Verfahren und Vorrichtung zum Laminieren von Komponenten einer Batteriezelle

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Laminieren von Komponenten einer Batteriezelle.

Eine Batteriezelle umfasst zumindest mindestens eine Elektrode einer ersten Elektrodenart und mindestens eine Elektrode einer zweiten Elektrodenart, die jeweils durch ein Separatormaterial voneinander getrennt entlang einer Stapelrichtung aufeinander gestapelt angeordnet sind.

Elektroden und Separatoren werden vorliegend als die Komponenten bezeichnet und bilden als aufeinander gestapelte Lagen einen Stapel aus. Jede Elektrode weist ein, mit einem Aktivmaterial beschichtetes Trägermaterial und einen Ableiter zur elektrischen Kontaktierung der Elektrode auf. Die Batteriezelle ist insbesondere eine Sekundärbatteriezelle.

Für den Antrieb von Kraftfahrzeugen werden vermehrt Batterien, insbesondere Lithium-Ionen- Batterien eingesetzt. Batterien werden üblicherweise aus Batteriezellen zusammengesetzt, wobei jede Batteriezelle einen Stapel von Lagen, nämlich Anoden, Kathoden (Elektroden) und jeweils dazwischen Separatormaterial, aufweist. Der Ableiter jeder Elektrode dient der Ableitung des von der Batteriezelle bereitgestellten Stroms hin zu einem außerhalb der Batteriezelle angeordneten Verbraucher.

Eine Batteriezelle umfasst regelmäßig ein Gehäuse, in dem jeweils ein oder mehrere Stapel angeordnet sind. Die Ableiter der Elektroden gleicher Elektrodenart werden innerhalb des Gehäuses miteinander parallel geschaltet und mit einem Anschluss an dem Gehäuse verbunden. Bei einer Festkörper-Batteriezelle wird ein fester bzw. nicht flüssiger Elektrolyt eingesetzt. Bei anderen Batteriezellen wird das von dem Gehäuse umschlossene Volumen mit einem flüssigen Elektrolyt gefüllt. Beide Arten von Batteriezellen können durch das vorgeschlagene Verfahren hergestellt werden. Das Laminieren umfasst insbesondere das Erwärmen der Separatorlagen bzw. Separatormaterialien, so dass diese eine adhäsive Verbindung mit dem benachbart angeordneten Aktivmaterial der Elektrode ausbilden.

Das Laminieren eines gesamten Batteriezellen-Stapels ist ein zeitkritischer Prozess bei der Herstellung von Lithium-Ionen-Batteriezellen. Es ist bekannt zum Laminieren von Stapeln sogenannte Wärmepressen/ Heat-Press Maschinen einzusetzen. Bei derartigen Maschinen werden durch zwei beheizbare Platten Druck und Wärme auf den Stapel aufgebracht. Die Erwärmung des Stapels erfolgt dabei durch Konduktion. Neben dem Laminieren werden Stapel auch durch Tapes von außen fixiert.

Bei den bisher bekannten Verfahren sind Bearbeitungszeiten von 45 bis 60 Sekunden je Stapel zu berücksichtigen. Eine Beschleunigung der Prozessführung ist nicht möglich. Ursache für die lange Prozesszeit ist die Wärmeübertragung per Konduktion, ausgehend von jeder Platte.

Gegenüber nur durch Tapes fixierten Stapeln bieten laminierte Stapel aber Vorteile beim Handling und bei der Weiterverarbeitung zu vollständigen Batteriezellen. Batteriezellen mit laminierten Stapeln weisen bessere qualitative Eigenschaften auf, insbesondere hinsichtlich der Langlebigkeit.

In einer Batteriezelle können Gase, die durch eine Vielzahl von Mechanismen entstehen, negative Effekte auf die Zellleistung und -Charakteristika haben. Bei einem Laminieren können die negativen Effekte von entstehenden Gasen vermindert werden, indem man das Gas an die Ränder des Stapels zwingt, anstatt dem Gas zu ermöglichen, Blasen zwischen den einzelnen Lagen des Stapels zu bilden und dadurch den Grenzflächenwiderstand zwischen den Lagen zu erhöhen. Zusätzlich wird eine laminierte Grenzfläche oft eine niedrigere Impedanz (Widerstand) haben als eine, die nicht laminiert ist.

Infolge der adhäsiven Verbindung der einzelnen Lagen miteinander kann sichergestellt werden, dass die Anordnung der Elektroden zueinander (z. B. die entlang der Stapelrichtung fluchtende Anordnung der Aktivmaterialien) während des Handlings des Stapels erhalten bleibt.

Aus der KR 10 2016 0047690 A sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Laminieren von Batteriezellen mittels Induktion bekannt. Dabei werden Monozellen oder Bi-Zellen als Endlosmaterial durch die Vorrichtung hindurch geführt. Die Laminierung erfolgt also an durch die Vorrichtung bewegten Zellkomponenten. Aus der JP 2004-207178 A sind eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Herstellung einer Brennstoffzelle oder einer Batteriezelle bekannt, wobei eine Elektrode mit einem Gehäuse verbunden wird. Dabei wird ein Klebstoff verwendet, der induktiv erwärmt wird.

Aus der EP 3 147 983 A1 sind ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Brennstoffzelle bekannt. Dabei werden Elektroden und Separatoren zu einem Stapel übereinander angeordnet und über Klebstoff miteinander verbunden. Der Stapel wird induktiv erwärmt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die mit Bezug auf den Stand der Technik angeführten Probleme zumindest teilweise zu lösen. Insbesondere sollen ein Verfahren und eine Vorrichtung vorgeschlagen werden, durch die ein Laminieren der Komponenten einer Batteriezelle ermöglicht wird. Dabei soll die Batteriezelle möglichst kostengünstig hergestellt werden können, wobei die Lagen eines Stapels der Komponenten möglichst genau aufeinander angeordnet sind und während des Handlings des Stapels bleiben.

Zur Lösung dieser Aufgaben trägt ein Verfahren mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 1 und eine Vorrichtung mit den Merkmalen gemäß Patentanspruch 10 bei. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche. Die in den Patentansprüchen einzeln aufgeführten Merkmale sind in technologisch sinnvoller Weise miteinander kombinierbar und können durch erläuternde Sachverhalte aus der Beschreibung und/oder Details aus den Figuren ergänzt werden, wobei weitere Ausführungsvarianten der Erfindung aufgezeigt werden.

Es wird ein Verfahren zum Laminieren von Komponenten einer Batteriezelle vorgeschlagen. Die Komponenten umfassen zumindest eine Elektrode einer ersten Elektrodenart und eine Separatorlage, die entlang einer Stapelrichtung aufeinander angeordnet sind und einen Stapel bilden. Das Verfahren umfasst zumindest die folgenden Schritte: a) Bereitstellen einer Vorrichtung zum Laminieren mittels Induktion, zumindest umfassend eine erste Platte und eine zweite Platte und eine Induktionsvorrichtung; b) Anordnen des Stapels von Komponenten zwischen der ersten Platte und der zweiten Platte; c) Verpressen des Stapels durch die Platten entlang der Stapelrichtung; d) Betreiben der Induktionsvorrichtung und Erwärmen der mindestens einen Separatorlage zur Ausbildung einer adhäsiven Verbindung zwischen Separatorlage und Elektrode; e) Auseinanderfahren der Platten; f) Entnehmen der laminierten Komponenten aus der Vorrichtung.

Die obige (nicht abschließende) Einteilung der Verfahrensschritte in a) und f) soll vorrangig nur zur Unterscheidung dienen und keine Reihenfolge und/oder Abhängigkeit erzwingen. Auch die Häufigkeit der Verfahrensschritte kann variieren. Ebenso ist möglich, dass Verfahrensschritte einander zumindest teilweise zeitlich überlagern oder gleichzeitig ausgeführt werden. Ganz besonders bevorzugt werden die Schritte a) bis c) und dann e) und f) nacheinander durchgeführt. Schritte c) und d) können nacheinander, vertauscht oder zumindest zeitweise gleichzeitig durchgeführt werden. Insbesondere werden die Schritte a) und b) sowie e) und f) in der angegebenen Reihenfolge durchgeführt, wobei die Schritte c) und d) in beliebiger Reihenfolge oder eben zumindest teilweise gemeinsam zwischen den Schritten b) und e) durchgeführt werden. Ggf. kann zumindest Schritt d) zumindest teilweise während Schritt e) durchgeführt werden.

Die in Schritt a) bereitgestellte Vorrichtung umfasst insbesondere eine erste Platte und eine zweite Platte, mit denen der Stapel verpresst werden kann. Die Platten sind insbesondere so ausgeführt, dass die einander kontaktierenden Flächen (im Folgenden auch als Kontaktflächen bezeichnet) von Stapel und Platten jeweils parallel zueinander angeordnet sind bzw. verlaufen. Insbesondere erstrecken sich die entsprechenden Flächen der Platten zumindest über die diese Platten kontaktierenden Flächen des Stapels ggf. darüber hinaus, sind also insbesondere flächenmäßig größer ausgeführt. Insbesondere kann der Stapel über die Platten zusammengepresst werden, insbesondere mit einer möglichst homogenen Kraftverteilung, zumindest in Ebenen, die sich jeweils parallel zu den Kontaktflächen erstrecken.

Zumindest eine Platte kann eine nanoskalige oder makroskalige Struktur auf einer Oberfläche der Kontaktfläche aufweisen, so dass ein Verkleben zwischen Platte und Stapel verhindert werden kann. Alternativ oder zusätzlich können in der Platte Löcher vorgesehen sein, durch die z. B. Druckluft oder ein mechanischer Auswerfer zum Trennen von Platte und Stapel zugeführt werden kann.

Insbesondere können auch mehrere Stapel in Schritt b) zwischen den Platten angeordnet und weiterverarbeitet werden.

Die Induktionsvorrichtung umfasst insbesondere eine oder mehrere Induktionsspulen, durch die zumindest Teile des Stapels direkt erwärmt werden können. Im Rahmen des Betriebs der Induktionsvorrichtung werden Wirbelströme in der elektrisch leitfähigen Komponente erzeugt und diese dadurch direkt erwärmt. Die Erwärmung mittels Induktion ist dabei effizienter als andere Erwärmungsmethoden, denn die Energie wird direkt in die zur Erwärmung vorgesehene Komponente induziert, die Wärme entsteht also direkt in der jeweiligen Komponente und muss nicht, wie bei anderen Methoden der Erwärmung, durch Wärmeleitung, -Strahlung oder Konvektion von außen ins Innere des Stapels/ der Komponenten übertragen werden.

Bei dem Laminieren der Komponenten ist die induktive Erwärmung insbesondere deswegen vorteilhaft, weil auch bei größeren Stapeln mit einer Vielzahl von Komponenten alle (oder die zur Erwärmung vorgesehenen) Komponenten beheizbar sind, auch die Komponenten, die beabstandet zu dem jeweiligen Induktor angeordnet sind.

In Schritt b) wird der Stapel zwischen den Platten angeordnet. Dabei kann der Stapel bereits außerhalb der Vorrichtung bereitgestellt und dann als Stapel in der Vorrichtung angeordnet werden. Alternativ kann der Stapel auch in der Vorrichtung durch die Komponenten erst gebildet werden.

In Schritt c) erfolgt insbesondere ein Verpressen des Stapels durch die Platten. Dabei werden die Komponenten des Stapels aufeinander gepresst, insbesondere mit einem Druck von mehr als einem bar, bevorzugt bei einem Druck von mehr als 2 bar. Insbesondere erfolgt das Verpressen bei einem Druck von höchstens 20 bar, insbesondere von höchstens 10 bar. Infolge des Verpressens wird insbesondere Luft aus dem Stapel herausgepresst, so dass die Komponenten des Stapels möglichst großflächige Kontaktflächen miteinander ausbilden. Insbesondere wird bei dem Verpressen eine grundsätzlich bekannte Kraft-Weg -Steuerung eingesetzt, um den Druck während des Verpressens gezielt zu regeln.

In Schritt d) erfolgt insbesondere ein Betreiben der Induktionsvorrichtung und ein Erwärmen der mindestens einen Separatorlage zur Ausbildung einer adhäsiven Verbindung zwischen Separatorlage und Elektrode. Dabei wird insbesondere nicht die Separatorlage direkt erwärmt. Insbesondere wird eine andere Komponente des Stapels (also nicht die Separatorlage) mittels Induktion erwärmt. Die Separatorlage wird dann insbesondere durch Wärmeleitung ausgehend von der mittels Induktion erwärmten Komponente erwärmt. Alternativ oder zusätzlich kann aber auch die Separatorlage erwärmt werden.

In Schritt e) erfolgt ein Auseinanderfahren der Platten, d. h. das Verpressen des Stapels wird beendet. Insbesondere erfolgt das Auseinanderfahren erst nach Abkühlung der Komponenten auf eine Temperatur unterhalb einer Schmelztemperatur (bzw. einer Glasübergangstemperatur) zumindest einer der Komponenten. Damit kann insbesondere die Entstehung von Blasen verhindert werden.

In Schritt f) erfolgt ein Entnehmen der laminierten Komponenten und/ oder des laminierten Stapels aus der Vorrichtung. Insbesondere sind dabei alle Komponenten des Stapels zumindest über die verfahrensgemäß erzeugte Adhäsion miteinander verbunden.

Insbesondere weist der Stapel eine Mehrzahl von Elektroden der ersten Elektrodenart (z. B. eine Anode oder Kathode) und eine Mehrzahl von Elektroden einer (von der ersten Elektrodenart unterschiedlichen) zweiten Elektrodenart (z. B. eine Kathode oder Anode) sowie zwischen den Elektroden jeweils eine Separatorlage auf.

Insbesondere weist der Stapel mindestens zehn Elektroden einer Elektrodenart, bevorzugt mindestens 100 Elektroden einer Elektrodenart, besonders bevorzugt mindestens 200 Elektroden einer Elektrodenart, auf.

Eine große Anzahl von Komponenten kann insbesondere nicht in einem kontinuierlichen Verfahren hergestellt werden. Das hier vorgeschlagene Verfahren, bei dem bereits vereinzelte Elektrodenlagen zu dem Stapel angeordnet und der Stapel mit den Komponenten nach dem Laminieren bereits zur Anordnung in der Batteriezelle fertig beschnitten ist, ermöglicht gerade die Laminierung einer großen Anzahl von aufeinander gestapelten Komponenten.

Separatorlagen und Elektroden können zur Bildung des Stapels aufeinander gestapelt werden, wobei die unterschiedlichen Separatorlagen nicht miteinander verbunden sind.

Insbesondere sind zumindest ein Teil der Separatorlagen miteinander verbunden. Z. B. bilden jeweils zwei Separatorlagen eine Tasche für eine Elektrode, so dass diese in der geschlossen ausgeführten Tasche angeordnet ist. Alternativ kann sich eine einteilige Separatorlage nach Art einer Z-Faltung über mehrere Elektroden hinweg erstrecken. Insbesondere erstreckt sich eine einteilige Separatorlage nach Art einer Z-Faltung über alle Elektroden des Stapels hinweg.

Insbesondere sind alle Separatorlagen miteinander verbunden und der Stapel weist nur ein einteilig ausgeführtes Separatormaterial auf. Insbesondere erstreckt sich die mindestens eine oder die genau eine Separatorlage um den Stapel herum und ist damit in den Schritten b) bis e) zwischen dem Stapel und der ersten Platte und zwischen dem Stapel und der zweiten Platte angeordnet. Damit kann der Stapel insgesamt von der Separatorlage umfasst und die Komponenten in ihrer relativen Anordnung zueinander fixiert werden.

Insbesondere weist die mindestens eine Elektrode ein Trägermaterial und zumindest auf einer Seitenfläche des Trägermaterials eine Beschichtung mit Aktivmaterial auf. Die Beschichtung ist in dem Stapel zwischen dem Trägermaterial und dem Separator angeordnet. Die Induktionsvorrichtung wird insbesondere so betrieben, dass das Trägermaterial mittels Induktion erwärmt wird, wobei das Trägermaterial die mindestens eine Separatorlage durch Wärmeleitung erwärmt.

Insbesondere kann das Separatormaterial mit Partikeln ausgeführt sein oder eine Beschichtung mit Partikeln umfassen, wobei die Partikel mittels Induktion erwärmt werden können.

Insbesondere umfassen die einzelnen Elektroden ein folienartiges Trägermaterial, z. B. aus einem Kupfer- oder einem Aluminiumwerkstoff. Das Trägermaterial ist einseitig oder insbesondere beidseitig mit einem Aktivmaterial beschichtet. Die Aktivmaterialien unterschiedlicher Elektrodenarten sind insbesondere durch das Separatormaterial voneinander getrennt angeordnet.

Insbesondere wird der jeweilige Ableiter durch einen unbeschichteten Bereich des Trägermaterials gebildet.

Insbesondere kann die Induktionsvorrichtung so betrieben werden, dass im Hinblick auf den jeweiligen Werkstoff des Trägermaterials besonders geeignete Parameter ausgewählt sind. Damit kann eine effiziente Erwärmung des Trägermaterials erreicht werden.

Insbesondere ist mindestens eine oder ggf. jede Platte als ein Induktor ausgeführt oder weist mindestens einen Induktor auf.

Insbesondere weist zumindest eine der Platten eine Mehrzahl von Induktoren auf.

Alternativ kann der mindestens eine Induktor auch beabstandet oder auch nur separat von den Platten angeordnet sein. Es wird insbesondere vorgeschlagen, einen Stapel aus einzelnen Elektroden und Separatorenlagen zwischen zwei Platten anzuordnen. Insbesondere sind Induktoren in den Platten integriert angeordnet. Durch die Platten kann eine definierte Kraft auf den Stapel aufgebracht werden. Die Induktoren ermöglichen insbesondere eine materialspezifische Erwärmung der Elektroden von innen heraus, weil eine materialabhängige Frequenzsteuerung ermöglicht werden kann. Die erforderliche Temperatur zum Laminieren kann so innerhalb weniger Sekunden im gesamten Stapel erreicht werden.

Insbesondere kann eine Laminierung eines Stapels in einer Zeit von unter 20, insbesondere von unter 15 oder sogar von unter 10 Sekunden erreicht werden. Insbesondere ist diese Zeit unabhängig von der Anzahl der Lagen innerhalb des Stapels. Insbesondere kann also auch ein Stapel, der mindestens 100 Elektroden einer Elektrodenart, besonders bevorzugt mindestens 200 Elektroden einer Elektrodenart, aufweist, innerhalb der angegebenen Zeit von höchstens 20 Sekunden (fertig) laminiert werden.

Mit dem Verfahren wird eine homogenere Erwärmung (insbesondere unter Berücksichtigung der kurzen Dauer der Erwärmung) des Stapels bzw. der Komponenten erreicht, insbesondere gegenüber dem Erwärmen mittels Konvektion oder Konduktion. Das wird insbesondere durch das gezielte Erwärmen der in dem Stapel verteilt angeordneten Trägermaterialien erreicht, über die dann die jeweiligen Separatormaterialien erwärmt werden.

Weiter kann so, also infolge der Erwärmung der Elektroden und der darüber erfolgenden Erwärmung der Separatoren, die poröse Struktur des Separatormaterials erhalten werden. Es wird nicht das Separatormaterial als Ganzes erwärmt, sondern insbesondere nur die Kontaktfläche des Separatormaterials hin zur benachbart angeordneten Elektrode.

Es wird weiter eine Vorrichtung zum Laminieren von Komponenten einer Batteriezelle vorgeschlagen. Die Vorrichtung ist zur Durchführung zumindest der Schritte b) bis e) des beschriebenen Verfahrens geeignet ausgeführt oder eingerichtet bzw. ausgestattet, und umfasst zumindest eine erste Platte, eine zweite Platte sowie eine Induktionsvorrichtung.

Insbesondere weist die Vorrichtung ein Steuergerät auf, das zur Durchführung des beschriebenen Verfahrens oder zumindest der Schritte b) bis e) eingerichtet, ausgestattet, konfiguriert oder programmiert ist. Mit dem Steuergerät kann zumindest

• die Vorrichtung zum Laminieren betrieben bzw. gesteuert werden, also z. B. o die Induktionsvorrichtung betrieben werden; oder o die Platten aufeinander zu (zum Verpressen des Stapels) und/oder voneinander wegbewegt werden, insbesondere Weg- und Kraftgeregelt; oder

• das Handling des Stapels oder einzelner Komponenten gesteuert werden.

Es wird weiter eine Batteriezelle vorgeschlagen, wobei die Batteriezelle insbesondere ein, ein Volumen umschließendes, Gehäuse und in dem Volumen angeordnet den mindestens einen Stapel sowie einen Elektrolyt umfasst.

Die Batteriezelle ist insbesondere eine Pouchzelle (mit einem verformbaren Gehäuse bestehend aus einer Pouchfolie) oder eine prismatische Zelle (mit einem formfesten Gehäuse). Eine Pouchfolie ist ein bekanntes verformbares Gehäuseteil, dass als Gehäuse für sogenannte Pouchzellen eingesetzt wird. Es handelt sich dabei um ein Kompositmaterial, z. B. umfassend einen Kunststoff und Aluminium.

Die Batteriezelle ist insbesondere eine Lithium-Ionen-Batteriezelle.

Die einzelnen Elektroden sind aufeinander angeordnet und bilden den Stapel. Die Elektroden sind jeweils unterschiedlichen Elektrodenarten zugeordnet, sind also als eine Anode oder eine Kathode ausgeführt. Dabei sind Anoden und Kathoden wechselweise und jeweils durch das Separatormaterial getrennt voneinander angeordnet.

Eine Batteriezelle ist ein Stromspeicher, der z. B. in einem Kraftfahrzeug zum Speichern von elektrischer Energie eingesetzt wird. Insbesondere weist z. B. ein Kraftfahrzeug eine elektrische Maschine zum Antrieb des Kraftfahrzeuges (einen Traktionsantrieb) auf, wobei die elektrische Maschine durch die in der Batteriezelle gespeicherte elektrische Energie antreibbar ist.

Es wird weiter ein Kraftfahrzeug vorgeschlagen, zumindest umfassend einen Traktionsantrieb und eine Batterie mit mindestens einer der beschriebenen Batteriezellen, wobei der Traktionsantrieb durch die mindestens eine Batteriezelle mit Energie versorgbar ist.

Das Verfahren kann von bzw. unter Mitwirkung von einem Computer bzw. mit einem Prozessor einer Steuereinheit ausgeführt werden. Es wird demnach auch ein System zur Datenverarbeitung vorgeschlagen, das einen Prozessor umfasst, der so angepasst/konfiguriert ist, dass er das Verfahren bzw. einen Teil der Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens durchführt.

Es kann ein computerlesbares Speichermedium vorgesehen sein, das Befehle umfasst, die bei der Ausführung durch einen Computer/Prozessor diesen veranlassen, das Verfahren bzw. mindestens einen Teil der Schritte des vorgeschlagenen Verfahrens auszuführen.

Die Ausführungen zu dem Verfahren Batteriezelle sind insbesondere auf die Vorrichtung zum Laminieren, die Batteriezelle, das Kraftfahrzeug, das Steuergerät sowie auf das computerimplementierte Verfahren (also den Computer bzw. den Prozessor, das System zur Datenverarbeitung, das computerlesbare Speichermedium) übertragbar und umgekehrt.

Die Verwendung unbestimmter Artikel („ein“, „eine“, „einer“ und „eines“), insbesondere in den Patentansprüchen und der diese wiedergebenden Beschreibung, ist als solche und nicht als Zahlwort zu verstehen. Entsprechend damit eingeführte Begriffe bzw. Komponenten sind somit so zu verstehen, dass diese mindestens einmal vorhanden sind und insbesondere aber auch mehrfach vorhanden sein können.

Vorsorglich sei angemerkt, dass die hier verwendeten Zahlwörter („erste“, „zweite“, ...) vorrangig (nur) zur Unterscheidung von mehreren gleichartigen Gegenständen, Größen oder Prozessen dienen, also insbesondere keine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge dieser Gegenstände, Größen oder Prozesse zueinander zwingend vorgeben. Sollte eine Abhängigkeit und/oder Reihenfolge erforderlich sein, ist dies hier explizit angegeben oder es ergibt sich offensichtlich für den Fachmann beim Studium der konkret beschriebenen Ausgestaltung. Soweit ein Bauteil mehrfach vorkommen kann („mindestens ein“), kann die Beschreibung zu einem dieser Bauteile für alle oder ein Teil der Mehrzahl dieser Bauteile gleichermaßen gelten, dies ist aber nicht zwingend.

Die Erfindung sowie das technische Umfeld werden nachfolgend anhand der beiliegenden Figuren näher erläutert. Es ist darauf hinzuweisen, dass die Erfindung durch die angeführten Ausführungsbeispiele nicht beschränkt werden soll. Insbesondere ist es, soweit nicht explizit anders dargestellt, auch möglich, Teilaspekte der in den Figuren erläuterten Sachverhalte zu extrahieren und mit anderen Bestandteilen und Erkenntnissen aus der vorliegenden Beschreibung zu kombinieren. Insbesondere ist darauf hinzuweisen, dass die Figuren und insbesondere die dargestellten Größenverhältnisse nur schematisch sind. Es zeigen: Fig. 1 : eine Vorrichtung zum Laminieren mit einem Stapel in einer Seitenansicht;

Fig. 2: einen Ausschnitt der Vorrichtung mit dem Stapel nach Fig. 1 in einer

Seitenansicht;

Fig. 3: einen Stapel gebildet aus n-Monozellen, in einer Seitenansicht;

Fig. 4: einen Stapel mit einem einteiligen Separatormaterial, in einer Seitenansicht;

Fig. 5: ein einseitig mit einem Aktivmaterial beschichtetes Trägermaterial, z. B. eine

Anode, in einer Seitenansicht;

Fig. 6: ein beidseitig mit einem Aktivmaterial beschichtetes Trägermaterial, z. B. eine

Kathode, in einer Seitenansicht;

Fig. 7: eine Monozelle, umfassend eine einseitig beschichtete Anode und eine einseitig beschichtete Kathode, wobei die Kathode in einer Separatormaterialtasche angeordnet ist, in einer Seitenansicht;

Fig. 8: einen Stapel mit Z-artig gefaltetem Separatormaterial, in einer Seitenansicht;

Fig. 9: einen Stapel mit gestapelten Monozellen, wobei die Anoden in jeweils einer

Separatormaterialtasche angeordnet sind, in einer Seitenansicht;

Fig. 10: eine als Induktor ausgeführte Platte in einer Seitenansicht und einer Draufsicht; und

Fig. 11 : eine Platte mit einer Vielzahl von Induktoren in einer Seitenansicht und einer

Draufsicht.

Fig. 1 zeigt eine Vorrichtung 7 zum Laminieren mit einem Stapel 6 in einer Seitenansicht. Fig. 2 zeigt einen Ausschnitt der Vorrichtung 7 mit dem Stapel 6 nach Fig. 1 in einer Seitenansicht. Fig. 3 zeigt einen Stapel 6 gebildet aus n-Monozellen, in einer Seitenansicht. Die Fig. 1 bis 3 werden im Folgenden gemeinsam beschrieben. Die Vorrichtung 7 ist zur Durchführung zumindest der Schritte b) bis e) des beschriebenen Verfahrens geeignet ausgeführt oder eingerichtet bzw. ausgestattet, und umfasst eine erste Platte 8, eine zweite Platte 9 sowie eine Induktionsvorrichtung 10. Weiter weist die Vorrichtung 7 ein Steuergerät 17 auf. Mit dem Steuergerät 17 kann die Vorrichtung 7 zum Laminieren betrieben bzw. gesteuert werden, also z. B. die Induktionsvorrichtung 10 betrieben und geregelt sowie die Platten 8, 9 aufeinander zu- (zum Verpressen des Stapels 6) und/oder voneinander wegbewegt werden, insbesondere Weg- und Kraft-geregelt. Dabei kann eine Kraftmessung mittels des Steuergeräts erfolgen, um ein beschädigungsfreies Verpressen des Stapels sicherzustellen.

Gemäß Schritt a) des Verfahrens erfolgt ein Bereitstellen einer Vorrichtung 7 zum Laminieren mittels Induktion, umfassend eine erste Platte 8 und eine zweite Platte 9 und eine Induktionsvorrichtung 10. Gemäß Schritt b) erfolgt ein Anordnen des Stapels 6 von Komponenten zwischen der ersten Platte 8 und der zweiten Platte 9. Die Komponenten umfassen Elektroden 2 einer ersten Elektrodenart 3, Elektroden 2 einer zweiten Elektrodenart 11 und eine Separatorlage 4, die entlang einer Stapelrichtung 5 aufeinander angeordnet sind und einen Stapel 6 bilden. In Schritt c) des Verfahrens erfolgt ein Verpressen des Stapels 6 durch die Platten 8, 9 entlang der Stapelrichtung 5 mit der Kraft 18 (siehe Fig. 1 und 2). In Schritt d) erfolgt ein Betreiben der Induktionsvorrichtung 10 und ein Erwärmen der Separatorlagen 4 zur Ausbildung einer adhäsiven Verbindung zwischen jeder Separatorlage 4 und der jeweils dazu benachbart angeordneten Elektrode 2. In Fig. 2 ist die Wärmeleitung innerhalb des Stapels 6 ausgehend von jedem Trägermaterial 13 jeder Elektrode 2 dargestellt. In Schritt e) erfolgt ein Auseinanderfahren der Platten 8, 9 und in Schritt f) ein Entnehmen der laminierten Komponenten aus der Vorrichtung 7.

Die Platten 8, 9 der Vorrichtung 7 sind so ausgeführt, dass die einander kontaktierenden Flächen (im Folgenden auch als Kontaktflächen bezeichnet) von Stapel 6 und Platten 8, 9 jeweils parallel zueinander angeordnet sind bzw. verlaufen. Die entsprechenden Flächen der Platten 8, 9 erstrecken sich über die diese Platten 8, 9 kontaktierenden Flächen des Stapels 6 hinaus, sind also flächenmäßig größer ausgeführt. Der Stapel 6 kann über die Platten 8, 9 zusammengepresst werden, wobei dabei eine möglichst homogene Kraftverteilung, zumindest in Ebenen, die sich jeweils parallel zu den Kontaktflächen erstrecken, erreicht werden soll.

Die Induktionsvorrichtung 10 umfasst eine oder mehrere Induktoren 16 bzw. Induktionsspulen, durch die zumindest Teile des Stapels 6 direkt erwärmt werden können. In Schritt d) erfolgt ein Betreiben der Induktionsvorrichtung 10 und ein Erwärmen der Separatorlage 4 zur Ausbildung einer adhäsiven Verbindung zwischen Separatorlage 4 und Elektrode 2. Dabei wird die Separatorlage 4 nicht direkt erwärmt. Es wird eine andere Komponente des Stapels 6, nämlich die Trägermaterialien 13 der Elektroden 2 (also nicht die Separatorlage 4) mittels Induktion erwärmt. Die Separatorlage 4 wird dann durch Wärmeleitung ausgehend von der mittels Induktion erwärmten Komponente erwärmt.

Der Stapel 6 weist eine Mehrzahl von Elektroden 2 der ersten Elektrodenart 3 (z. B. eine Anode oder Kathode) und eine Mehrzahl von Elektroden 2 einer (von der ersten Elektrodenart 3 unterschiedlichen) zweiten Elektrodenart 4 (z. B. eine Kathode oder Anode) sowie zwischen den Elektroden 2 jeweils eine Separatorlage 4 auf.

Die einzelnen Elektroden 2 weisen ein folienartiges Trägermaterial 13 auf, z. B. aus einem Kupfer- oder einem Aluminiumwerkstoff. Das Trägermaterial 13 ist beidseitig mit einem Aktivmaterial beschichtet. Die Aktivmaterialien unterschiedlicher Elektrodenarten 3, 11 sind durch das Separatormaterial 12 voneinander getrennt angeordnet. Der jeweilige Ableiter 19 einer Elektrode 2 wird durch einen unbeschichteten Bereich des Trägermaterials 13 gebildet.

Fig. 4 zeigt einen Stapel 6 mit einem einteiligen Separatormaterial 12, in einer Seitenansicht. Auf die Ausführungen zu Fig. 1 bis 3 wird Bezug genommen.

Eine einteilige Separatorlage 4 erstreckt sich nach Art einer Z-Faltung über alle Elektroden 2 des Stapels 6 hinweg. Dabei sind alle Separatorlagen 4 miteinander verbunden und der Stapel 6 weist nur ein einteilig ausgeführtes Separatormaterial 12 auf.

Die genau eine Separatorlage 4 erstreckt sich um den Stapel 6 herum und ist damit in den Schritten b) bis e) zwischen dem Stapel 6 und der ersten Platte 8 und zwischen dem Stapel 6 und der zweiten Platte 9 angeordnet. Damit kann der Stapel 6 insgesamt von der Separatorlage 4 umfasst und die Komponenten in ihrer relativen Anordnung zueinander fixiert werden.

Fig. 5 zeigt ein einseitig mit einem Aktivmaterial beschichtetes Trägermaterial 13, z. B. eine Anode, in einer Seitenansicht. Die Elektrode 2 weist ein Trägermaterial 13 und auf einer Seitenfläche 14 des Trägermaterials 13 eine Beschichtung 15 mit Aktivmaterial auf.

Fig. 6 zeigt ein beidseitig mit einem Aktivmaterial beschichtetes Trägermaterial 13, z. B. eine Kathode, in einer Seitenansicht. Auf die Ausführungen zu Fig. 5 wird Bezug genommen. Fig. 7 zeigt eine Monozelle, umfassend eine einseitig beschichtete Anode und eine einseitig beschichtete Kathode, wobei die Kathode in einem als Tasche ausgeführtem Separatormaterial

12 angeordnet ist, in einer Seitenansicht. Die jeweilige Elektrode 2 weist ein Trägermaterial 13 und auf einer Seitenfläche 14 des Trägermaterials 13 eine Beschichtung 15 mit Aktivmaterial auf.

Fig. 8 zeigt einen Stapel 6 mit Z-artig gefaltetem Separatormaterial 12, in einer Seitenansicht. Auf die Ausführungen zu Fig. 4 wird verwiesen. Die jeweilige Elektrode 2 weist ein Trägermaterial 13 und auf beiden Seitenflächen 14 des Trägermaterials 13 jeweils eine Beschichtung 15 mit Aktivmaterial auf.

Fig. 9 zeigt einen Stapel 6 mit gestapelten Monozellen, wobei die Anoden in jeweils einer Tasche aus Separatormaterial 12 angeordnet sind, in einer Seitenansicht. Die jeweilige Elektrode 2 weist ein Trägermaterial 13 und auf beiden Seitenflächen 14 des Trägermaterials

13 jeweils eine Beschichtung 15 mit Aktivmaterial auf.

Fig. 10 zeigt eine als Induktor 16 ausgeführte Platte 8 in einer Seitenansicht und einer Draufsicht. Auf die Ausführungen zu den Fig. 1 bis 3 wird Bezug genommen.

Fig. 11 zeigt eine Platte 8 mit einer Vielzahl von Induktoren 16 in einer Seitenansicht und einer Draufsicht. Die einzelnen Induktoren 16 können über ein Steuergerät 17 z. B. einzeln betrieben werden, so dass ortsabhängig die Wärmeeinbringung mittels Induktion steuerbar ist.

Bezugszeichenliste

Batteriezelle Elektrode erste Elektrodenart Separatorlage Stapelrichtung Stapel

Vorrichtung (zum Laminieren) erste Platte zweite Platte Induktionsvorrichtung zweite Elektrodenart Separatormaterial Trägermaterial Seitenfläche Beschichtung Induktor Steuergerät Kraft Ableiter Gehäuse