for coating the second side of the metal foil (step 304). If no stripe offset or a stripe offset below a predetermined threshold value is determined in step 306, the coating of the metal foil can be continued with unchanged parameters.
  • the stripe offset is determined in step 303 and the stripe boundaries and/or stripe positions are determined in step 306 in particular with the aid of one or more sensors, for example a camera or an edge sensor.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Electrochemistry (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Manufacturing & Machinery (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Battery Electrode And Active Subsutance (AREA)
  • Cell Electrode Carriers And Collectors (AREA)
  • Application Of Or Painting With Fluid Materials (AREA)
  • Laminated Bodies (AREA)

Abstract

Es werden ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von bandförmigen Elektroden vorgeschlagen, wobei die herzustellenden bandförmigen Elektroden einen bandförmigen Stromkollektor umfassen, der beidseitig mit einer Schicht aus einem Elektrodenmaterial bedeckt ist und der beidseitig einen sich entlang einem seiner Längsränder erstreckenden, nicht mit dem Elektrodenmaterial bedeckten Bereich aufweist. Bei dem Verfahren wird eine bandförmige Metallfolie (100) mit einem Elektrodenmaterial in einem Durchlaufverfahren beschichtet, wobei mehrere parallele Streifen (120) aus dem Elektrodenmaterial auf die erste Seite der bandförmigen Metallfolie (100) und eine gleiche Anzahl paralleler Streifen (110) aus dem Elektrodenmaterial auf die zweite Seite der bandförmigen Metallfolie (100) aufgebracht werden, so dass in Blickrichtung senkrecht zur bandförmigen Metallfolie (100) jeweils ein Streifen auf der ersten Seite (120) mit einem der Streifen auf der zweiten Seite (110) der bandförmigen Metallfolie (100) überlappt. Dabei bleibt auf beiden Seiten zwischen unmittelbar benachbarten parallelen Streifen (110, 120) aus dem Elektrodenmaterial jeweils ein unbeschichteter streifenförmiger Bereich (111, 121) frei von dem Elektrodenmaterial. Das Verfahren zeichnet sich dadurch aus, dass die parallelen Streifen (110, 120) aus dem Elektrodenmaterial simultan auf die erste Seite und die zweite Seite der bandförmigen Metallfolie (100) aufgebracht werden.

Description

Verfahren und Vorrichtung zur Herstellung von bandförmigen Elektroden
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von bandförmigen Elektroden, die einen bandförmigen Stromkollektor umfassen, der beidseitig mit einer Schicht aus einem Elektrodenmaterial bedeckt ist und der beidseitig einen sich entlang einem seiner Längsränder erstreckenden, nicht mit dem Elektrodenmaterial bedeckten Bereich aufweist. Weiterhin betrifft die Erfindung eine Vorrichtung zur Herstellung von derartigen Elektroden sowie die Verwendung von derartigen Elektroden und damit herstellbare elektrochemische Energiespeicherelemente.
ANWENDUNGSGEBIET UND STAND DER TECHNIK
Elektrochemische Energiespeicherelemente sind dazu in der Lage, gespeicherte chemische Energie durch eine Redoxreaktion in elektrische Energie umzuwandeln. Die einfachste Form eines elektrochemischen Energiespeicherelements ist die elektrochemische Zelle. Sie umfasst eine positive Elektrode und eine negative Elektrode, die von einem Separator voneinander getrennt sind. Bei einer Entladung werden an der negativen Elektrode durch einen Oxidationsprozess Elektronen freigesetzt. Hieraus resultiert ein Elektronenstrom, der von einem externen elektrischen Verbraucher abgegriffen werden kann, für den die elektrochemische Zelle als Energielieferant dient. Zugleich kommt es zu einem der Elektrodenreaktion entsprechenden lonenstrom innerhalb der Zelle. Dieser lonenstrom durchquert den Separator und wird durch einen ionenleitenden Elektrolyten ermöglicht.
Wenn die Entladung des elektrochemischen Energiespeicherelements reversibel ist, also die Möglichkeit besteht, die bei der Entladung erfolgte Umwandlung von chemischer Energie in elektrische Energie wieder umzu kehren und die Zelle bzw. das Element wieder zu laden, spricht man von einem sekundären Element. Die bei sekundären Elementen allgemein übliche Bezeichnung der negativen Elektrode als Anode und die Bezeichnung der positiven Elektrode als Kathode bezieht sich auf die Entladefunktion des elektrochemischen Energiespeicherelements.
Vorliegend wird unter dem Begriff „elektrochemisches Energiespeicherelement“ nicht nur eine einzelne elektrochemische Zelle verstanden sondern auch eine Batterie, die aus einer Mehrzahl einzelner elektrochemischer Zellen aufgebaut ist.
In der WO 2017/215900 Al sind zylindrische Rundzellen beschrieben, bei denen ein Verbundkörper aus bandförmigen Elektroden gebildet ist und in Form eines Wickels vorliegt. Die Elektroden weisen jeweils mit Elektrodenmaterial beladene Stromkollektoren auf. Entgegengesetzt gepolte Elektroden sind innerhalb des Verbundkörpers versetzt zueinander angeordnet, so dass Längsränder der Stromkollektoren der positiven Elektroden an einer Stirnseite und Längsränder der Stromkollektoren der negativen Elektroden an einer zweiten Stirnseite aus dem Wickel austreten. Zur elektrischen Kontaktierung der Stromkollektoren weist die Zelle Kontaktplatten auf, die auf den Stirnseiten des Wickels aufsitzen und mit den herausstehenden Längsrändern der Stromkollektoren durch Verschweißung verbunden sind. Dadurch ist es möglich, die Stromkollektoren und damit auch die dazugehörigen Elektroden über ihre gesamte Länge elektrisch zu kontaktieren. Dies senkt den Innenwiderstand innerhalb der beschriebenen Zelle sehr deutlich. Das Auftreten großer Ströme kann in der Folge sehr viel besser abgefangen und auch Wärme kann besser aus dem Wickel abgeführt werden.
Um bei solchen Zellen eine gute Anbindung der Längsränder der Stromkollektoren an die Kontaktplatte zu gewährleisten, ist es zweckmäßig, zur Bildung des Wickels bandförmige Elektroden zu verwenden, die entlang einem ihrer Längsränder, nämlich dem zu kontaktierenden Längsrand, frei von Elektrodenmaterial sind. Diese bandförmigen Elektroden weisen also einen bandförmigen Stromkollektor auf, auf dem beidseitigeine Schichtauseinem positiven odereinem negativen Elektrodenmaterial aufgetragen ist und der entlang einem seiner Längsränder einen Bereich aufweist, in dem er beidseitig nicht mit dem Elektrodenmaterial bedeckt ist. Entlangseinem zweiten Längsrand weist der Strom ko Hektor bevorzugt keinen solchen freien Randbereich auf.
Es ist bekannt, solche bandförmigen Elektroden in einem Beschichtungsprozess herzustellen, bei dem pastöse Elektrodenmaterialien auf Stromkollektoren aufgetragen werden. Meist handelt es sich bei den Stromkollektoren um bandförmige Metallfolien. Der Auftrag der Elektrodenmaterialien erfolgt beispielsweise mittels einer Schlitzdüse, wie sie in der EP 3608028 Bl beschrieben ist. In der Regel wird in einem Tandem-Prozess zunächst eine Seite einer bandförmigen Metallfolie mit einem Streifen aus dem Elektrodenmaterial beschichtet. Das einseitig beschichtete Band wird anschließend getrocknet und aufgewickelt. In einem späteren, weiteren Schritt wird die zweite Seite der bandförmigen Metallfolie mit dem gleichen Elektrodenmaterial, wieder in Form eines Streifens, beschichtet und getrocknet.
Von Bedeutung ist, dass der Auftrag der Streifen aus den Elektrodenmaterialien auf die beiden Sei- ten der Strom ko I le kto re n idealerweise ohne jeden Versatz erfolgen muss, also derart, dass in Blickrichtung senkrecht zur bandförmigen Metallfolie die Streifen auf den beiden Seiten vollständig miteinander überlappen. Insbesondere sollten auch die nicht mit dem Elektrodenmaterial bedeckten Bereiche auf beiden Seiten des Strom ko Hektors entlang des jeweiligen Längsrands über die gesamte Länge der Elektrode eine gleichbleibende Breite aufweisen. Dies ist bei dem beschriebenen Tandem- Prozess schwer zu realisieren, die geforderte Präzision wird dabei oftmals nicht erreicht.
Es ist weiterhin auch bereits bekannt, zur Herstellung von Elektrodenbändern mit freien Randbereichen mehrere parallele Streifen aus einem Elektrodenmaterial beidseitig auf eine bandförmige Metallfolie aufzubringen und die Metallfolie anschließend, beispielsweise zwischen den Streifen, zu zertrennen, so dass aus der beschichteten bandförmigen Metallfolie mehrere bandförmige Elektroden resultieren. Das Problem des Versatzes zwischen Streifen auf unterschiedlichen Seiten des Stromkollektors existiert aber auch bei dieser Vorgehensweise.
Zu Lösung dieser Probleme wurde auch schon erwogen, Bereiche der Metallfolie, die nicht mit dem Elektrodenmaterial beschichtet werden sollen, abzukleben, und nach erfolgter Beschichtung die Abkleberzu entfernen. Diese Vorgehensweise ist allerdings extrem aufwendig, auch weil in der Regel ein zusätzlicher Schritt zur Entfernung von Klebstoffrückständen erforderlich sein kann.
Ein anderer Ansatz arbeitet mit einem nachträglichen Entfernen der Beschichtung in den Längsrand- bereichen der Elektrodenbänder, beispielsweise mittels Laser oder auf mechanischem Weg Auch diese Verfahren sind sehr aufwendig.
AUFGABE UND LÖSUNG
Die bekannten Verfahren aus dem Stand der Technik zur Herstellung von bandförmigen Elektroden mit einem von Elektrodenmaterial freien Randbereich haben daher bisher noch nicht zu befriedigenden Lösungen geführt, die insbesondere in einer Massenproduktion die geforderte Präzision der Beschichtung erreichen und die gleichzeitig den Aufwand in einem akzeptablen Rahmen halten.
Vor diesem Hintergrund stellt sich die Erfindung die Aufgabe, ein verbessertes Verfahren zur Herstellung von bandförmigen Elektroden bereitzustellen, die einen beidseitig mit Elektrodenmaterial beschichteten bandförmigen Stromkollektor aufweisen, wobei dieser entlang einem seiner Längsrän- der einen nicht mit dem Elektrodenmaterial bedeckten Randbereich aufweist, der zu elektrischen Kontaktierung beispielsweise mit einer Kontaktplatte vorgesehen ist. Im Hinblick auf eine Fertigung in großen Stückzahlen sollen mehrere bandförmige Elektroden parallel gefertigt werden können, wobei die Problematik eines Spurversatzes zwischen den beschichteten Bereichen der bandförmigen Elektroden adressiert werden soll. Das Verfahren soll damit eine Herstellung von bandförmigen Elektroden mit großer Präzision ermöglichen, wobei das Verfahren gleichzeitig für eine Massenproduktion geeignet sein soll.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren und eine Vorrichtung gelöst, wie sie nachstehend erläutert sind. Eine bevorzugte Ausführungsform des beschriebenen Verfahrens weist die Merkmale des Anspruchs 1 auf. Bevorzugte Ausgestaltungen dieses Verfahrens sind Gegenstand der von Anspruch 1 abhängigen Ansprüche. Eine bevorzugte Ausgestaltung der Vorrichtung zur Herstellung von bandförmigen Elektroden ist Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 8. Weitere bevorzugte Ausführungsformen dieser Vorrichtung ergeben sich aus den von Anspruch 8 abhängigen Ansprüchen. Weiterhin von der Erfindung umfasst sind bandförmige Elektroden, die nach dem beschriebenen Verfahren hergestellt sind, und die Verwendung dieser bandförmigen Elektroden und elektrochemischer Energiespeicherelemente mit solchen bandförmigen Elektroden, wie es sich auch aus den weiteren unabhängigen Ansprüchen ergibt.
Das erfindungsgemäße Verfahren dient zur Herstellung von bandförmigen Elektroden, die einen bandförmigen Stromkollektor umfassen. Der Stromkollektor weist zwei Seiten auf und ist beidseitig mit einer Schicht aus einem Elektrodenmaterial bedeckt. Weiterhin weist der Strom ko Hektor beidseitig einen sich entlang einem seiner Längsränder erstreckenden, nicht mit Elektrodenmaterial bedeckten Bereich auf. Entlang diesem Längsrand ist der Stromkollektor also auf beiden Seiten frei von Elektrodenmaterial. Dieser Bereich ist zur elektrischen Kontaktierung der Elektrode vorgesehen, beispielsweise mit einer Kontaktplatte oder dem Gehäuse einer elektrochemischen Energiespeicherzelle oder einer Batterie.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von solchen bandförmigen Elektroden umfasst die folgenden Verfahrensschritte: a. Bereitstellen einer bandförmigen Metallfolie. b. Beschichten der bandförmigen Metallfolie mit einem Elektrodenmaterial in einem Durchlaufverfahren, wobei mehrere parallele Streifen aus dem Elektrodenmaterial auf die erste Seite der bandförmigen Metallfolie und eine gleiche Anzahl paralleler Streifen aus dem Elektrodenmaterial auf die zweite Seite der bandförmigen Metallfolie mittels Auftragsdüsen aufgebracht werden, so dass in Blickrichtung senkrecht zur bandförmigen Metallfolie jeweils ein Streifen auf der ersten Seite mit einem der Streifen auf der zweiten Seite der bandförmigen Metallfolie überlappt, wobei auf beiden Seiten zwischen unmittelbar benachbarten parallelen Streifen aus dem Elektrodenmaterial jeweils ein unbeschichteter streifenförmiger Bereich frei von dem Elektrodenmaterial bleibt.
Besonders ist das Verfahren durch das folgende Merkmal gekennzeichnet: c. Die parallelen Streifen aus dem Elektrodenmaterial werden simultan auf die erste Seite und die zweite Seite der bandförmigen Metallfolie aufgebracht.
Unter simultaner Aufbringung ist zu verstehen, dass beide Seiten der bandförmigen Metallfolie gleichzeitig und in einem Arbeitsgang und in zeitlicher Überlappung beschichtet werden.
Der Arbeitsgang umfasst hierbei vorzugsweise die beidseitige Beschichtung der Metallfolie im Rahmen eines einzigen Durchlaufes durch eine Beschichtungsvorrichtung, insbesondere eine Vorrich- tungzur Herstellung von bandförmigen Elektroden gemäß der nachfolgenden Beschreibung. Besonders bevorzugt kann die beidseitige Beschichtung in einem durchlaufenden und kontinuierlichen Prozess erfolgen, wobei gleichzeitig und gegebenenfalls räumlich versetzt beide Seiten der Metallfolie beschichtet werden.
Bevorzugt wird nicht wie bei herkömmlichen Herstellungsverfahren zunächst eine Seite der Metallfolie beschichtet bevor die Beschichtung auf der anderen Seite in einem separaten Arbeitsgang, jeweils mit anschließender Trocknung, erfolgt. Vielmehr sieht das erfindungsgemäße Verfahren vor, dass die Beschichtung der ersten und derzweiten Seite simultan erfolgt. Ein mehrfaches Verarbeiten der bandförmigen Metallfolie in aufeinanderfolgenden Beschichtungsvorgängen, einschließlich damit einhergehender Aufwickel-, Abwickel-, Umlenk- und Kalibrierungsvorgänge, ist nicht erforderlich. Dadurch kann der Problematik eines möglichen Versatzes zwischen den Streifen auf der ersten und derzweiten Seite der bandförmigen Metallfolie besser begegnet werden.
Bei herkömmlichen Verfahren ist ein Versatz von überlappenden Streifen auf den beiden Seiten der Metallfolie von einigen Zehnteln eines Millimeters typisch. Derartige Abweichungen wirken sich sehr nachteilig auf die Leistungsfähigkeit der Elektroden aus. Zudem kann es durch die nicht optimale Deckungsgleichheit der Streifen zu Problemen bei der nachfolgenden Weiterverarbeitung der Elektroden zu Energiespeicherelementen und der dabei erforderlichen elektrischen Kontaktierung der Elektroden kommen. Diese Nachteile können mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren vermieden werden, da durch den simultanen Beschichtungsprozess die Präzision des Streifenauftrags verbessert wird.
Unter dem Begriff „Metallfolie“ ist im Rahmen der vorliegenden Erfindung nicht nur eine metallische Folie im eigentlichen Sinne, sondern allgemeinerjedes flächige, bandförmige Substrat zu verstehen, das eine elektrische Leitfähigkeit aufweist, die ausreichend hoch ist, dass es als Stromkollektor einer Elektrode dienen kann. Als bandförmiges Substrat in diesem Sinne kann somit auch eine bandförmige Graphitfolie oder ein graphitisiertes, metallisiertes oder anderweitig mit einer elektrisch leitenden Beschichtung ausgestaltetes folienartiges Substrat für die Herstellung der bandförmigen Elektroden eingesetzt werden. Weitere geeignete bandförmige Substrate sind weiterhin auch Metallnetze oder Metallgitter oder Substrate auf der Basis von Metallschäumen oder Vliesen aus Metallfilamenten oder metallisierten Fäden.
In besonders bevorzugten Ausgestaltungen des Verfahrens wird erfasst, ob zwischen überlappenden Streifen auf der ersten Seite und der zweiten Seite ein Versatz auftritt und/oder ob ein Versatz einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet. Ein auf diese Weise erkennbarerVersatzderStrei- fen wird in besonders bevorzugten Ausführungsformen behoben, indem die Position mindestens einer der Auftragsdüsen relativ zu der bandförmigen Metallfolie korrigiert wird.
In einer besonders bevorzugten und vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet es sich weiterhin durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale a. bis c. aus: a. Die Streifen aus dem Elektrodenmaterial werden mittels Auftragsdüsen aufgebracht. b. Es wird, vorzugsweise mit Hilfe mindestens eines Sensors, erfasst, ob zwischen überlappenden Streifen auf der ersten Seite und der zweiten Seite ein Versatz auftritt und/oder ob ein Versatz einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet. c. Im Falle eines Versatzes zwischen überlappenden Streifen auf der ersten Seite und der zweiten Seite und/oder bei einem Überschreiten des vordefinierten Schwellenwerts für den Versatz wird die Position mindestens einer der Auftragsdüsen relativ zu der bandförmigen Metallfolie korrigiert.
Besonders bevorzugt sind die unmittelbar vorstehenden Merkmale a. bis c. in Kombination realisiert.
In dieser bevorzugten Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der tatsächlich auftretende Versatz zwischen den überlappenden Streifen auf der ersten Seite und der zweiten Seite der Metallfolie erfasst und/oder gemessen, so dass bei Bedarf Korrekturmaßnahmen eingeleitet werden können. Vorzugsweise wird hierzu die Position mindestens einer der Auftragsdüsen, mit denen die Streifen aus dem Elektrodenmaterial aufgebracht werden, entsprechend korrigiert. In dieser Ausgestaltung des Verfahrens ist es also vorgesehen, dass eine oder mehrere Auftragsdüsen in ihrer Position verändert werden können. Nach einer kurzen Einlaufphase während der beidseitigen Beschichtung der bandförmigen Metallfolie kann also überprüft werden, ob ein Spurversatz vorliegt, so dass gegebenenfalls sehr schnell eingegriffen und korrigiert werden kann. Die Regelstrecke zwischen den Beschichtungen der beiden Seiten ist dabei vorzugsweise kurz, so dass die Beschichtungsbahnen individuell geregelt werden können. Dabei kann es vorteilhaft sein, wenn die Beschichtung unabhängig von anderen Parametern, beispielsweise einer nachfolgenden Trocknung, ist. Dies führt zu hochgenauen, deckungsgleichen, beidseitigen und mehrspurigen Beschichtungen. Auf diese Weise kann also eine beidseitige, mehrspurige Streifenbeschichtung realisiert werden, die keine späteren Korrekturen oder ein späteres Nachbearbeiten für eine hochgenaue Spurtreue erfordert.
In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich das Verfahren durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale a. und b. aus: a. Die Aufbringung der Streifen aus dem Elektrodenmaterial erfolgt auf mindestens einer der Seiten der bandförmigen Metallfolie mittels mehrerer Eindüsen-Beschichtungsköpfe mit jeweils einer Auftragsdüse, deren Positionen zueinander variiert werden können. b. Die Eindüsen-Beschichtungsköpfe sind jeweils senkrechtzur Du rchlaufrichtung der bandförmigen Metallfolie verschiebbar. Besonders bevorzugt sind dabei die vorgenannten Merkmale a. und b. in Kombination miteinander verwirklicht.
In dieser Ausführungsform mit einer Verschiebbarkeit der Eindüsen-Beschichtungsköpfe senkrecht zur Durchlaufrichtung der bandförmigen Metallfolie (bei vorzugsweise konstantem Abstand zur Metallfolie) lässt sich der Abstand der Auftragsdüsen zum Rand der Metallfolie variieren, so dass auf einen gegebenenfalls auftretenden Versatz bei der Beschichtung der beiden Seiten in Bezug auf die überlappenden Streifen auf beiden Seiten der Metallfolie reagiert und die Position ein oder mehrerer Auftragsdüsen korrigiert werden kann.
Prinzipiell können auf beiden Seiten der bandförmigen Metallfolie entsprechende, einstellbare Eindüsen-Beschichtungsköpfe vorgesehen sein, um bei der Beschichtung auf beiden Seiten der Metallfolie Korrekturen vornehmen zu können.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen ist allerdings mindestens eines der unmittelbar folgenden zusätzlichen Merkmale vorgesehen: a. Die Aufbringung der Streifen aus dem Elektrodenmaterial erfolgt auf der ersten Seite der bandförmigen Metallfolie mittels mindestens eines Mehrdüsen-Beschichtungskopfes, der mehrere Auftragsdüsen in fixen Abständen zueinander umfasst, b. die Aufbringung der Streifen aus dem Elektrodenmaterial erfolgt auf der zweiten Seite der bandförmigen Metallfolie mittels der Eindüsen-Beschichtungsköpfe mit jeweils einer Auftragsdüse, deren Positionen relativ zu anderen Auftragsdüsen variiert werden können.
Vorzugsweise sind die vorgenannten Merkmale a. und b. in Kombination miteinander verwirklicht, so dass auf der einen Seite der bandförmigen Metallfolie die Beschichtung mit starren Auftragsdüsen beziehungsweise mit einem oder mehreren Mehrdüsen-Beschichtungsköpfen, die mehrere Auftragsdüsen in fixen Abständen zueinander umfassen, erfolgt, während auf der anderen Seite die Beschichtung der bandförmigen Metallfolie mit flexiblen Auftragsdüsen, insbesondere mit mehreren Eindüsen-Beschichtungsköpfen, die in ihrer Position variiert werden können, vorgenommen wird.
Da in dieser Ausführungsform die Beschichtung auf einer der Seiten der Metallfolie bei einem gegebenenfalls auftretenden Versatz angepasst werden kann, kann ohne weitere Nachteile auf der an- deren Seite mit starren Auftragsdüsen gearbeitet werden, so dass der Einsatz der etwas aufwendigeren flexiblen Auftragsdüsen auf eine Seite beschränkt werden kann.
Die hier angesprochene erste Seite und die zweite Seite sind im Prinzip austauschbar. Die starren Auftragsdüsen können also sowohl einer A-Seite als auch einer B-Seite und die flexiblen Auftragsdüsen sowohl einer B-Seite als auch einer A-Seite bei der Beschichtung einer Metallfolie zugeordnet sein.
In dieser besonders vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens findet eine simultan beidseitige und mehrspurige Beschichtung der beiden Seiten des Metallfolienbandes mit Elektrodenmaterial in einem kontinuierlichen Verfahren, gewissermaßen am laufenden Band, statt, wobei die Beschichtung der einen Seite der bandförmigen Metallfolie mit einem Elektrodenmaterial unter Verwendung eines oder gegebenenfalls mehrerer Mehrdüsen-Beschichtungsköpfe mit zwei oder mehr starr angeordneten Auftragsdüsen erfolgt. Die Beschichtung der anderen Seite der bandförmigen Metallfolie mit einem Elektrodenmaterial erfolgt unter Verwendung von zwei oder mehr Eindüsen-Beschichtungsköpfen mit jeweils einer Auftragsdüse. Hierbei sind die Eindüsen-Beschich- tungsköpfe in der Breite der bandförmigen Metallfolie derart verschieblich angeordnet, dass der Auftrag des Elektrodenmaterials zur Vermeidung eines Versatzes zwischen den Spuren des Elektrodenmaterials auf beiden Seiten der Metallfolie durch Verschiebung der Eindüsen-Beschichtungsköpfe anpassbar und korrigierbar ist.
Sowohl die Auftragsdüsen des Mehrdüsen-Beschichtungskopfes als auch die Auftragsdüsen der Eindüsen-Beschichtungsköpfe können gemäß der EP 3608028 Bl ausgestaltet sein.
Die Erfassung eines möglichen Versatzes zwischen den überlappenden Streifen auf der ersten Seite und der zweiten Seite der bandförmigen Metallfolie kann auf unterschiedliche Weise erfolgen. Besonders bevorzugt ist die Verwendung einer Sensorik, die diesen Versatz in automatisierter Weise erfassen kann. In bevorzugten Ausgestaltungen des Verfahrens kann in dieser Hinsicht mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale verwirklicht sein: a. Zur Erfassung eines mögliches Versatzes zwischen überlappenden Streifen auf der ersten Seite und der zweiten Seite der bandförmigen Metallfolie werden der Abstand mindestens eines der Streifen von einem Längsrand der bandförmigen Metallfolie und/oder eine Änderung dieses Abstands erfasst, b. zur Erfassung eines mögliches Versatzes zwischen überlappenden Streifen auf der ersten Seite und der zweiten Seite der bandförmigen Metallfolie werden der Abstand mindestens eines der Streifen von einem benachbarten Streifen und/oder eine Änderung dieses Abstands erfasst, c. zur Erfassung eines möglichen Versatzes zwischen überlappenden Streifen auf der ersten Seite und derzweiten Seite der bandförmigen Metallfolie werden die Mittellinien derStreifen und/oder eine Änderung der Mittellinien erfasst.
In bevorzugten Ausgestaltungen können die vorgenannten Merkmale a. bis c. alternativ verwirklicht sein. Bevorzugt können zwei oder drei der vorgenannten Merkmale a. bis c., insbesondere die Merkmale a. und b., jedoch auch in Kombination miteinander realisiert sein.
Als Sensorik zur Erfassung des möglichen Versatzes kann mit Vorteil beispielsweise eine Kamera eingesetzt werden. In anderen Ausführungsformen kann beispielsweise ein Kantensensor oder Ähnliches verwendet werden. Eine weitere Möglichkeit ist beispielsweise die Messung von Lichtreflexionen, da sich die beschichteten Bereiche und die unbeschichteten Bereiche der Metallfolie durch ihre Reflexionseigenschaften klar voneinander unterscheiden lassen.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen des erfindungsgemäßen Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass bereits nach der Beschichtung der ersten Seite der Metallfolie die Positionen und/oder die Begrenzungen der auf die erste Seite aufgebrachten Streifen bestimmt werden, vorzugsweise mittels einer Sensorik. Diese Informationen können bei der Ausrichtung und/oder bei einer PositionskorrekturderAuftragsdüsen fürdie Beschichtungderzweiten Seite berücksichtigtwer- den.
In besonders bevorzugten und vorteilhaften Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens zeichnet sich das Verfahren durch mindestens eines der nachfolgenden zusätzlichen Merkmale aus: a. Nach der beidseitigen Beschichtung der bandförmigen Metallfolie erfolgt eine Trocknung der Streifen aus dem Elektrodenmaterial. b. Die T rocknung des Elektrodenmaterials erfolgt in einem Schwebetrockner.
Vorzugsweise sind die vorgenannten Merkmale a. und b. in Kombination miteinander verwirklicht. Eine Trocknung der Elektrodenmaterialien unmittelbar nach deren Auftragung auf die bandförmige Metallfolie ist in der Regel zweckmäßig. Eine solche T rocknung ist vom Prinzip her bekannt. Das erfindungsgemäße Verfahren kann sich gegenüber herkömmlichen Verfahren insbesondere dadurch auszeichnen, dass die Trocknung der Beschichtung auf beiden Seiten der bandförmigen Metallfolie gleichzeitig, also zeitlich überlappend in ein- und demselben Arbeitsschritt, erfolgt. Hierdurch herrschen für die T rocknung der Beschichtung auf beiden Seiten der bandförmigen Metallfolie exakt die gleichen Bedingungen, so dass durch die gleichzeitige T rocknung keine weiteren Toleranzen bei den Beschichtungen auf beiden Seiten und damit keine weiteren Toleranzen in dem Spurenauftrag auftreten. Auch durch diese Maßnahme wird die Herstellung hochgenauer und deckungsgleicher Streifen aus Elektrodenmaterial auf beiden Seiten der Metallfolie weiter verbessert. Zudem verbessert ein gleichzeitiges Trocknen der Beschichtungen die Energiebilanz des Verfahrens.
Die Verwendung eines Schwebetrockners für die Trocknung ist besonders vorteilhaft, da hierbei kein Kontakt der beidseitig frisch beschichteten Metallfolie, beispielsweise mit einer Rolle oder Ähnlichem, auftritt. Für einen Schwebetrockner kann beispielsweise in an sich bekannterWeise eine Vakuumplatte in Verbindung mit Luftdüsen in an sich bekannterWeise eingesetzt werden.
Alternativ zu einer beidseitigen T rocknung nach der Beschichtung auf beiden Seiten der bandförmigen Metallfolie kann auch zusätzlich ein zwischengeschalteter Trocknungsschritt vorteilhaft sein. In diesen weiteren Ausführungsformen des Verfahrens kann es vorgesehen sein, dass im Zuge des Verfahrens eine zwischengeschaltete Vortrocknung oder T rocknung nach der Beschichtung der ersten Seite erfolgt. Hierbei kann die einseitig beschichtete Metallfolie in einem kontinuierlichen Verfahren eine erste Trocknungseinrichtung durchlaufen, bevor die Beschichtung der zweiten Seite der Metallfolie erfolgt. Auch bei dieser Ausführungsform findet eine simultane Beschichtung beider Seiten statt, da es sich um einen kontinuierlichen und durchlaufenden Prozess handelt. Die zwischengeschaltete T rocknung hat den besonderen Vorteil, dass die Beschichtung der ersten Seite nach der durchlaufenen Trocknung derart unempfindlich ist, dass Umlenkrollen oder ähnliches auch an der bereits beschichteten Seite der Metallfolie angreifen können.
Insbesondere kann der Beschichtungsprozess nach der Erfindung auch auf einen sogenannten Tan- dem-Beschichtungsprozess angewendet werden. Vorzugsweise wird dabei eine Position bzw. Begrenzung der Beschichtungsbahnen auf der ersten Seite der Metallfolie nach dem Verlassen einer ersten Trocknungsstufe bestimmt und für die Ausrichtung der Auftragsdüsen einer zweiten Beschichtungsstufe derart herangezogen, so dass ein Versatz der Beschichtungsbahnen auf der ersten Seite zu den auf der zweiten Seite der Metallfolie aufzu bringenden Beschichtungsbahnen minimiert ist.
Beim Auftrag mehrerer Streifen aus einem Elektrodenmaterial auf die bandförmige Metallfolie ist es zweckmäßig, dass die beschichtete Metallfolie in Längsrichtung zertrennt wird, um aus der Metallfolie die herzustellenden bandförmigen Elektroden in der gewünschten Breite bereitzustellen.
In besonders bevorzugten Ausgestaltungen des erfindungsgemäßen Verfahrens ist mindestens eines der nachfolgenden zusätzlichen Merkmale vorgesehen: a. Nach der beidseitigen Beschichtung der bandförmigen Metallfolie und/oder nach der Trocknung des Elektrodenmaterials wird die mit dem Elektrodenmaterial beschichtete bandförmige Metallfolie zur Ausbildung der bandförmigen Elektroden in Längsrichtung zertrennt, insbesondere geschnitten, b. Zur Zertrennung der bandförmigen Metallfolie wird die Folie in Längsrichtung geschnitten, wobei ein Schnitt durch mindestens einen der unbeschichteten streifenförmigen Bereiche, die zwischen benachbarten Streifen aus dem Elektrodenmaterial angeordnet sind, erfolgt, c. Zur Zertrennung der bandförmigen Metallfolie wird die Folie in Längsrichtung geschnitten, wobei ein Schnitt durch mindestens einen der Streifen erfolgt.
Vorzugsweise sind die vorgenannten Merkmale a. bis c. in Kombination miteinander verwirklicht.
In diesen Ausführungsformen werden vorzugsweise die unbeschichteten streifenförmigen Bereiche zwischen benachbarten Streifen aus dem Elektrodenmaterial einmal mittig in Längsrichtung und die Streifen aus dem Elektrodenmaterial einmal mittig in Längsrichtung durchtrennt, insbesondere geschnitten, so dass aus der Metallfolie mehrere der herzustellenden Elektroden bereitgestellt werden können. Die erforderliche Länge der bandförmigen Elektrode kann je nach den gewünschten Dimensionen des herzustellenden Energiespeicherelements nachträglich entsprechend geschnitten werden.
Die Breite der bandförmigen Metallfolie kann an die Anzahl und Abmessungen der herzustellenden bandförmigen Elektroden angepasst werden. Bevorzugt können zwei Streifen, drei Streifen, vier Streifen oder fünf Streifen deckungsgleich auf beiden Seiten der Metallfolie aufgetragen werden. Durch das einmalige Schneiden in Längsrichtung können beispielsweise aus einem zweispurigen Streifen des beidseitig aufgetragenen Elektrodenmaterials zwei bandförmige Elektroden gewonnen werden.
Besonders bevorzugt können auf die bandförmige Metallfolie beidseitig beispielsweise drei bis acht Streifen des Elektrodenmaterials aufgetragen werden, so dass hieraus jeweils sechs bis sechzehn Elektrodenbänder geschnitten werden können, die wiederum je nach Größe der herzustellenden Energiespeicherzellen in unterschiedliche Längen geschnitten werden können.
In bevorzugten Ausführungsformen kann die Breite der bandförmigen Metallfolie beispielsweise 100 bis 1000 mm betragen, vorzugsweise etwa 200 bis 800 mm. Die Streifen aus dem Elektrodenmaterial weisen typischerweise eine Breite im Bereich von 20 mm bis 200 mm, bevorzugt von 50 mm bis 150 mm, auf. Ihre Dicke liegt vorzugsweise unterhalb von 500 pm. Die Länge der bandförmigen Metallfolie kann beispielsweise 1000 bis 3000 m betragen.
Als Materialien für die bandförmigen Elektroden können übliche Materialien eingesetzt werden, die dem Fachmann für die Herstellung von elektrochemischen Energiespeicherelementen bekannt sind. So können als Elektrodenmaterialien beispielsweise übliche anodische Elektrodenmaterialien und kathodische Elektrodenmaterialien verwendet werden, wobei die bandförmige Metallfolie entweder beidseitig mit einem anodischen Elektrodenmaterial oder beidseitig mit einem kathodischen Elektrodenmaterial beschichtet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich insbesondere für die Herstellung von bandförmigen Elektroden für Lithium-Ionen-Zellen.
Für viele Anwendungen werden als Energiespeicherelemente sekundäre Lithium-Ionen-Zellen eingesetzt, da diese hohe Ströme bereitstellen können und sich durch eine vergleichsweise hohe Energiedichte auszeichnen. Sie basieren auf dem Einsatz von Lithium, welches in Form von Ionen zwischen den Elektroden der Zelle hin und her wandern kann. Die negative Elektrode und die positive Elektrode einer Lithium-Ionen-Zelle werden in der Regel von sogenannten Kompositelektroden gebildet, die neben elektrochemisch aktiven Komponenten auch elektrochemisch inaktive Komponenten umfassen.
Als elektrochemisch aktive Komponenten (Aktivmaterialien) für sekundäre Lithium-Ionen-Zellen kommen prinzipiell sämtliche Materialien in Frage, die Lithium-Ionen aufnehmen und wieder abgeben können. Für die negative Elektrode werden hierfür beispielsweise Partikel auf Kohlenstoffbasis, wie beispielsweise graphitischer Kohlenstoff, eingesetzt. Als Aktivmaterialien für die positive Elektrode können insbesondere oxidische Metallverbindungen eingesetzt werden, die Lithium reversibel interkalieren können, beispielsweise Lithiumcobaltoxid (LiCoO2), Lithiummanganoxid (Li M n2O4), Lithiumeisenphosphat (LiFePO4) oder Derivate hiervon. Das im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete Elektrodenmaterial kann diese elektrochemisch aktiven Materialien insbesondere in Partikelform umfassen.
Bestandteil der Kompositelektroden ist weiterhin der Stromkollektor, der bei den erfindungsgemäß hergestellten bandförmigen Elektroden bandförmigaus der bandförmigen Metallfolie gebildet wird. Der Stromkollektor dient als T räger für das jeweilige Aktivmaterial. Der Stromkollektor für die negative Elektrode (Anodenstromkollektor) kann beispielsweise aus Kupfer oder Nickel und der Stromkollektor für die positive Elektrode (Kathodenstromkollektor) beispielsweise aus Aluminium gebildet sein. Entsprechend besteht auch die Metallfolie, die im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens mit Elektrodenmaterial beschichtet wird, bevorzugt aus Aluminium, Nickel oder Kupfer.
Weiterhin können die Elektroden (und damit auch das im Rahmen der vorliegenden Erfindung verwendete Elektrodenmaterial) als elektrochemisch inaktive Komponenten einen Elektrodenbinder (z. B. Polyvinylidenfluorid (PVDF) oder ein anderes Polymer, beispielsweise Carboxymethylzellulose), leitfähigkeitsverbessernde Additive und andere Zusätze umfassen. Der Elektrodenbinder gewährleistet die mechanische Stabilität der Elektroden und häufig auch die Haftung des Aktivmaterials auf den Stromkollektoren.
Die Erfindung umfasst weiterhin eine Vorrichtung zur Herstellung der bereits beschriebenen bandförmigen Elektroden. Diese Vorrichtung umfasst die folgenden Merkmale: a. Die Vorrichtung umfasst eine Förderstrecke zur Förderung einer bandförmigen Metallfolie, die eine erste und eine zweite Seite aufweist, in Richtung einer zur Längsrichtung des Metallfolie parallelen Durchlaufrichtung, b. die Vorrichtung umfasst mehrere Auftragsdüsen, die zur Beschichtung der ersten Seite der bandförmigen Metallfolie und der zweiten Seite der bandförmigen Metallfolien mit einem Elektrodenmaterial dienen und entsprechend positioniert sind, c. die Auftragsdüsen sind derart positioniert, dass mehrere parallele Streifen aus dem Elektrodenmaterial auf die erste Seite der bandförmigen Metallfolie und eine gleiche Anzahl paralleler Streifen aus dem Elektrodenmaterial auf die zweite Seite der bandförmigen Metallfolie aufbringbar sind, so dass in Blickrichtung senkrecht zur bandförmigen Metallfolie jeweils ein Streifen auf der ersten Seite mit einem der Streifen auf der zweiten Seite der bandförmigen Metallfolie überlappt, wobei auf beiden Seiten zwischen unmittelbar benachbarten parallelen Streifen aus dem Elektrodenmaterial jeweils ein unbeschichteter streifenförmiger Bereich frei von dem Elektrodenmaterial bleibt, d. die Vorrichtung ist zur simultanen Beschichtung der ersten Seite und der zweiten Seite der bandförmigen Metallfolie mittels der Auftragsdüsen eingerichtet.
Die Vorrichtung ist zur kontinuierlichen Beschichtung der durchlaufenden bandförmigen Metallfolie, die das Material der Stromkollektoren der herzustellenden bandförmigen Elektroden bildet, eingerichtet, wobei hierfür in prinzipiell bekannterWeise entsprechende Walzen und Umlenkrollen sowie Beschichtungsrollen vorgesehen sein können um die bandförmige Metallfolie in Durchlaufrichtung zu transportieren.
In besonders bevorzugter Weise ist die Vorrichtung derart eingerichtet, dass erfasst wird, ob zwischen überlappenden Streifen auf der ersten Seite und der zweiten Seite ein Versatz auftritt und/oder ob ein Versatz einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet, so dass ein gegebenenfalls auftretende Versatz bevorzugterweise durch Korrektur der Position einer oder mehrere Auftragsdüsen behoben werden kann.
Insbesondere kann den Auftragsdüsen, die zur Beschichtung der ersten Seite und/oder der zweiten Seite der Metallfolie eingerichtet sind, jeweils gegenüberliegend eine Beschichtungsrolle zugeordnet sein, so dass also auf der einen Seite sich die Auftragsdüse und auf der anderen Seite die Beschichtungsrolle befindet, so dass durch die Beschichtungsrolle auf die Metallfolie ein Gegendruck während des Beschichtungsvorgangs ausgeübt wird.
Die Auftragsdüsen zur Beschichtung der einen Seite und zur Beschichtung der anderen Seite sind bevorzugt in Durchlaufrichtung versetzt zueinander angeordnet, so dass in Durchlaufrichtung eine Seite der bandförmigen Metallfolie vor der anderen beschichtet wird, wobei die Metallfolie bevorzugt zwischen den beiden Beschichtungspositionen über eine Umlenkrolle geführt wird um die bandförmige Metallfolie in eine geeignete Position für die Beschichtung zu bringen. Im Hinblick auf die Auftragsdüsen für die Beschichtung zeichnet sich die Vorrichtung in besonders bevorzugter Weise durch mindestens eines der folgenden Merkmale aus: a. Die Vorrichtung umfasst mehrere Eindüsen-Beschichtungsköpfe mit jeweils einer Auftragsdüse, deren Positionen zueinander variiert werden können, b. die Eindüsen-Beschichtungsköpfe sind senkrecht zur Durchlaufrichtung der bandförmigen Metallfolie verschiebbar.
Vorzugsweise sind die unmittelbar vorgenannten Merkmale a. und b. in Kombination miteinander verwirklicht.
Diese bevorzugt verschiebbaren Eindüsen-Beschichtungsköpfe sind in der Vorrichtung vorzugsweise nur auf einer Seite der zu beschichtenden bandförmigen Metallfolie vorgesehen. Prinzipiell können jedoch auch fürdie Beschichtungauf beiden Seiten der Metallfolie Eindüsen-Beschichtungsköpfe vorgesehen sein, deren Positionen zueinander variiert werden können. Ausführungsformen mit variablen Eindüsen-Beschichtungsköpfen für beide Seiten der Metallfolie können unter Umständen besonders vorteilhaft sein, da hiermit eine besondere Flexibilität bei der Korrektur eines gegebenenfalls auftretenden Spurversatzes möglich ist.
Es ist besonders bevorzugt, dass die erfindungsgemäße Vorrichtung durch die folgenden zusätzlichen Merkmale gekennzeichnet ist: a. Die Vorrichtung umfasst mindestens einen Mehrdüsen-Beschichtungskopf, der mehrere Auftragsdüsen in fixen Abständen zueinander umfasst, wobei der mindestens eine Mehrdüsen- Beschichtungskopf zur Beschichtung einer Seite der bandförmigen Metallfolie ausgerichtet ist, b. die Vorrichtung umfasst mehrere Eindüsen-Beschichtungsköpfe mit jeweils einer Auftragsdüse, deren Positionen zueinander variiert werden können, wobei die Eindüsen-Beschichtungsköpfe zur Beschichtung der anderen Seite der bandförmigen Metallfolie ausgerichtet sind.
Vorzugsweise sind die vorgenannten Merkmale a. und b. in Kombination miteinander verwirklicht, so dass der einen Seite der die Vorrichtung durchlaufenden Metallfolie starr angeordnete Beschich- tungsdüsen und deranderen Seite der Metallfolie Auftragsdüsen dererwähnten Eindüsen-Beschich- tungsköpfezugeordnetsind. Insbesondere in dieser Ausführungsform derVorrichtung ist es in wenig aufwendiger Weise möglich, auf einen gegebenenfalls auftretenden Versatz zwischen den überlappenden Streifen auf beiden Seiten der bandförmigen Metallfolie zu reagieren und die Auftragsdüsen auf der einen Seite der bandförmigen Metallfolie entsprechend in ihrer Position anzu passen. Zweckmäßigerweise umfasstdieVorrichtung hierfüreine entsprechende EinrichtungzurVerschiebungder Position der Eindüsen-Beschichtungsköpfe zur Vermeidung eines Versatzes zwischen dem Auftrag des Elektrodenmaterials auf beiden Seiten der bandförmigen Metallfolie.
In besonders bevorzugter Weise zeichnet sich die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale aus: a. Die Eindüsen-Beschichtungsköpfe sind bezogen auf die Durchlaufrichtung der zu beschichtenden bandförmigen Metallfolie versetzt zueinander angeordnet, b. die Eindüsen-Beschichtungsköpfe sind senkrecht zur Durchlaufrichtung derzu beschichtenden bandförmigen Metallfolie in zwei Reihen angeordnet.
Vorzugsweise sind die vorgenannten Merkmale a. und b. in Kombination miteinander verwirklicht.
Diese Anordnungen der Eindüsen-Beschichtungsköpfe erlauben besonders platzsparende Anordnungen der Eindüsen-Beschichtungsköpfe, wobei gleichzeitig die Bewegungsfreiheit beziehungsweise die Verschiebbarkeit der Auftragsdüsen querzur Durchlaufrichtung der bandförmigen Metallfolie gewährleistet ist.
In weiteren bevorzugten Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Vorrichtung kann es vorgesehen sein, dass die Auftragsdüsen und insbesondere die Eindüsen-Beschichtungsköpfe zusätzlich auch senkrecht zur Bahnebene der Metallfolie verfahrbar sind und somit bei Bedarf hochgefahren und wieder abgesenkt werden können. Dies ermöglicht und/oder erleichtert eine intermittierende Beschichtung bei dem Auftrag der Spuren auf der Metallfolie. Bevorzugt sind die einzelnen Eindüsen-Beschichtungsköpfe unabhängig voneinander auch in dieser Richtung beweglich, so dass sie einzeln, je nach dem aufzutragenden Muster, hochgefahren und abgesenkt werden können.
In besonders vorteilhaften Ausführungsformen ist die erfindungsgemäße Vorrichtung weiterhin durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale gekennzeichnet: a. Die Vorrichtung umfasst eine Sensorik zur Erfassung eines möglichen Versatzes zwischen überlappenden Streifen auf der ersten Seite und der zweiten Seite der bandförmigen Metallfolie, b. die Vorrichtung umfasst eine T rocknungseinrichtung für die beschichtete bandförmige Metallfolie, vorzugsweise einen Schwebetrockner, c. die Vorrichtung umfasst eine Zertrenneinrichtung, insbesondere eine Schneideinrichtung, zum Zertrennen oder Schneiden der beschichteten bandförmigen Metallfolie in Längsrichtung.
Vorzugsweise umfasst die erfindungsgemäße Vorrichtung sowohl eine Sensorik zur Erfassung eines möglichen Versatzes zwischen den überlappenden Streifen auf beiden Seiten der bandförmigen Metallfolie gemäß dem vorgenannten Merkmal a. als auch eine Trocknungseinrichtung gemäß dem vorgenannten Merkmal b. und eine Schneideinrichtung gemäß dem vorgenannten Merkmal c.
Details zur Sensorik und zur Trocknungseinrichtung wurden bereits im Kontext des erfindungsgemäßen Verfahrens beschrieben. Auf die entsprechenden Ausführungen wird hiermit Bezug genommen.
Die Vorrichtung umfasst weiterhin vorzugsweise eine Einrichtung, beispielsweise ein Steuergerät, zur Auswertung der von der Sensorik erfassten Messwerte und zur Umsetzung dieser Messwerte in eine Korrektur betreffend die Position der Auftragsdüsen.
Bei der Schneideinrichtung kann es sich um eine übliche Schneideinrichtung handeln, die beispielsweise mit geeigneten Messern oder Lasern arbeitet.
Die Erfindung umfasst weiterhin ein Steuerprogramm für eine Vorrichtung zur Herstellung von bandförmigen Elektroden in der oben beschriebenen Weise, wobei dieses Steuerprogramm zur Durchführung des Verfahrens zur Herstellung von bandförmigen Elektroden gemäß der obigen Beschreibung eingerichtet ist. Mit Hilfe dieses Steuerprogramms kann insbesondere eine Korrektur bei der Position der Auftragsdüsen für die Beschichtung bei einem gegebenenfalls auftretenden Versatz bei den überlappenden Streifen des aufgetragenen Elektrodenmaterials auf beiden Seiten der bandförmigen Metallfolie durchgeführt werden.
Die Erfindung umfasst weiterhin bandförmige Elektroden, die mit dem beschriebenen Verfahren hergestellt sind. Bezüglich weiterer Einzelheiten dieser bandförmigen Elektroden wird auf die obige Beschreibung verwiesen.
Weiterhin umfasst die Erfindung die Verwendungvon bandförmigen Elektroden, die mit dem erfindungsgemäßen Verfahren hergestellt sind, zur Herstellung eines elektrochemischen Energiespeicherelements, insbesondere einer elektrochemischen Energiespeicherzelle oder einer Batterie, die aus mehreren elektrochemischen Energiespeicherzellen aufgebaut ist. Auch die genannten Energiespeicherelemente sind von der Erfindung umfasst.
Bei der Herstellung des elektrochemischen Energiespeicherelements erfolgt vorzugsweise die Kontaktierung der bandförmigen Elektroden über die randseitigen, von Elektrodenmaterial freien Bereiche der Elektrodenbänder. Für die Kontaktierung der Elektroden kann beispielsweise eine Kontaktplatte vorgesehen sein oder es können andere Elemente eines Gehäuses des Energiespeicherelements für die Kontaktierung der Elektroden genutzt werden.
In besonders bevorzugten Ausführungsformen werden die bandförmigen Elektroden zur Herstellung von Lithium-Ionen-Zellen genutzt.
Bezüglich weiterer Merkmale der erfindungsgemäßen bandförmigen Elektroden, die Bestandteil dieser elektrochemischen Energiespeicherelemente sind, und bezüglich des Verfahrens zur Herstellung dieser bandförmigen Elektroden wird auf die obige Beschreibung verwiesen.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den Zeichnungen. Hierbei können die einzelnen Merkmale jeweils für sich oder in Kombination miteinander realisiert sein.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
In den Figuren zeigen:
Fig. 1 schematische Darstellung von fünf Eindüsen-Beschichtungsköpfen mit jeweils einer Auftragsdüse zur Beschichtung einer ersten Seite einer bandförmigen Metallfolie (Teilfigur A) und schematische Darstellung eines Mehrdüsen-Beschichtungskopfes mit fünf Auftragsdüsen zur Beschichtung einer zweiten Seite einer bandförmigen Metallfolie (Teilfigur B); Fig. 2 schematische Schnittdarstellungzur kontinuierlichen, mehrspurigen und simultanen Beschichtung beider Seiten einer bandförmigen Metallfolie in einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 3 isometrische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß der Ausgestaltung der in Fig. 2 gezeigten Vorrichtung;
Fig. 4 schematische Schnittdarstellungzur kontinuierlichen, mehrspurigen und simultanen Beschichtung beider Seiten einer bandförmigen Metallfolie in einerweiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 5 isometrische Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß der Ausgestaltung der in Fig. 4 gezeigten Ausführungsform;
Fig. 6 schematische Schnittdarstellungzur kontinuierlichen, mehrspurigen und simultanen Beschichtung beider Seiten einer bandförmigen Metallfolie in einerweiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;
Fig. 7 isometrische Darstellungeiner weiteren Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vor- richtungzur kontinuierlichen, mehrspurigen und simultanen Beschichtung beiderSeiten einer bandförmigen Metallfolie,
Fig. 8 Fließschema zur Illustrierung einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und
Fig. 9 Fließschema zur Illustrierung einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
Fig. 1 illustriert schematisch die Beschichtung beiderSeiten einer bandförmigen Metallfolie gemäß der Erfindung. Für die Beschichtung einer ersten Seite der bandförmigen Metallfolie 100 sind in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel (Teilfigur A) fünf Beschichtungsköpfe 11, 12, 13, 14, 15 vorgesehen, die jeweils als Eindüsen-Beschichtungsköpfe ausgebildet sind und dementsprechend jeweils eine Auftragsdüse umfassen. Mit diesen Eindüsen-Beschichtungsköpfen 11 - 15 kann jeweils eine Spur 110 bzw. ein Streifen aus Elektrodenmaterial bei der Beschichtung der bandförmigen Metallfolie 100 aufgetragen werden. Jede Spur 110 bildet einen Streifen aus dem Elektrodenmaterial auf der einen Seite der bandförmigen Metallfolie 100. Zwischen den einzelnen Streifen 110 liegt jeweils ein schmaler unbeschichteter streifenförmiger Bereich 111. Alle Streifen sind parallel zueinander ausgerichtet.
Für die Beschichtung der anderen Seite der bandförmigen Metallfolie 100 ist ein Mehrdüsen-Be- schichtungskopf 16 vorgesehen (Teilfigur B), der in diesem Ausführungsbeispiel fünf starr angeordnete Auftragsdüsen umfasst, die zur Auftragung von fünf parallelen Streifen 120 aus Elektrodenma- terial auf der anderen Seite der bandförmigen Metallfolie 100 vorgesehen sind. Zwischen den einzelnen parallelen Streifen 120 sind entsprechend wie auf der anderen Seite der Metallfolie 100 schmale unbeschichtete streifenförmige Bereiche 121 vorgesehen.
Die Streifen werden auf beide Seiten der bandförmigen Metallfolie 100 derart aufgebracht, dass die Streifen 110 auf der einen Seite mit den Streifen 120 auf der anderen Seite (in Blickrichtung senkrecht zur Metallfolie) überlappen, wobei die Erfindung das Problem adressiert, dass ein Versatz zwischen den Streifen 110, 120 auf beiden Seiten der Metallfolie 100 vermieden wird.
Hierfür sieht die Erfindung zunächst die simultane Auftragung der Streifen 110 und 120 auf beiden Seiten der Metallfolie 100 in einem Arbeitsgang vor. Anders als bei herkömmlichen Verfahren wird also nicht zunächst die eine Seite beschichtet und getrocknet, bevor die andere Seite beschichtet und getrocknet wird. Vielmehr sieht die Erfindung vor, dass beide Seiten in zeitlicher Überlappung gleichzeitig beschichtet und vorzugsweise auch gleichzeitig getrocknet werden.
In besonders bevorzugter Weise wird die Beschichtung auf der einen Seite der Metallfolie 100 so vorgenommen, dass die Beschichtung mit Eindüsen-Beschichtungsköpfen erfolgt, deren Position relativ zur Metallfolie und relativ zueinander an einen gegebenenfalls auftretenden Versatz angepasst werden kann.
Fig. 2 zeigt eine bevorzugte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung. Zur Beschichtung der einen Seite (A-Seite,) sind mehrere Eindüsen-Beschichtungsköpfe 11 - 15 vorgesehen, wobei in dieser in Fig. 2 gezeigten Schnittdarstellung nur die Eindüsen-Beschichtungsköpfe 11 und 12 angedeutet sind. Diese separat ausgebildeten Beschichtungsköpfe 11 und 12 sind in ihrer Position quer zur Breite der zu beschichtenden Metallfolie 100 einstellbar, so dass auf einen gegebenenfalls auftretenden Versatz reagiert werden kann. Die Eindüsen-Beschichtungsköpfe 11 und 12 beziehungsweise alle Eindüsen-Beschichtungsköpfe 11 - 15 arbeiten gegen eine Beschichtungsrolle 20 und sorgen füreinen Auftrag eines Elektrodenmaterials auf die bandförmige Metallfolie 100 in mehreren Spuren (Streifen), beispielsweise fünf Spuren (parallele Streifen 110) auf der A-Seite. Die Metallfolie 100 wird über eine Umlenkrolle 30 geführt und gelangt so zu dem Mehrdüsen-Beschich- tungskopf 16, mittels dem die ebenfalls mehrspurige Beschichtung 120 auf der anderen Seite (B- Seite) der bandförmigen Metallfolie 100 erfolgt.
Die beidseitig und mehrspurig beschichtete Metallfolie 100 läuft in Pfeilrichtung weiter zu einer hier nicht gezeigten Trocknungseinrichtung. Anschließend kann die Metallfolie 100 in Längsrichtung mehrfach geschnitten werden, wobei vorzugsweise innerhalb der unbeschichteten streifenförmigen Bereiche 111, 121 und in der Mitte der parallelen Streifen 110, 120 aus Elektrodenmaterial geschnitten wird.
Bei einer Auftragung von fünf parallelen Streifen auf beiden Seiten der Metallfolie 100 können somit insgesamt zehn beidseitig beschichtete bandförmige Elektrodenbänder gewonnen werden, die jeweils einen sich entlang einem ihrer Längsränder erstreckenden, beidseitig von Elektrodenmaterial unbedeckten Bereich aufweisen, der für eine Kontaktierung der Elektrodenbänder genutzt werden kann.
Durch die Ei nstellbarkeit der flexiblen Eindüsen-Beschichtungsköpfe 11 - 15, die in dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel für die Beschichtung der A-Seite verwendet werden, kann bei einem gegebenenfalls auftretenden Versatz während der Auftragung der Streifen 110, 120 auf beiden Seiten der Metallfolie die Auftragung auf der A-Seite korrigiert werden, so dass ein Spurversatz zuverlässig korrigiert und damit vermieden wird.
Fig.3 zeigt eine isometrische Darstellung der in Fig. 2 schematisch im Schnitt gezeigten Vorrichtung. Dabei sind die Eindüsen-Beschichtungsköpfe 11 - 15 versetzt und in zwei Reihen angeordnet. In der ersten Reihe sind die Eindüsen-Beschichtungsköpfe 11, 13 und 15 angeordnet, versetzt dazu sind in einerzweiten Reihe die Beschichtungsköpfe 12 und 14 angeordnet. In dieser besonders platzsparenden Anordnung der Eindüsen-Beschichtungsköpfe 11 - 15 können die Eindüsen-Beschichtungsköpfe 11 - 15 quer zur Laufrichtung der bandförmigen Metallfolie eingestellt werden, ohne dass sie sich gegenseitig behindern, so dass bei einem auftretenden Versatz zwischen den Spuren 110 und in den hier nicht sichtbaren Spuren 120 auf der gegenüberliegenden Seite der Metallfolie 100 der Spurauftrag auf der hier oben liegenden A-Seite bei den Spuren 110 korrigiert werden kann. Hier nicht dargestellt ist eine Sensorik, die den gegebenenfalls auftretenden Spurversatz zwischen den Spuren beziehungsweise Streifen 110 und 120 misst. Hierfür kann beispielsweise mehrere Kameras vorgesehen sein, die den Spurauftrag auf beiden Seiten der Metallfolie 100 überwacht.
Fig. 4 zeigt eine weitere Ausführungsform einer für die beidseitige Beschichtung gemäß der Erfindung geeigneten Vorrichtung. Vergleichbar mit der Vorrichtung, die in Fig. 2 gezeigt ist, sind in der hier gezeigten schematischen Schnittdarstellung ebenfalls zwei flexible Eindüsen-Beschichtungs- köpfe 11 und 12zu erkennen, die im Zusammenspiel mit der Beschichtungsrolle 20 zur Beschichtung der A-Seite der bandförmigen Metallfolie 100 eingerichtet sind. Hier nicht sichtbar sind die weiteren Eindüsen-Beschichtungsköpfe 13, 14 und 15, die verteilt über die Breite der zu beschichtenden Metallfolie 100 der A-Seite der Metallfolie 100 zugeordnet sind. Diese Eindüsen-Beschichtungsköpfe 11 - 15 sorgen für die mehrspurige Beschichtung in Form von mehreren parallelen Streifen 110 auf der A-Seite der Metallfolie 100. Auch hier wird die bereits einseitig beschichtete Metallfolie 100 über die Umlenkrolle 30 zu dem Mehrdüsen-Beschichtungskopf 16 zur Beschichtung der B-Seite der Metallfolie 100 zur Ausbildung der parallelen Streifen 120 aus Elektrodenmaterial auf der B-Seite der Metallfolie 100 geführt. Im Unterschied zu der in Fig. 2 schematisch im Schnitt gezeigten Vorrichtung ist bei derVorrichtung in Fig. 4 durch die Beschichtungsrolle 20 ein größerer Umlenkwinkel bei derzu beschichtenden Metallfolie 100 vorgesehen. Die flexiblen Eindüsen-Beschichtungsköpfe 11 - 15 sind dabei in einem anderen Winkel in Bezug zur Krümmung der Metallfolie 100 ausgerichtet.
Fig.5 zeigt eine isometrische Darstellung der Vorrichtung aus Fig.4, die mit entsprechenden Bezugszeichen versehen ist. Vergleichbar mit der Darstellung in Fig. 3 ist die versetzte Anordnung der Eindüsen-Beschichtungsköpfe 11 - 15 in zwei Reihen in Bezugzur Laufrichtung derzu beschichtenden Metallfolie 100 zu erkennen.
Fig. 6 illustriert in schematischer Schnittdarstellung eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur beidseitigen Beschichtung einer bandförmigen Metallfolie 100. In dieser Ausführungsform sind sowohl für die eine Seite (A-Seite) als auch für die andere Seite (B-Seite) mehrere flexible Eindüsen-Beschichtungsköpfe vorgesehen, wobei in dieser Darstellungjeweils zwei Eindüsen-Beschichtungsköpfe 11, 12 und 17, 18 dargestellt sind, die stellvertretend für beispielsweise jeweils fünf, versetzt zueinander angeordnete Eindüsen-Beschichtungsköpfe stehen.
Die Eindüsen-Beschichtungsköpfe 11, 12 und 17, 18 arbeiten jeweils gegen eine Beschichtungsrolle 20 bzw.40 und sorgen für einen Auftrag des Elektroden materials auf die bandförmige Metallfolie 100 in mehreren Spuren (Streifen), beispielsweise fünf Spuren (parallele Streifen 110) auf der A-Seite und nachfolgend auf der B-Seite. Da in diesem Ausführungsbeispiel auch bei der Beschichtung der B- Seite gegen eine Beschichtungsrolle gearbeitet wird, ist eine vorgeschaltete T rocknung der A-Seite vorgesehen.
Es handelt sich bei dieser Anordnung um einen Tandem-Coater mit zwei Multilane-Beschichtungs- kopfzonen, wobei in mindestens einer dieser Zonen die Beschichtungsköpfe 11, 12 und 17, 18 senkrecht zur Transportrichtung der Metallfolie verfahrbar, um Spurversatzkorrekturen flexibel vornehmen zu können.
Mittels des Sensors 25 kann geprüft werden, ob beim Auftrag der Beschichtung der A-Seite Streifen versetzt zu einer Sollposition auftreten. Mittels des Sensors 26 kann geprüft werden, ob ein Streifenversatz beim Auftrag der Beschichtung der B-Seite auftritt. Bei dem Sensor kann es sich beispielsweise eine Kamera handeln.
Bevor die Beschichtung der B-Seite erfolgt, durchläuft die auf der einen Seite bereits beschichtete Metallfolie 100 in dieser Ausführungsform eine erste Trocknungseinrichtung 50, bevor die einseitig beschichtete Metallfolie über eine Umlenkrolle 60 in den Bereich mit den Beschichtungsköpfen 17, 18 für die mehrspurige Beschichtung der B-Seite geführt wird.
Die beidseitig und mehrspurig beschichtete Metallfolie 100 läuft in Pfeilrichtung über einerweitere Rolle 70 weiter zu einer weiteren Trocknungseinrichtung 80. Anschließend, gegebenenfalls nach einer Kalandrierung (Verdichtung) des Elektrodenmaterials, kann die Metallfolie 100 in Längsrichtung mehrfach geschnitten werden, wobei vorzugsweise innerhalb der unbeschichteten streifenförmigen Bereiche 111, 121 und in der Mitte der parallelen Streifen 110, 120 aus Elektrodenmaterial geschnitten wird.
DiezwischengeschalteteTrocknungderA-Seite hat den besonderen Vorteil, dass auch an der bereits beschichteten A-Seite (Umlenk-)rollen angreifen können, so dass die Metallfolie so geführt werden kann, dass die Auftragsdüsen sowohl für die A-Seite als auch für die B-Seite von der Seite oder von oben auftragen können und nicht von unten, also entgegen der Schwerkraft, arbeiten müssen. Fig- 7 zeigt eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung, die in weiten Teilen mit der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform vergleichbar ist. Die entsprechenden Elemente der Vorrichtung sind mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
Im Unterschied zu der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform sind die Eindüsen-Beschichtungsköpfe 11, 12, 13, 14, 15 zusätzlich auch senkrecht zur Bahnebene (angedeutet durch Doppelpfeile) verfahrbar. Dies ermöglicht und/oder erleichtert eine intermittierende Beschichtung bei dem Auftrag der Spuren 110. Bevorzugt sind die einzelnen Eindüsen-Beschichtungsköpfe 11, 12, 13, 14, 15 unabhängig voneinander auch in dieser Richtung beweglich, so dass sie einzeln, je nach dem aufzutragenden Muster, hochgefahren und abgesenkt werden können. Fig. 8 illustriert in Form eines Fließschemas eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Die dabei als einzelne Schritte erläuterten Verfahrensmerkmale sind so zu verstehen, dass die Schritte zeitlich parallel in einem Durchlauf desVerfahrens zur beidseitigen Beschichtung der Metallfolie ablaufen können, wobei die zu beschichtende Metallfolie quasi als Endlosband kontinuierlich das Beschichtungsverfahren durchläuft. Die Abfolge der Schritte spiegelt da bei die räumliche Anordnung der entsprechenden Vorrichtungskomponenten, beispielsweise der entsprechenden Beschichtungsköpfe, zur Durchführung der Schritte innerhalb einer Beschichtungsvorrichtung wider.
Nach dem Bereitstellen der bandförmigen Metallfolie in Schritt 201 wird in einem Durchlaufverfahren eine streifenförmige Beschichtungauf der ersten Seite der Metallfolie (Schritt 202) und eine streifenförmige Beschichtung auf derzweiten Seite der Metallfolie (Schritt 203) aufgebracht. Schritt 202 und Schritt 203 werden simultan durchgeführt, indem entsprechende Beschichtungsköpfe auf beiden Seiten derdurchlaufenden Metallfolie ansetzen und gegebenenfalls mit in räumlichem Abstand zueinanderdie Beschichtung während eines Durchlaufs der Metallfolie auf die beiden Seiten der Metallfolie aufbringen. Im Schritt 204 wird während des Durchlaufs geprüft, ob ein Streifenversatz zwischen den Beschichtungen auf beiden Seiten der Metallfolie auftritt ist und/oder ob bei einem feststellbaren Streifenversatz ein vorbestimmter Schwellenwert überschritten wird. Diese Bestimmung des Streifenversatzes erfolgt insbesondere mit Hilfe von einem oder mehreren Sensoren. Sofern ein Streifenversatz bzw. ein Streifenversatz oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts festgestellt wird (Schritt 205), wird im Schritt 206 bei laufender Beschichtung eine Positionskorrektur der Beschichtungsköpfe für die Beschichtung der zweiten Seite der Metallfolie (Schritt 203) durchgeführt. Wenn im Schritt 204 kein Streifenversatz bzw. ein Streifenversatz unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts festgestellt wird, kann die Beschichtung der Metallfolie mit unveränderten Parametern fo rtgef ü h rt we rd e n . Fig. 9 illustriert in Form eines Fließschemas eine weitere bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens. Wie bei dem Fließschema gemäß Fig. 8 sind dabei die als einzelne Schritte erläuterten Verfahrensmerkmale so zu verstehen, dass die Schritte zeitlich überlappend in einem Durchlauf des Verfahrens zur beidseitigen Beschichtung der Metallfolie ablaufen, wobei die zu beschichtende Metallfolie quasi als Endlosband kontinuierlich das Beschichtungsverfahren durchläuft. Die Abfolge der Schritte spiegelt dabei die räumliche Anordnung der entsprechenden Vorrichtungskomponenten zur Durchführung der Schritte innerhalb einer Beschichtungsvorrichtung wider.
Nach dem Bereitstellen der bandförmigen Metallfolie in Schritt 301 erfolgt in einem Durchlaufverfahren das Aufbringen einer streifenförmigen Beschichtung der ersten Seite der Metallfolie (Schritt 302). Im Schritt 303 wird eine Bestimmung der Streifengrenzen und/oder Streifenpositionen bei der bereits erfolgten Beschichtung der ersten Seite vorgenommen. Im Schritt 304 erfolgt eine streifenförmige Beschichtung der zweiten Seite der Metallfolie. Schritt 302 und Schritt 304 werden vorzugsweise simultan durchgeführt, indem Beschichtungsköpfe auf beiden Seiten der Metallfolie ansetzen und gegebenenfalls mit in räumlichem Abstand zueinander die Beschichtungin einem Durchlauf der Metallfolie aufbringen. Die im Schritt 303 ermittelten Daten können im Schritt 305 in eine Positionskorrektur der Beschichtungsköpfe für die streifenförmige Beschichtung der zweiten Seite der Metallfolie im Schritt 304 einfließen. Im Schritt 306 wird geprüft, ob ein Streifenversatz beim Auftrag der Beschichtung der zweiten Seite auftritt ist und/oder ob bei einem feststellbaren Streifenversatz ein vorbestimmter Schwellenwert überschritten wird. Sofern ein Streifenversatz bzw. ein Streifenversatz oberhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts feststellbar ist (Schritt 307), fließt dies in die Positionskorrektur der Beschichtungsköpfe (Schritt 305) für die Beschichtung der zweiten Seite der Metallfolie (Schritt 304) ein. Wenn im Schritt 306 kein Streifenversatz bzw. ein Streifenversatz unterhalb eines vorbestimmten Schwellenwerts festgestellt wird, kann die Beschichtung der der Metallfolie mit unveränderten Parametern fortgeführt werden.
Die Bestimmung des Streifenversatzes in Schritt 303 und die Bestimmung der Streifengrenzen und/oder Streifenpositionen in Schritt 306 erfolgen insbesondere mit Hilfe von einem oder mehreren Sensoren, beispielsweise mit einer Kamera oder einem Kantensensor.

Claims

Patentansprüche Verfahren zur Herstellung von bandförmigen Elektroden, welche einen bandförmigen Stromkollektor umfassen, der beidseitig mit einer Schicht aus einem Elektrodenmaterial bedeckt ist und der beidseitig einen sich entlang einem seiner Längsränder erstreckenden, nicht mit dem Elektrodenmaterial bedeckten Bereich aufweist, umfassend die folgenden Verfahrensschritte: a. Bereitstellen einer bandförmigen Metallfolie (100), b. Beschichten der bandförmigen Metallfolie (100) mit einem Elektrodenmaterial in einem Durchlaufverfahren, wobei mehrere parallele Streifen (120) aus dem Elektrodenmaterial auf die erste Seite der bandförmigen Metallfolie (100) und eine gleiche Anzahl paralleler Streifen (110) aus dem Elektrodenmaterial auf die zweite Seite der bandförmigen Metallfolie (100) mittels Auftragsdüsen aufgebracht werden, so dass in Blickrichtung senkrecht zur bandförmigen Metallfolie(lOO) jeweils ein Streifen auf der ersten Seite (120) mit einem der Streifen auf der zweiten Seite (110) der bandförmigen Metallfolie (100) überlappt, wobei auf beiden Seiten zwischen unmittelbar benachbarten parallelen Streifen (110, 120) aus dem Elektrodenmaterial jeweils ein unbeschichteter streifenförmiger Bereich (111, 121) frei von dem Elektrodenmaterial bleibt, dadurch gekennzeichnet, dass c. die parallelen Streifen (110, 120) aus dem Elektrodenmaterial simultan auf die erste Seite und die zweite Seite der bandförmigen Metallfolie (100) aufgebracht werden, d. vorzugsweise mit Hilfe mindestens eines Sensors, erfasst wird, ob zwischen überlappenden Streifen (110, 120) auf der ersten Seite und der zweiten Seite ein Versatz auftritt und/oder ob ein Versatz einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet, und e. im Falle eines Versatzes zwischen überlappenden Streifen (110, 120) auf der ersten Seite und der zweiten Seite und/oder bei einem Überschreiten des vordefinierten Schwellenwerts für den Versatz die Position mindestens einer der Auftragsdüsen relativ zu der bandförmigen Metallfolie (100) korrigiert wird. Verfahren nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Die Aufbringung der Streifen (110) aus dem Elektrodenmaterial erfolgt auf mindestens einer der Seiten der bandförmigen Metallfolie (100) mittels mehrerer Eindüsen- Beschichtungsköpfe (11, 12, 13, 14, 15) mit jeweils einer Auftragsdüse, deren Positionen zueinander variiert werden können, b. die Eindüsen-Beschichtungsköpfe (11, 12, 13, 14, 15) sind jeweils senkrecht zur Durchlaufrichtung der bandförmigen Metallfolie (100) verschiebbar. Verfahren nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch die folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Die Aufbringung der Streifen (120) ausdem Elektrodenmaterial erfolgt auf der ersten Seite der bandförmigen Metallfolie mittels mindestens eines Mehrdüsen-Beschich- tungskopfes (16), der mehrere Auftragsdüsen in fixen Abständen zueinander umfasst, b. die Aufbringung der Streifen (110) aus dem Elektrodenmaterial erfolgt auf derzweiten Seite der bandförmigen Metallfolie (100) mittels der Eindüsen-Beschichtungsköpfe (11, 12, 13, 14, 15) mit jeweils einer Auftragsdüse, deren Positionen relativ zu anderen Auftragsdüsen variiert werden können. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Zur Erfassungeines mögliches Versatzes zwischen überlappenden Streifen (110, 120) auf der ersten Seite und derzweiten Seite der bandförmigen Metallfolie (100) werden der Abstand mindestens eines derStreifen (110, 120) von einem Längsrand der bandförmigen Metallfolie (100) und/oder eine Änderung dieses Abstands erfasst, b. zur Erfassung eines mögliches Versatzes zwischen überlappenden Streifen (110, 120) auf der ersten Seite und derzweiten Seite der bandförmigen Metallfolie (100) werden der Abstand mindestens eines der Streifen (110, 120) von einem benachbarten Streifen und/oder eine Änderung dieses Abstands erfasst, c. zur Erfassungeines möglichen Versatzes zwischen überlappenden Streifen (110, 120) auf der ersten Seite und derzweiten Seite der bandförmigen Metallfolie (100) werden die Mittellinien der Streifen (110, 120) und/oder eine Änderung der Mittellinien erfasst. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Nach der beidseitigen Beschichtung der bandförmigen Metallfolie erfolgt eine T rock- nung der Streifen aus dem Elektrodenmaterial, b. die T rocknung des Elektrodenmaterials erfolgt in einem Schwebetrockner. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Nach der beidseitigen Beschichtung der bandförmigen Metallfolie (100) und/oder nach der T rocknung des Elektrodenmaterials wird die mit dem Elektrodenmaterial beschichtete bandförmige Metallfolie (100) zur Ausbildung der bandförmigen Elektroden in Längsrichtung zertrennt, insbesondere geschnitten, b. Zur Zertrennung der bandförmigen Metallfolie (100) wird die Folie in Längsrichtung geschnitten, wobei ein Schnitt durch mindestens einen der unbeschichteten streifenförmigen Bereiche (111, 121), die zwischen benachbarten Streifen (110, 120) aus dem Elektrodenmaterial angeordnet sind, erfolgt, c. Zur Zertrennung der bandförmigen Metallfolie (100) wird die Folie in Längsrichtung geschnitten, wobei ein Schnitt durch mindestens einen der Streifen (110, 120) erfolgt. Vorrichtung zur Herstellung von bandförmigen Elektroden, welche einen bandförmigen Stromkollektor umfassen, der beidseitig mit einer Schicht aus einem Elektrodenmaterial bedeckt ist und der beidseitig einen sich entlang einem seiner Längsränder erstreckenden, nicht mit dem Elektrodenmaterial bedeckten Bereich aufweist, umfassend die folgenden Merkmale: a. Die Vorrichtung umfasst eine Förderstrecke zur Förderung einer bandförmigen Metallfolie (100), die eine erste und eine zweite Seite aufweist, in Richtung einer zur Längsrichtung des Metallfolie (100) parallelen Durchlaufrichtung, b. die Vorrichtung umfasst mehrere Auftragsdüsen, die zur Beschichtung der ersten Seite der bandförmigen Metallfolie (100) und der zweiten Seite der bandförmigen Metallfolien (100) mit einem Elektrodenmaterial dienen und entsprechend positioniert sind, c. die Auftragsdüsen sind derart positioniert, dass mehrere parallele Streifen (120) aus dem Elektrodenmaterial auf die erste Seite der bandförmigen Metallfolie (100) und eine gleiche Anzahl paralleler Streifen (110) aus dem Elektrodenmaterial auf die zweite Seite der bandförmigen Metallfolie (100) aufbringbar sind, so dass in Blickrichtung senkrecht zur bandförmigen Metallfolie (100) jeweils ein Streifen auf der ersten Seite (120) mit einem der Streifen auf der zweiten Seite (110) der bandförmigen Metallfolie (100) überlappt, wobei auf beiden Seiten zwischen unmittelbar benachbarten parallelen Streifen (110, 120) aus dem Elektrodenmaterial jeweils ein unbeschichteter streifenförmiger Bereich (111, 121) frei von dem Elektrodenmaterial bleibt, d. die Vorrichtung ist zur simultanen Beschichtung der ersten Seite und der zweiten Seite der bandförmigen Metallfolie (100) mittels der Auftragsdüsen eingerichtet, und e. die Vorrichtung ist derart eingerichtet, dass erfasst werden kann, ob zwischen überlappenden Streifen (110, 120) auf der ersten Seite und der zweiten Seite ein Versatz auftritt und/oder ob ein Versatz einen vordefinierten Schwellenwert überschreitet. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet durch mindestens eines derfolgenden zusätzlichen Merkmale: a. Die Vorrichtung umfasst mehrere Eindüsen-Beschichtungsköpfe (11, 12, 13, 14, 15) mit jeweils einer Auftragsdüse, deren Positionen zueinander variiert werden können, b. die Eindüsen-Beschichtungsköpfe (11, 12, 13, 14, 15) sind senkrecht zur Durchlaufrichtung der bandförmigen Metallfolie (100) verschiebbar. Vorrichtung nach Anspruch 7 oder Anspruch 8, gekennzeichnet durch die folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Die Vorrichtung umfasst mindestens einen Mehrdüsen-Beschichtungskopf (16), der mehrere Auftragsdüsen in fixen Abständen zueinander umfasst, wobei der mindestens eine Mehrdüsen-Beschichtungskopf (16) zur Beschichtung einer Seite der bandförmigen Metallfolie (100) ausgerichtet ist, b. die Vorrichtung umfasst mehrere Eindüsen-Beschichtungsköpfe (11, 12, 13, 14, 15) mit jeweils einer Auftragsdüse, deren Positionen zueinander variiert werden können, wobei die Eindüsen-Beschichtungsköpfe (11, 12, 13, 14, 15) zur Beschichtung der anderen Seite der bandförmigen Metallfolie (100) ausgerichtet sind. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder Anspruch 10, gekennzeichnetdurch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Die Eindüsen-Beschichtungsköpfe (11, 12, 13, 14, 15) sind bezogen auf die Durchlaufrichtung der zu beschichtenden bandförmigen Metallfolie (100) versetzt zueinander angeordnet, b. die Eindüsen-Beschichtungsköpfe (11, 12, 13, 14, 15) sind senkrecht zur Durchlaufrichtung der zu beschichtenden bandförmigen Metallfolie (100) in zwei Reihen angeordnet. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 10, gekennzeichnetdurch mindestens eines der folgenden zusätzlichen Merkmale: a. Die Vorrichtung umfasst eine Sensorik zur Erfassung eines möglichen Versatzes zwischen überlappenden Streifen (110, 120) auf der ersten Seite und der zweiten Seite der bandförmigen Metallfolie (100), b. die Vorrichtung umfasst eine Trocknungseinrichtung für die beschichtete bandförmige Metallfolie (100), vorzugsweise einen Schwebetrockner, c. die Vorrichtung umfasst eine Zertrenneinrichtung, insbesondere eine Schneideinrichtung, zum Zertrennen oder Schneiden der beschichteten bandförmigen Metallfolie (100) in Längsrichtung. Bandförmige Elektrode, die nach einem Verfahrens gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt wurde. Verwendung von bandförmigen Elektroden gemäß Anspruch 12 zur Herstellung eines elektrochemischen Energiespeicherelements. Elektrochemisches Energiespeicherelement, dadurch gekennzeichnet, dass das elektrochemische Energiespeicherelement mindestens eine bandförmige Elektrode umfasst, die nach einem Verfahren gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 hergestellt ist.
EP23703829.4A 2022-02-14 2023-02-14 Verfahren und vorrichtung zur herstellung von bandförmigen elektroden Pending EP4480015A1 (de)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP22156495.8A EP4228019A1 (de) 2022-02-14 2022-02-14 Verfahren und vorrichtung zur herstellung von bandförmigen elektroden
PCT/EP2023/053669 WO2023152402A1 (de) 2022-02-14 2023-02-14 Verfahren und vorrichtung zur herstellung von bandförmigen elektroden

Publications (1)

Publication Number Publication Date
EP4480015A1 true EP4480015A1 (de) 2024-12-25

Family

ID=80682631

Family Applications (2)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22156495.8A Pending EP4228019A1 (de) 2022-02-14 2022-02-14 Verfahren und vorrichtung zur herstellung von bandförmigen elektroden
EP23703829.4A Pending EP4480015A1 (de) 2022-02-14 2023-02-14 Verfahren und vorrichtung zur herstellung von bandförmigen elektroden

Family Applications Before (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
EP22156495.8A Pending EP4228019A1 (de) 2022-02-14 2022-02-14 Verfahren und vorrichtung zur herstellung von bandförmigen elektroden

Country Status (7)

Country Link
US (1) US20250219105A1 (de)
EP (2) EP4228019A1 (de)
JP (1) JP7842904B2 (de)
KR (1) KR20240140148A (de)
CN (1) CN118696425A (de)
CA (1) CA3251623A1 (de)
WO (1) WO2023152402A1 (de)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102024205623A1 (de) 2024-06-18 2025-12-18 Siemens Energy Global GmbH & Co. KG Verfahren zur Herstellung einer Elektrode auf einem Trägermaterial für eine elektrochemische Zelle sowie Beschichtungseinrichtung zur Durchführung des Verfahrens
CN121571340A (zh) * 2026-01-27 2026-02-27 宁德时代新能源科技股份有限公司 涂布设备及电池生产线

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001327906A (ja) * 2000-05-24 2001-11-27 Matsushita Electric Ind Co Ltd ストライプ塗布装置
JP5048090B2 (ja) * 2010-01-20 2012-10-17 中外炉工業株式会社 両面塗工装置
WO2013098969A1 (ja) * 2011-12-27 2013-07-04 株式会社 東芝 電極の製造方法及び非水電解質電池の製造方法
JP6632793B2 (ja) * 2014-06-13 2020-01-22 株式会社エンビジョンＡｅｓｃエナジーデバイス 二次電池用電極の製造方法および製造装置
JP6473644B2 (ja) * 2015-03-25 2019-02-20 株式会社Ｓｃｒｅｅｎホールディングス 塗工装置、塗工方法および塗膜形成システム
EP3258519A1 (de) 2016-06-16 2017-12-20 VARTA Microbattery GmbH Elektrochemische zelle mit optimiertem innenwiderstand
WO2019021863A1 (ja) * 2017-07-24 2019-01-31 株式会社村田製作所 二次電池の製造方法
EP3608028B1 (de) 2018-08-06 2020-12-23 VARTA Microbattery GmbH Schlitzventil, beschichtungsanlage und beschichtungsverfahren

Also Published As

Publication number Publication date
CN118696425A (zh) 2024-09-24
JP2025506301A (ja) 2025-03-07
JP7842904B2 (ja) 2026-04-08
CA3251623A1 (en) 2025-07-09
EP4228019A1 (de) 2023-08-16
WO2023152402A1 (de) 2023-08-17
US20250219105A1 (en) 2025-07-03
KR20240140148A (ko) 2024-09-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP2705556B1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung von elektrodenwickeln
DE69925532T2 (de) Elektrische Verbindungsanordnung in einer Lithium- Sekundärbatterie
DE202018006949U1 (de) Anodenelektrodenstruktur
EP3069404B1 (de) Elektrodenanordnung, verfahren zu ihrer herstellung und elektrochemische zelle
DE102012215198A1 (de) Elektrode und Verfahren zu ihrer Herstellung
WO2012013286A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung eines mehrschichtigen elektrodenaufbaus, galvanische zelle
EP4480015A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung von bandförmigen elektroden
WO2015188959A1 (de) Verfahren zur herstellung einer lithium-ionen-zelle mit wickelstruktur und zelle
DE102018111824B4 (de) Verfahren zur Herstellung eines gemusterten Elektrodenmaterials
DE102012224324B4 (de) Batteriezelle, Elektrodenmaterialschichtstapel und Verwendung eines Elektrodenmaterialschichtstapel in einer Batteriezelle
EP4016664B1 (de) Vorrichtung und verfahren zum verdichten von auf einem kollektorband aufgebrachtem elektrodenmaterial
WO2011042418A1 (de) Dünne batterie mit verbessertem innenwiderstand
WO2013097939A1 (de) Verfahren und system zur herstellung elektrochemischer zellen für elektrochemische energiespeicher
WO2020221483A1 (de) Verfahren und vorrichtung zur herstellung von elektroden für eine lithium-ionen-batterie
DE102011114613A1 (de) Anordnung für eine elektrochemische Zelle, Verfahren zu ihrer Herstellung, elektrochemische Zelle und Batterie
DE102023102649A1 (de) Kalander und Fügeverfahren zur Herstellung einer folienförmigen Elektrode
EP4411848A1 (de) Kalander und fügeverfahren zur herstellung einer folienförmigen elektrode
DE102015201548B4 (de) Verfahren zur Herstellung einer katalytisch beschichteten Membran sowie Membran-Elektroden-Einheit und Brennstoffzellenstapel mit einer solchen
DE102020111241A1 (de) Anode, Lithiumionenbatterie und Verfahren zum Herstellen einer Anode
DE102016214010A1 (de) Elektrode für sekundäre Energiespeicherzelle und Verfahren zur Herstellung derselben
EP3605697B1 (de) Verfahren zur herstellung eines elektroden-separator-wickels, elektroden-separator-wickel und knopfzelle mit einem solchen wickel
EP4425588A1 (de) Bandförmige elektrode für ein elektrochemisches energiespeicherelement
EP4498462A1 (de) Elektroden-separator-verbund für ein elektrochemisches energiespeicherelement
EP4411849A2 (de) Verfahren zur fertigung einer lithium-ionen-batteriezelle
WO2023148362A1 (de) Feststoffzellenbatterie sowie verfahren zur herstellung einer solchen feststoffbatterie

Legal Events

Date Code Title Description
STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: UNKNOWN

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: THE INTERNATIONAL PUBLICATION HAS BEEN MADE

PUAI Public reference made under article 153(3) epc to a published international application that has entered the european phase

Free format text: ORIGINAL CODE: 0009012

STAA Information on the status of an ep patent application or granted ep patent

Free format text: STATUS: REQUEST FOR EXAMINATION WAS MADE

17P Request for examination filed

Effective date: 20240903

AK Designated contracting states

Kind code of ref document: A1

Designated state(s): AL AT BE BG CH CY CZ DE DK EE ES FI FR GB GR HR HU IE IS IT LI LT LU LV MC ME MK MT NL NO PL PT RO RS SE SI SK SM TR

DAV Request for validation of the european patent (deleted)
DAX Request for extension of the european patent (deleted)