EP4494191A1 - Vorrichtung zur herstellung von einzelnen elektrodenblättern für eine energiezelle aus einer elektrodenbahn und verfahren - Google Patents

Vorrichtung zur herstellung von einzelnen elektrodenblättern für eine energiezelle aus einer elektrodenbahn und verfahren

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EP4494191A1
EP4494191A1 EP23710350.2A EP23710350A EP4494191A1 EP 4494191 A1 EP4494191 A1 EP 4494191A1 EP 23710350 A EP23710350 A EP 23710350A EP 4494191 A1 EP4494191 A1 EP 4494191A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
contour
cross
cutting device
electrode
cuts
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
EP23710350.2A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Dirk Zeuner
Michael Lüneburg
Michael Haul
Felix SEITZ
Hans-Peter SCHUHMACHER
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.)
Koerber Technologies GmbH
Original Assignee
Koerber Technologies GmbH
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Filing date
Publication date
Application filed by Koerber Technologies GmbH filed Critical Koerber Technologies GmbH
Publication of EP4494191A1 publication Critical patent/EP4494191A1/de
Pending legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • H01M4/00—Electrodes
    • H01M4/02—Electrodes composed of, or comprising, active material
    • H01M4/04—Processes of manufacture in general
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01M—PROCESSES OR MEANS, e.g. BATTERIES, FOR THE DIRECT CONVERSION OF CHEMICAL ENERGY INTO ELECTRICAL ENERGY
    • 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
    • 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
    • H01M4/86—Inert electrodes with catalytic activity, e.g. for fuel cells
    • H01M4/88—Processes of manufacture

Definitions

  • the present invention relates to a device for producing individual electrode sheets for an energy cell, in particular for a battery, from an electrode track according to the preamble of claim 1 and to a method for operating such a device according to the preamble of claim 11.
  • Energy cells or energy storage devices within the meaning of the invention are used, for example, in motor vehicles, other land vehicles, ships, aircraft or in stationary storage systems in the form of battery cells or fuel cells, in which very large amounts of energy have to be stored over long periods of time.
  • the object of the invention is to provide a device for producing individual electrode sheets for an energy cell, in particular for a battery, from an electrode web, which enables the highest possible production speed with sufficient quality and accuracy.
  • a device for producing individual electrode sheets for an energy cell, in particular for a battery, from an electrode track having a contour cutting device after an entrance area for the electrode track, which is used to create contour cuts on at least one of the two edges the electrode track is set up.
  • the device has a cross-cutting device behind, in particular behind in the conveying direction of the electrode web, the contour cutting device, which is set up to separate the electrode web into individual electrode sheets by creating cross sections, the device having conveying means for unrolled transport of the electrode web from the contour cutting device to the cross-cutting device.
  • the electrode track is preferably a conductive electrode film made of metal, which is further preferably coated with an active anode or cathode material. Furthermore, the anode or cathode material is preferably already calendered on the electrode film, so that the electrode sheets separated from the electrode web can then be fed to a process for forming an energy cell or battery.
  • the electrode web is conveyed in one conveying direction and is preferably endless. A contour cut on the edges of the electrode tracks is a cut which fundamentally at least not completely separates the electrode track transversely to the conveying direction. Accordingly, the contour cutting device does not separate it into electrode sheets and the electrode web remains as such until it reaches the cross-cutting device.
  • the contour cut is made on at least one of the two edges of the electrode track, so that, for example, a connecting tab (tab) for electrical contacting can be formed on one of the edges. Furthermore, in particular, roundings of the corners or shoulders for the later electrode sheets can be formed by the contour cuts.
  • the contour cuts have a longitudinal section component, ie along the conveying direction parallel to the course of the electrode track, and a cross-sectional component, which accordingly runs perpendicular to the conveying direction.
  • the contour cuts produced can in particular also be referred to as benefits or notching.
  • the corners of electrode sheets that are still connected in this state are rounded, so that a tapered area results at the later planned dividing line of the electrode sheets.
  • These tapering areas are preferably repeated on both edges at a distance of the intended width of the individual electrode sheets.
  • the cross-cutting device separates the intended electrode sheets from the electrode track through the cross section.
  • the position of the cross sections relative to the previous contour cuts is crucial in order to achieve the intended geometry of the electrode sheets produced. This can be done advantageously by transporting the electrode web from the contour cutting device to the unrolled device
  • Cross cutting device can be achieved.
  • the contour cutting device and cross-cutting device can thereby be well adjusted to one another, since direct adjustment to one another is made possible by avoiding rolling up during transport or for transport.
  • the electrode web is preferably conveyed directly from the contour cutting device to the cross-cutting device without additional deflections, for example on driven and/or undriven rollers. In alternative embodiments, as few deflections as possible are provided in order to keep the path length of the electrode path between the contour cutting device and the cross-cutting device short.
  • the proposed device enables a joint production of contour cuts and cross sections, whereby the respective cuts can be adjusted particularly well to one another by avoiding a transfer in the rolled-up state by transporting the electrode web in the unrolled state from the contour cutting device to the cross-cutting device.
  • This can also be further promoted by a small distance in terms of the path length of the electrode path between the contour cutting device and the cross-cutting device, since additional tolerances can be reduced, for example by stretching the electrode path. Due to the improved adjustability, electrode sheets can be produced with high accuracy in terms of geometry even at higher production speeds.
  • the contour cutting device and the cross-cutting device are set up for synchronized operation with one another. Accordingly, the contour cutting device and the cross cutting device Device preferably has the same working speed and the same working cycle.
  • the device has a measuring device which is set up to determine the position of contour cuts or features of contour cuts relative to cross sections or relative to the cross-cutting device.
  • contour cuts can, for example, be sections with pure cross-sectional components, for example on a connecting lug.
  • particularly suitable features of contour cuts are tapering contours in the unseparated state or roundings or shoulders with tapering radii in the separated state of the electrode sheets.
  • the measuring device preferably measures the position of the contour cut relative to the cross-cutting device, in particular in the unseparated state of the electrode track.
  • the measuring device measures the position of the contour cut relative to the cross section, in particular the position of a tapering radius of the contour cut in the transition to a cross section. If the cross section is not exactly at the intersection of the two preferred corner radii of two electrode sheets, a pointed, needle-like and sharp-edged strip is formed.
  • Such stripes represent an error pattern that must be avoided in any case, since movements or vibrations of the cell stack can damage the separator film, which could lead to battery cell failure. Determining the position by means of the measuring device enables, among other things, precise setting or adjustment of the contour cutting device or the contour cuts to the cross-cutting device or to the cross sections. Furthermore, electrode sheets with a corresponding error can be thrown out of the production process become.
  • a dancer unit is provided between the contour cutting device and the cross-cutting device for adjusting the position of the contour cuts or the position of features of the contour cuts relative to cross sections. Using the dancer unit, fine adjustment or adjustment of the contour cuts and cross sections to one another can be achieved in a simple manner by adjusting the web tension of the electrode web.
  • the conveying means include conveyor rollers which can be driven at different circumferential speeds to adjust the position of the contour cuts or the position of features of the contour cuts relative to cross sections. Accordingly, it is possible to adjust the web tension of the electrode web and thus also the position of the contour cuts and the cross sections relative to one another very precisely using the resulting slip on individual conveyor rollers.
  • the contour cutting device is set up to adjust the position of the contour cuts or the position of features of the contour cuts relative to the cross-cutting device. Due to the unrolled transport of the electrode web from the contour cutting device to the cross-cutting device, such an adjustment enables the precise adjustment of contour cuts to cross sections.
  • the cross-cutting device be used to adjust the position of the Cross sections are set up relative to the contour cutting device.
  • such an adjustment can also enable the precise adjustment of contour cuts to cross sections due to the unrolled transport of the electrode web from the contour cutting device to the cross cutting device.
  • the device has a control device which is set up to regulate the position of the contour cuts or the position of features of the contour cuts relative to the cross sections of the cross-cutting device on the basis of the position determination.
  • control device preferably receives the position of the contour cuts or the features of the contour cuts relative to the cross sections or to the cross-cutting device determined by the measuring device. Furthermore, the control device controls, for example, the proposed dancer unit, the driven conveyor rollers and/or other proposed measures for adjusting the position of the contour cuts in relation to the cross sections. This means that the position of the contour cuts in relation to the cross sections can be regulated during the manufacturing process, which significantly reduces the corresponding error patterns.
  • control device enables a significantly higher path speed of the electrode path or a significantly increased production speed.
  • the device has a stacking device which is set up to stack the isolated electrode sheets with further sheets. This allows both For example, the conveying paths are kept particularly short, so that cell stacks for energy cells or battery cells can be formed from the isolated electrode sheets and the other sheets.
  • a rotary cutter which is set up to longitudinally cut a plurality of electrode tracks from an electrode roll.
  • the electron tracks can be cut lengthways (slitting), for example when unrolling, and then fed to the contour cutting device or several contour cutting devices.
  • a high production speed can be achieved with at the same time high quality and dimensional accuracy of the cuts, in particular the individual cuts relative to one another.
  • the cutting of contour cuts by the contour cutting device and the cutting of cross sections by the cross-cutting device direction is synchronized.
  • the contour cutting device and the cross-cutting device therefore preferably work in cycle, with the cross-cutting device setting the cycle in advantageous embodiments.
  • the position of a contour section or a feature of a contour section relative to a nearest cross section is measured by the measuring device. In this way, the coordination of the contour cutting device with the cross-cutting device can be recorded and thus also evaluated.
  • the position of the respective contour cuts or the respective features of the contour cuts relative to the closest cross section is regulated to a relative target position to one another by a control device.
  • the control enables a very high production speed and is suitable for dynamic adjustment of the contour cuts and cross sections to one another, even with different production speeds or changes in production speed. Overall, significantly higher production speeds can be achieved.
  • a dancer unit for regulating the position of the respective contour cuts or the respective features of the contour cuts relative to the closest cross section is adjusted to a relative target position to one another. This makes it easy to achieve a target position relative to one another.
  • conveyor rollers of the conveyor have differential circumferential speeds Controlling the position of the respective contour cuts or the respective features of the contour cuts relative to the closest cross section is driven to a relative target position to one another.
  • the resulting slip of the electrode track on the respective conveyor rollers can be used to change the tension of the electrode track, which changes the position of the contour cuts in relation to the cross sections.
  • Fig. 1 is a schematic representation of a device for producing individual electrode sheets from an electrode web
  • Fig. 2 shows an electrode track with contour cuts on both sides
  • Fig. 3 shows an electrode track and isolated electrode sheets
  • Fig. 4 shows a possible error pattern when transitioning from contour section to cross section
  • FIG. 5 shows a device with a measuring device, control device and dancer unit
  • FIG. 1 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of a device 10 for producing individual electrical denblatten 11 for an energy cell, in particular a battery, from an electrode track 12.
  • the battery can, for example, be a Li-ion battery with anode and cathode sheets as electrode sheets, which are stacked with corresponding separator sheets.
  • the electrode web 12 runs in a conveying direction, see symbolic arrow in FIG Figure 2.
  • the electrode web 12 provided with the contour cuts 15, 16 is conveyed as a web in the unrolled state to the cross-cutting device 19 within the same device 10 or machine by the conveying means 21, which can comprise, for example, one or more conveyor rollers 24.
  • the cross-cutting device 19 separates the electrode web 12 into electrode sheets 11 through cross sections 20, see Figure 3.
  • contour cuts 15, 16 run on the edges 17, 18 of the electrode track 12, and overall have longitudinal section components parallel to the conveying direction and cross-sectional components perpendicular to the conveying direction.
  • the contour cut 15 on the edge 17 is carried out to form connecting tabs 30 and roundings
  • the contour cut 16 on the edge 18 only has corresponding rounding 31 for the corners of the later electrode sheets 11.
  • the adjacent roundings 31 typically run along the intended dividing line between two later electrode sheets 11, forming a tapered contour
  • Figure 3 also shows the electrode track 12 in a top view, with the cross sections 20 made by the cross-cutting device 19 and the additional spacing of the individual electrode sheets 11 from one another in this exemplary embodiment being visible.
  • the cross section 20 which separates the electrode sheets 11 from the electrode track 12, runs through the tapered contours 32, so that the geometry of the electrode sheets has rounded corners or roundings 31.
  • the roundings 31 can also be referred to as a shoulder on the side of the contour cut 15, each with a connecting lug 30.
  • the cross section 20 ideally runs through the tapered contour 32. As shown schematically on the left in FIG , connects and therefore does not run through the two tapered contours 32, which generally represent a possible feature of a contour cut 15, 16.
  • the device 10 has a measuring device 22, see also FIG is set up.
  • a measuring device 22 for example, quality control and a corresponding adjustment of the device 10 can be carried out in a simple manner.
  • the device 10 has a control device 25, which preferably detects the position of the respective contour cut 15, 16 relative to the cross section 20 determined by the measuring device 25 and the position of the contour cuts 15, 16 relative to the cross section 20 to a target position relative to one another regulates.
  • the control device 25 regulates, for example, a dancer unit 23, which influences the web tension of the electrode web 12 accordingly. Due to this regulation, it can be ensured that, for example, the cross sections 20 each lie in the tapered contour 32 or the tapered contours 32 on both sides of the electrode track 12. By regulating the control device 25, the web and production speed can be increased significantly.
  • a further exemplary embodiment of a device 10 is shown schematically, which has a roller cutter 28 on the input side, which cuts several electrode tracks 12 from an electrode roll 29. These electrode tracks 12 are then separated from one another with a contour cut 15, 16 and a cross section 20 for isolation Mistake.
  • the device 10 can be set up to process several electrode tracks 12 in parallel or to produce electrode sheets 11.
  • a stacking device 26 of the device 10 in which the produced electrode sheets 11 are stacked with further sheets 27, for example with complementary electrode sheets, ie anode or cathode sheets and separator sheets 26.
  • the stacks produced by the stacking device can be, for example, one or more dry mono cells of a battery.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung (10) zur Herstellung von einzelnen Elektrodenblättern (11) für eine Energiezelle, insbesondere für eine Batterie, aus einer Elektrodenbahn (12), wobei die Vorrichtung (10) nach einem Eingangsbereich (13) für die Elektrodenbahn (12) eine Konturschneidevorrichtung (14) aufweist, welche zur Erstellung von Konturschnitten (15, 16) an wenigstens einer der beiden Kanten (17, 18) der Elektrodenbahn (12) eingerichtet ist. Die Vorrichtung (10) weist hinter der Konturschneidevorrichtung (14) eine Querschneidevorrichtung (19) auf, welche zum Vereinzeln der Elektrodenbahn (12) in einzelne Elektrodenblätter (11) durch Erstellung von Querschnitten (20) eingerichtet ist, wobei die Vorrichtung (10) Fördermittel (21) zum unaufgerollten Transport der Elektrodenbahn (12) von der Konturschneidevorrichtung (14) zu der Querschneidevorrichtung (19) aufweist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein korrespondierendes Verfahren.

Description

Vorrichtung zur Herstellung von einzelnen Elektrodenblättern für eine Energiezelle aus einer Elektrodenbahn und Verfahren
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Herstellung von einzelnen Elektrodenblättern für eine Energiezelle, insbesondere für eine Batterie, aus einer Elektrodenbahn nach dem Oberbegriff von Anspruch 1 sowie ein Verfahren zum Betrieb einer solchen Vorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 11.
Energiezellen oder auch Energiespeicher im Sinne der Erfindung werden z.B. in Kraftfahrzeugen, sonstigen Landfahrzeugen, Schiffen, Flugzeugen oder auch in stationären Speicheranlagen in Form von Batteriezellen oder Brennstoffzellen verwendet, bei denen sehr große Energiemengen über größere Zeiträume gespeichert werden müssen.
Für die Bereitstellung einer ausreichenden Menge an Energiezellen, insbesondere Batteriezellen, sind massentaugliche Fertigungstechnologien mit hohen Produktionsgeschwindigkeiten erforderlich. Dabei stellt unter anderem die Konfektionierung von Elektrodenbahnen zu fertigen Zellstapeln bzw. Energie- oder Batteriezellen eine Herausforderung dar. Bei der Herstellung von einzelnen Elektrodenblättern aus Elektrodenbahnen für eine gestapelte Anordnung gewinnen Trennprozesse eine besondere Bedeutung. An derartige Trennprozesse sind hohe Anforderungen gestellt, um die für eine Massenproduktion erforderliche Produktionsgeschwindigkeit bei möglichst hoher Produktqualität zu erreichen. Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde eine Vorrichtung zur Herstellung von einzelnen Elektrodenblättern für eine Energiezelle, insbesondere für eine Batterie, aus einer Elektrodenbahn anzugeben, welche eine möglichst hohe Produktionsgeschwindigkeit bei ausreichender Qualität und Genauigkeit ermöglicht.
Zur Lösung der Aufgabe wird eine Vorrichtung zur Herstellung von einzelnen Elektrodenblättern für eine Energiezelle, insbesondere für eine Batterie, aus einer Elektrodenbahn vorgeschlagen, wobei die Vorrichtung nach einem Eingangsbereich für die Elektrodenbahn eine Konturschneidevorrichtung aufweist, welche zur Erstellung von Konturschnitten an wenigstens einer der beiden Kanten der Elektrodenbahn eingerichtet ist. Die Vorrichtung weist hinter, insbesondere hinter in Förderrichtung der Elektrodenbahn, der Konturschneidevorrichtung eine Querschneidevorrichtung auf, welche zum Vereinzeln der Elektrodenbahn in einzelne Elektrodenblätter durch Erstellung von Querschnitten eingerichtet ist, wobei die Vorrichtung Fördermittel zum unaufgerollten Transport der Elektrodenbahn von der Konturschneidevorrichtung zu der Querschneidevorrichtung aufweist.
Bei der Elektrodenbahn handelt es sich vorzugsweise um eine leitfähige Elektrodenfolie aus Metall, welche weiterhin vorzugsweise mit einem aktiven Anoden- oder Kathodenmaterial beschichtet ist. Weiterhin vorzugsweise ist das Anoden- oder Kathodenmaterial auf der Elektrodenfolie bereits kalandriert, so dass die aus der Elektrodenbahn vereinzelten Elektrodenblätter anschließend einem Prozess zur Bildung einer Energiezelle bzw. Batterie zugeführt werden können. Die Elektrodenbahn wird in einer Förderrichtung gefördert und ist vorzugsweise endlos. Bei einem Konturschnitt an den Kanten der Elektrodenbahnen handelt es sich um einen Schnitt, welcher die Elektrodenbahn grundsätzlich zumindest nicht vollständig quer zur Förderrichtung trennt. Dementsprechend erfolgt durch die Konturschneidevorrichtung keine Vereinzelung zu Elektrodenblättern und die Elektrodenbahn bleibt als solche bis zur Querschneidevorrichtung erhalten. Der Konturschnitt erfolgt an wenigstens einer der beiden Kanten der Elektrodenbahn, so dass beispielsweise an einer der Kanten eine Anschlussfahne (tab) zur elektrischen Kontaktierung gebildet werden kann. Weiterhin können insbesondere auch Verrundungen der Ecken oder auch Schultern für die späteren Elektrodenblätter durch die Konturschnitte gebildet werden. Die Konturschnitte weisen hierbei eine Längsschnittkomponente, d.h. entlang der Förderrichtung parallel zum Verlauf der Elektrodenbahn, und eine Querschnittkomponente, welche dementsprechend senkrecht zur Förderrichtung verläuft, auf. Die hergestellten Konturschnitte können insbesondere auch als Nutzen bzw. notching bezeichnet werden.
Bei einem typischen Konturschnitt werden die Ecken von in diesem Zustand noch zusammenhängenden Elektrodenblättern verrundet, so dass sich ein spitzzulaufender Bereich an der später vorgesehenen Trennlinie der Elektrodenblätter ergibt. Diese spitzzulaufenden Bereiche wiederholen sich vorzugsweise an beiden Kanten im Abstand der vorgesehenen Breite der einzelnen Elektrodenblätter.
Die Querschneidevorrichtung trennt die vorgesehenen Elektrodenblätter durch den Querschnitt von der Elektrodenbahn. Die Lage der Querschnitte zu den vorherigen Konturschnitten ist entscheidend, um eine vorgesehene Geometrie der hergestellten Elektrodenblätter zu erreichen. Dies kann vorteilhaft durch den unaufgerollten Transport der Elektrodenbahn von der Konturschneidevorrichtung zu der Querschneideeinrichtung erreicht werden. Die Konturschneidevorrichtung und Querschneideeinrichtung können hierdurch gut zueinander eingestellt werden, da durch die Vermeidung des Aufrollens im Transport oder für den Transport eine direkte Einstellung zueinander ermöglicht wird. Die Elektrodenbahn wird vorzugsweise direkt ohne zusätzliche Umlenkungen von der Konturschneidevorrichtung zu der Querschneidevorrichtung gefördert, beispielsweise auf angetriebenen und/oder unangetriebenen Rollen. In alternativen Ausführungsformen sind möglichst wenige Umlenkungen vorgesehen, um die Bahnlänge der Elektrodenbahn zwischen der Konturschneidevorrichtung und der Querschneidervorrichtung kurz zu halten.
Die vorgeschlagene Vorrichtung ermöglicht eine gemeinsame Fertigung von Konturschnitten und Querschnitten, wobei durch die Vermeidung eines Transfers im aufgerollten Zustand durch den Transport der Elektrodenbahn im unaufgerollten Zustand von der Konturschneidevorrichtung zur Querschneidevorrichtung die jeweiligen Schnitte besonders gut zueinander einstellbar sind. Dies kann zudem weiter durch einen geringen Abstand im Sinne der Bahnlänge der Elektrodenbahn zwischen Konturschneidevorrichtung und Querschneidevorrichtung begünstigt werden, da zusätzliche Toleranzen beispielsweise durch Dehnungen der Elektrodenbahn verringert werden können. Aufgrund der verbesserten Ei nstel I barkeit können Elektrodenblätter mit hoher Genauigkeit in Bezug auf die Geometrie auch bei höheren Produktionsgeschwindigkeit hergestellt werden.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die Konturschneidevorrichtung und die Querschneidevorrichtung zum synchronisierten Betrieb miteinander eingerichtet sind. Dementsprechend weisen die Konturschneidevorrichtung und die Querschneide- Vorrichtung vorzugsweise die gleiche Arbeitsgeschwindigkeit und den gleichen Arbeitstakt auf.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Messvorrichtung aufweist, welche zur Lagebestimmung von Konturschnitten oder Merkmalen von Konturschnitten relativ zu Querschnitten oder relativ zur Querschneidevorrichtung eingerichtet ist.
Merkmale von Konturschnitten können beispielsweise Abschnitte mit reinen Querschnittkomponenten, beispielsweise an einer Anschlussfahne, sein. Als Merkmal von Konturschnitten eignen sich jedoch insbesondere spitzzulaufende Konturen im ungetrennten Zustand oder Verrundungen bzw. Schultern mit auslaufenden Radien im getrennten Zustand der Elektrodenblätter. Die Messvorrichtung misst vorzugsweise die Lage des Konturschnitts relativ zur Querschneidevorrichtung, insbesondere im unvereinzelten Zustand der Elektrodenbahn. In einer bevorzugten Ausführungsform misst die Messvorrichtung die Lage des Konturschnitts zum Querschnitt, insbesondere die Lage eines auslaufenden Radius des Konturschnitts im Übergang zu einem Querschnitt. Sollte der Querschnitt nicht genau am Schnittpunkt der beiden bevorzugten Eckradien von zwei Elektrodenblättern liegen, bildet sich ein spitzer, nadelartiger und scharfkantiger Streifen. Derartige Streifen stellen ein Fehlerbild dar, welches es in jedem Fall zu vermeiden gilt, da bei Bewegungen oder Vibrationen des Zellstapels die Separatorfolie beschädigt werden kann, was zum Versagen der Batteriezelle führen könnte. Die Lagebestimmung mittels der Messvorrichtung ermöglicht unter anderem eine genaue Einstellung bzw. Justage der Konturschneidevorrichtung bzw. der Konturschnitte zur Querschneidevorrichtung bzw. zu den Querschnitten. Weiterhin können Elektrodenblätter mit einem entsprechenden Fehler aus dem Produktionsprozess ausgeworfen werden.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass zwischen der Konturschneidevorrichtung und der Querschneidevorrichtung eine Tänzereinheit zur Einstellung der Lage der Konturschnitte oder der Lage von Merkmalen der Konturschnitte relativ zu Querschnitten vorgesehen ist. Mittels der Tänzereinheit kann in einfacher Weise eine Feinjustage oder Einstellung der Konturschnitte und Querschnitte zueinander durch eine Einstellung der Bahnspannung der Elektrodenbahn erreicht werden.
Es wird weiterhin vorgeschlagen, dass die Fördermittel Förderrollen umfassen, welche zur Einstellung der Lage der Konturschnitte oder der Lage von Merkmalen der Konturschnitte relativ zu Querschnitten mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten antreibbar sind. Dementsprechend ist es möglich über den resultierenden Schlupf auf einzelnen Förderrollen die Bahnspannung der Elektrodenbahn und somit auch die Lage der Konturschnitte und der Querschnitte zueinander sehr genau einzustellen.
In einer vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Konturschneidevorrichtung zur Verstellung der Lage der Konturschnitte oder der Lage von Merkmalen der Konturschnitte relativ zur Querschneidevorrichtung eingerichtet ist. Aufgrund des unaufgerollten Transports der Elektrodenbahn von der Konturschneidevorrichtung zu der Querschneidevorrichtung ermöglicht eine derartige Verstellung die genaue Justierung von Konturschnitten zu Querschnitten.
In einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass die Querschneidevorrichtung zur Verstellung der Lage der Querschnitte relativ zur Konturschneidevorrichtung eingerichtet ist. In dieser Ausführungsform kann ebenfalls aufgrund des unaufgerollten Transports der Elektrodenbahn von der Konturschneidevorrichtung zu der Querschneidevorrichtung eine derartige Verstellung die genaue Justierung von Konturschnitten zu Querschnitten ermöglichen.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Regeleinrichtung aufweist, welche zur Regelung der Lage der Konturschnitte oder der Lage von Merkmalen der Konturschnitte relativ zu den Querschnitten der Querschneidevorrichtung auf Basis der Lagebestimmung eingerichtet ist.
Die Regeleinrichtung empfängt hierzu vorzugsweise die von der Messvorrichtung bestimmte Lage der Konturschnitte oder der Merkmale der Konturschnitte relativ zu den Querschnitten oder zur Querschneidevorrichtung. Ferner steuert die Regeleinrichtung beispielsweise die vorgeschlagene Tänzereinheit, die angetriebenen Förderrollen und/oder weitere vorgeschlagene Maßnahmen zur Einstellung der Lage der Konturschnitte zu den Querschnitten. Somit kann die Lage der Konturschnitte zu den Querschnitten während des Herstellungsprozesses geregelt werden, was die entsprechenden Fehlerbilder deutlich verringert.
Insbesondere ermöglicht die Regelvorrichtung eine deutlich höhere Bahngeschwindigkeit der Elektrodenbahn bzw. eine deutlich erhöhte Produktionsgeschwindigkeit.
Es wird ferner vorgeschlagen, dass die Vorrichtung eine Stapelvorrichtung aufweist, welche zum Stapeln der vereinzelten Elektrodenblätter mit weiteren Blättern eingerichtet ist. Hierdurch können bei- spielsweise die Förderwege besonders kurzgehalten werden, so dass aus den vereinzelten Elektrodenblättern und den weiteren Blättern Zellstapel für Energiezellen oder Batteriezellen gebildet werden können.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist ein Rollenschneider vorgesehen, welcher zum Längsschneiden einer Mehrzahl Elektrodenbahnen aus einer Elektrodenrolle eingerichtet ist. Mittels des Rollenschneiders können die Elektronenbahnen beispielsweise beim Abrollen längs geschnitten (slitting) und anschließend der Konturschneidevorrichtung oder mehreren Konturschneidevorrichtungen zugeführt werden.
Zur Lösung der Aufgabe wird weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 mit den folgenden Schritten vorgeschlagen:
- Schneiden von Konturschnitten an wenigstens einer der beiden Kanten der Elektrodenbahn durch die Konturschneidevorrichtung;
- Fördern der Elektrodenbahn im unaufgerollten Zustand von der Konturschneidevorrichtung zur Querschneidevorrichtung;
- Schneiden von Querschnitten und Vereinzeln der Elektrodenbahn zu einzelnen Elektrodenblättern durch die Querschneidevorrichtung.
Mittels der vorgeschlagenen Schritte in der Vorrichtung kann eine hohe Produktionsgeschwindigkeit mit gleichzeitig hoher Qualität und Maßhaltigkeit der Schnitte, insbesondere der einzelnen Schnitte zueinander, erreicht werden.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass das Schneiden von Konturschnitten durch die Konturschneidevorrichtung und das Schneiden von Querschnitten durch die Querschneidevor- richtung synchronisiert erfolgt. Die Konturscheidevorrichtung und die Querschneidevorrichtung arbeitet daher vorzugsweise im Takt, wobei die Querschneidevorrichtung in vorteilhaften Ausführungsformen den Takt vorgibt.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Lage jeweils eines Konturschnitts oder eines Merkmals eines Konturschnitts zu einem nächstliegenden Querschnitt durch die Messvorrichtung gemessen. Hierdurch kann unmittelbar die Abstimmung der Konturschneidevorrichtung zur Querschneidevorrichtung erfasst und somit auch bewertet werden.
Gemäß einer Weiterentwicklung wird vorgeschlagen, dass die Lage der jeweiligen Konturschnitte oder der jeweiligen Merkmale der Konturschnitte relativ zu dem jeweils nächstliegenden Querschnitt auf eine relative Ziellage zueinander durch eine Regeleinrichtung geregelt wird. Die Regelung ermöglicht eine sehr hohe Produktionsgeschwindigkeit und eignet sich auch bei unterschiedlichen Produktionsgeschwindigkeiten oder Änderungen der Produktionsgeschwindigkeit für eine dynamische Anpassung der Konturschnitte und Querschnitte zueinander. Insgesamt können somit deutlich höhere Produktionsgeschwindigkeiten erreicht werden.
Vorzugsweise wird eine Tänzereinheit zum Regeln der Lage der jeweiligen Konturschnitte oder der jeweiligen Merkmale der Konturschnitte relativ zu dem jeweils nächstliegenden Querschnitt auf eine relative Ziellage zueinander verstellt. Hierdurch kann in einfacher Weise auf eine Ziellage zueinander geregelt werden.
In einer weiteren möglichen Ausführungsform werden Förderrollen des Fördermittels mit differentiellen Umfangsgeschwindigkeiten zum Regeln der Lage der jeweiligen Konturschnitte oder der jeweiligen Merkmale der Konturschnitte relativ zu dem jeweils nächstliegenden Querschnitt auf eine relative Ziellage zueinander angetrieben. Der resultierende Schlupf der Elektrodenbahn auf den jeweiligen Förderrollen kann zur Veränderung der Spannung der Elektrodenbahn genutzt werden, was die Lage der Konturschnitte zu den Querschnitten verändert.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren erläutert. Dabei zeigt
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zur Herstellung von einzelne Elektrodenblättern aus einer Elektrodenbahn;
Fig. 2 eine Elektrodenbahn mit beidseitigen Konturschnitten;
Fig. 3 eine Elektrodenbahn und vereinzelte Elektrodenblätter;
Fig. 4 ein mögliches Fehlerbild beim Übergang von Konturschnitt zu Querschnitt;
Fig. 5 eine Vorrichtung mit Messvorrichtung, Regeleinrichtung und Tänzereinheit; und
Fig. 6 eine Vorrichtung mit Rollenschneider und Stapelvorrichtung.
Figur 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels einer Vorrichtung 10 zur Herstellung von einzelnen Elektro- denblättern 11 für eine Energiezelle, insbesondere eine Batterie, aus einer Elektrodenbahn 12. Die Batterie kann beispielsweise eine Li-Ionen Batterie mit Anoden- und Kathodenblättern als Elektrodenblätter sein, welche mit entsprechenden Separatorblättern gestapelt vorliegen. Die Elektrodenbahn 12 läuft in einer Förderrichtung, siehe symbolischen Pfeil in der Figur 1 , durch den Eingangsbereich 13 der Vorrichtung 10 zu einer Konturschneidevorrichtung 14, welche in diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel beidseitig an den Kanten 17, 18 der Elektrodenbahn 12 die Konturschnitte 15 und 16, siehe Figur 2, vornimmt. Die mit den Konturschnitten 15, 16 versehene Elektrodenbahn 12 wird durch das Fördermittel 21 , welches beispielsweise eine oder mehrere Förderrollen 24 umfassen kann, als Bahn im unaufgerollten Zustand zu der Querschneidevorrichtung 19 innerhalb der gleichen Vorrichtung 10 bzw. Maschine gefördert. Die Querschneideeinrichtung 19 vereinzelt die Elektrodenbahn 12 zu Elektrodenblättern 11 durch Querschnitte 20, siehe Figur 3.
In Figur 2 ist beispielhaft eine Elektrodenbahn 12 in einer Aufsicht hinter bzw. nach dem Durchlaufen der Konturschneidevorrichtung 14 gezeigt. Die Konturschnitte 15, 16 verlaufen an den Kanten 17, 18 der Elektrodenbahn 12, und weisen insgesamt Längsschnittkomponenten parallel zur Förderrichtung und Querschnittkomponenten senkrecht zur Förderrichtung auf. Der Konturschnitt 15 an der Kante 17 erfolgt unter Bildung von Anschlussfahnen 30 und Verrundungen
31 an den Ecken der späteren Elektrodenblätter 11. Der Konturschnitt 16 an der Kante 18 weist lediglich entsprechende Verrun- dung 31 für die Ecken der späteren Elektrodenblätter 11 auf. Die jeweils aneinandergrenzenden Verrundungen 31 laufen typischerweise an der vorgesehenen Trennlinie zwischen zwei späteren Elektrodenblättern 11 unter Bildung einer spitzzulaufenden Kontur
32 zusammen. Figur 3 zeigt die Elektrodenbahn 12 ebenfalls in einer Aufsicht, wobei die erfolgten Querschnitte 20 durch die Querschneidevorrichtung 19 und die hierbei in diesem Ausführungsbeispiel zusätzlich erzeugte Beabstandung der einzelnen Elektrodenblätter 11 zueinander erkennbar sind. Bei dieser möglichen Geometrie der Elektrodenblätter 11 verläuft der Querschnitt 20, welcher die Elektrodenblätter 11 von der Elektrodenbahn 12 abtrennt, durch die spitzzulaufenden Konturen 32, so dass die Geometrie der Elektrodenblätter verrundete Ecken bzw. Verrundungen 31 aufweist. Die Verrundungen 31 können auf der Seite des Konturschnitts 15 mit jeweils einer Anschlussfahne 30 auch als Schulter bezeichnet werden.
Figur 4 zeigt ein mögliches Fehlerbild am Übergang von einem Konturschnitt 15 zu einem Querschnitt 20, welches auftreten kann, wenn die Querschneideeinrichtung 19 nicht optimal eingestellt ist und der Querschnitt 20 als Folge nicht exakt durch die Schnittpunkte der Radien der Verrundungen 31 verläuft. Der Querschnitt 20 verläuft idealerweise bei dieser beispielhaften Geometrie der Elektrodenblätter 11 durch die spitzzulaufende Kontur 32. Wie in der Figur 4 links schematisch dargestellt, liegt der Querschnitt 20 nicht auf der vorgesehenen Trennlinie, welche die spitzzulaufenden Konturen 32 in diesem Ausführungsbeispiel, siehe auch Figur 3, verbindet und verläuft somit nicht durch die zwei spitzzulaufenden Konturen 32, welche generell ein mögliches Merkmal eines Konturschnitts 15, 16 darstellen. In der Figur 4 rechts ist nach einer Beabstandung der beiden Elektrodenblätter 11 zu erkennen, dass durch die fehlerhafte Schnittlage des Querschnitts 20 ein scharfkantiger Streifen entsteht, welcher bei der Verwendung in einer Energiezelle oder auch Batteriezelle, beispielsweise die Separatorfolie beschädigen und die gesamte Zelle unbrauchbar machen kann. Derartige Fehlerbilder, wie in Figur 4, können insbesondere durch den unaufgerollten Transport der Elektrodenbahn 12 von der Konturschneidevorrichtung 14 zur Querschneidevorrichtung 19 vermieden werden, da hierdurch eine sehr gute Abstimmung der Lage der Konturschnitte 15, 16 zu den Querschnitten 20 innerhalb einer Vorrichtung 10 sowie eine Synchronisation der Querschneidevorrichtung 19 zur Konturschneidevorrichtung 14 ermöglicht wird.
In vorteilhaften Ausführungsbeispielen weist die Vorrichtung 10 eine Messvorrichtung 22, siehe auch Figur 5, auf, welche zur Lagebestimmung von Konturschnitten 15, 16 oder sich daraus ergebenden Merkmalen, beispielsweise den vorgenannten spitzzulaufenden Konturen 32 zwischen Verrundungen 31 , relativ zum Querschnitt 20 oder zur Querschneidevorrichtung 19 eingerichtet ist. Mittels einer solchen Messvorrichtung 22 kann beispielsweise eine Qualitätskontrolle sowie eine entsprechende Justage der Vorrichtung 10 in einfacher Weise vorgenommen werden.
In einem weiteren möglichen Ausführungsbeispiel weist die Vorrichtung 10 eine Regeleinrichtung 25 auf, welche vorzugsweise die von der Messvorrichtung 25 bestimmte Lage des jeweiligen Konturschnitts 15, 16 zum Querschnitt 20 erfasst und eine die Lage der Konturschnitte 15, 16 zu dem Querschnitt 20 auf eine Ziellage zueinander regelt. Hierfür regelt die Regeleinrichtung 25 beispielsweise eine Tänzereinheit 23, welche die Bahnspannung der Elektrodenbahn 12 entsprechend beeinflusst. Aufgrund dieser Regelung kann sichergestellt werden, dass beispielsweise die Querschnitte 20 jeweils in der spitzzulaufenden Kontur 32 oder den spitzzulaufenden Konturen 32 auf beiden Seiten der Elektrodenbahn 12 liegen. Durch die Regelung der Regeleinrichtung 25 kann die Bahn- und Produktionsgeschwindigkeit erheblich gesteigert werden. In Figur 6 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Vorrichtung 10 schematisch gezeigt, welche eingangsseitig einen Rollenschneider 28 aufweist, welcher aus einer Elektrodenrolle 29 mehrere Elektro- denbahnen 12 schneidet Diese Elektrodenbahnen 12 werden anschließend voneinander getrennt mit einem Konturschnitt 15, 16 und einem Querschnitt 20 zur Vereinzelung versehen. Die Vorrichtung 10 kann in vorteilhaften Ausführungsbeispielen dazu eingerichtet sein, mehrere Elektrodenbahnen 12 parallelisiert zu verarbeiten bzw. Elektrodenblätter 11 herzustellen.
Weiterhin ist in diesem vorteilhaften Ausführungsbeispiel eine Stapelvorrichtung 26 der Vorrichtung 10 vorgesehen, in der die hergestellten Elektrodenblätter 11 mit weiteren Blättern 27, beispielsweise mit komplementären Elektrodenblättern, d.h. Anoden- bzw. Katho- denblättern und Separatorblättern 26, gestapelt werden. Die hergestellten Stapel der Stapelvorrichtung können beispielsweise eine oder mehrere trockene Monozellen einer Batterie sein.
Bezugszeichenliste
10 Vorrichtung
11 Elektrodenblatt
12 Elektrodenbahn
13 Eingangsbereich
14 Konturschneidevorrichtung
15 Konturschnitt
16 Konturschnitt
17 Kante
18 Kante
19 Querschneidevorrichtung
20 Querschnitt
21 Fördermittel
22 Messvorrichtung
23 Tänzereinheit
24 Förderrollen
25 Regeleinrichtung
26 Stapelvorrichtung
27 weiteres Blatt
28 Rollenschneider
29 Elektrodenrolle
30 Anschlussfahne
31 Verrundungen
32 spitzzulaufende Kontur

Claims

Ansprüche:
1. Vorrichtung (10) zur Herstellung von einzelnen Elektrodenblättern (11) für eine Energiezelle, insbesondere für eine Batterie, aus einer Elektrodenbahn (12), dadurch gekennzeichnet, dass
- die Vorrichtung (10) nach einem Eingangsbereich (13) für die Elektrodenbahn (12) eine Konturschneidevorrichtung (14) aufweist, welche zur Erstellung von Konturschnitten (15, 16) an wenigstens einer der beiden Kanten (17, 18) der Elektrodenbahn (12) eingerichtet ist,
- die Vorrichtung (10) hinter der Konturschneidevorrichtung (14) eine Querschneidevorrichtung (19) aufweist, welche zum Vereinzeln der Elektrodenbahn (12) in einzelne Elektrodenblätter (11) durch Erstellung von Querschnitten (20) eingerichtet ist, wobei
- die Vorrichtung (10) Fördermittel (21) zum unaufgerollten Transport der Elektrodenbahn (12) von der Konturschneidevorrichtung (14) zu der Querschneidevorrichtung (19) aufweist.
2. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass
- die Konturschneidevorrichtung (14) und die Querschneidevorrichtung (19) zum synchronisierten Betrieb miteinander eingerichtet sind.
3. Vorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Vorrichtung (10) eine Messvorrichtung (22) aufweist, welche zur Lagebestimmung von Konturschnitten (15, 16) oder Merkmalen von Konturschnitten relativ zu Querschnitten (20) oder relativ zur Querschneidevorrichtung (19) eingerichtet ist. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- zwischen der Konturschneidevorrichtung (14) und der Querschneidevorrichtung (19) eine Tänzereinheit (23) zur Einstellung der Lage der Konturschnitte (15, 16) oder der Lage von Merkmalen der Konturschnitte (15, 16) relativ zu Querschnitten (20) vorgesehen ist. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Fördermittel (21) Förderrollen (24) umfassen, welche zur Einstellung der Lage der Konturschnitte (15, 16) oder der Lage von Merkmalen der Konturschnitte (15, 16) relativ zu Querschnitten (20) mit unterschiedlichen Umfangsgeschwindigkeiten antreibbar sind. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Konturschneidevorrichtung (14) zur Verstellung der Lage der Konturschnitte (15,16) oder der Lage von Merkmalen der Konturschnitte (15, 16) relativ zur Querschneidevorrichtung (19) eingerichtet ist. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Querschneidevorrichtung (19) zur Verstellung der Lage der Querschnitte (20) relativ zur Konturschneidevorrichtung (14) eingerichtet ist. 8. Vorrichtung (10) nach Anspruch 2 und einem der Ansprüche 3 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Vorrichtung (10) eine Regeleinrichtung (25) aufweist, welche zur Regelung der Lage der Konturschnitte (15,16) oder der Lage von Merkmalen der Konturschnitte (15, 16) relativ zu den Querschnitten (20) der Querschneidevorrichtung (19) auf Basis der Lagebestimmung eingerichtet ist.
9. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass
- die Vorrichtung (10) eine Stapelvorrichtung (26) aufweist, welche zum Stapeln der vereinzelten Elektrodenblätter (11) mit weiteren Blättern (27) eingerichtet ist.
10. Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Rollenschneider (28) vorgesehen ist, welcher zum Längsschneiden einer Mehrzahl Elektrodenbahnen (12) aus einer Elektrodenrolle (29) eingerichtet ist.
11 . Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung (10) nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Schritte:
- Schneiden von Konturschnitten (15, 16) an wenigstens einer der beiden Kanten (17, 18) der Elektrodenbahn (12) durch die Konturschneidevorrichtung (14);
- Fördern der Elektrodenbahn (12) im unaufgerollten Zustand von der Konturschneidevorrichtung (14) zur Querschneidevorrichtung (19);
- Schneiden von Querschnitten (20) und Vereinzeln der Elektrodenbahn (12) zu einzelnen Elektrodenblättern (11) durch die Querschneidevorrichtung (19).
12. Verfahren nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, dass
- das Schneiden von Konturschnitten (15, 16) durch die Konturschneidevorrichtung (14) und das Schneiden von Querschnitten (20) durch die Querschneidevorrichtung (19) synchronisiert erfolgt.
13. Verfahren nach Anspruch 11 oder 12, gekennzeichnet durch:
- Messen der Lage jeweils eines Konturschnitts (15, 16) oder eines Merkmals eines Konturschnitts (15, 16) zu einem nächstliegenden Querschnitt (20) durch eine Messvorrichtung (22).
14. Verfahren nach Anspruch 13, gekennzeichnet durch:
- Regeln der Lage der jeweiligen Konturschnitte (15, 16) oder der jeweiligen Merkmale der Konturschnitte (15, 16) relativ zu dem jeweils nächstliegenden Querschnitt (20) auf eine relative Ziellage zueinander durch eine Regeleinrichtung (25).
15. Verfahren nach Anspruch 14, gekennzeichnet durch:
- Verstellen einer Tänzereinheit (23) zum Regeln der Lage der jeweiligen Konturschnitte (15, 16) oder der jeweiligen Merkmale der Konturschnitte (15, 16) relativ zu dem jeweils nächstliegenden Querschnitt (20) auf eine relative Ziellage zueinander.
16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, gekennzeichnet durch:
- Antreiben von Förderrollen (24) des Fördermittels (23) mit differentiellen Umfangsgeschwindigkeiten zum Regeln der Lage der jeweiligen Konturschnitte (15, 16) oder der jeweiligen Merkmale der Konturschnitte (15,16) relativ zu dem jeweils nächstliegenden Querschnitt (20) auf eine relative Ziellage zu- einander.
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