Beschreibung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Elektrodenvorläufern, aus denen Elektroden für eine Sekundärbatterie hergestellt werden können, vorzugsweise Elektroden für eine Lithiumionen-Batterie. Industriell genutzte Verfahren zur Herstellung von Elektroden für Sekundärbatterien, bei welchen die Elektroden aus Elektrodenvorläufern erhalten werden, welche sich auf einer Elektrodenbahn befinden oder eine Elektrodenbahn bilden, sind prinzipiell bekannt.

In einem Verfahren wird das für die Elektroden benötigte Aktivmaterial durchgängig (kontinuierlich) auf einen bahnförmigen Träger (Abieiter) unter Bildung einer Elektrodenbahn aufgebracht. Die Elektroden können dann beispielsweise durch Ausstanzen aus der Elektrodenbahn erhalten werden. Bei diesem Verfahren mittels kontinuierlichem Auftrag liegt die Schicht des Aktivmaterials auf dem Träger in einer relativ gleichmäßigen Stärke vor, die für günstige Elektrodeneigenschaften erwünscht ist. Eine wünschenswerte Verdichtung des Materials, die zu einer höheren Leistungsdichte der Elektrode führt, wird jedoch durch beispielsweise beim Kalandrieren (Verdichten) auftretenden Verwerfungen in der Trägerfolie begrenzt. Dies gilt insbesondere für Endoder Randbereiche auf dem Träger, die gegebenenfalls nicht mit Aktivmaterial beschichtet sind.

Alternativ zu diesem bekannten Verfahren kann ein im Sinne der Erfindung als "intermittierendes Verfahren" bezeichnetes Verfahren eingesetzt werden. Dabei wird Aktivmaterial intermittierend auf den Träger aufgebracht. Dies bedeutet, dass sich unbeschichtete Bereiche mit beschichteten Bereichen (für jeweils genau eine Elektrode) abwechseln, und zwar in der Beschichtungsrichtung ("Laufrichtung") auf dem Träger. Durch den intermittierenden Materialauftrag werden jedoch in den jeweiligen Anfangs- und Endbereichen (in Laufrichtung des Trägers gesehen) des aufgebrachten Materials abweichende Schichtdicken im Vergleich zum Mittelbereich erhalten, was wiederum nachteilig für die Elektrodeneigenschaften sein kann. In diesen Endbereichen, insbesondere wenn diese nicht die Bereiche der (späteren) Stromableiter sind, ist aufgrund der abnehmenden Schichtdicke nicht genügend bzw. nicht die maximal mögliche Menge an Aktivmaterial vorhanden. Werden die Elektroden beispielsweise durch Ausstanzen aus einem beschichteten Bereich der Elektrodenbahn erhalten, so muss im Allgemeinen mindestens ein Endbereich wegen seiner ungleichmäßigen Schichtdicke entfernt werden. Dies führt zu Materialverlust und Mehrkosten.

Unnötiger Materialverlust kann auch in den nicht beschichteten Bereichen auftreten, aus denen später die Abieiter der Elektroden werden, da in konventionellen Verfahren pro unbechichtetem Bereich nur ein Abieiter "ausgestanzt" wird, und der Rest der Ableiterfolie verworfen wird.

Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von Elektrodenvorläufern bereitzustellen, welches die Nachteile der aus dem Stand der Technik bekannten Verfahren vermeidet oder zumindest minimiert. Diese Aufgabe wird mit einem Verfahren gelöst, welches in Anspruch 1 - sowie ergänzend in Anspruch 1 1 - definiert ist. Vorteilhafte Weiterbildungen des Verfahrens sind in den von Anspruch 1 abhängigen Ansprüchen definiert sowie in den nebengeordneten Ansprüchen, welche die gleiche Limitierung wie Anspruch 1 aufweisen.

In den Figuren zeigt

Figur 1 eine Elektrodenbahn (1 ) in der Draufsicht, die durch intermittierende Beschichtung eines bahnförmigen Trägers (10) mit einem Aktivmaterial gebildet wird. Dabei werden beschichtete Bereiche (20) gebildet, welche durch un beschichtete Bereiche (40) voneinander getrennt sind. Der Träger (10) kann einseitig oder beidseitig mit dem Aktivmaterial beschichtet werden.

Figur 2 die Elektrodenbahn der Figur 1 in einer Seitenansicht, wobei der Träger (10) beidseitig intermittierend mit Aktivmaterial beschichtet ist. Die Schichtdicke in den beschichteten Bereichen (20) ist im Wesentlichen konstant, außer zu den unbeschichteten Endbereichen (40) hin, in denen sie im Allgemeinen abnimmt.

Figur 3 wie erfindungsgemäß durch zumindest teilweises Trennen (hier: vollständiges Trennen entlang der gestrichelten Schnittlinien) der Elektrodenbahn (1 ) aus Figur 1 bzw. Figur 2, hier quer zur Längsrichtung des Trägers (10), entlang der Schnittlinien (30) und (30') Elektrodenvorläufer (2) und (4) erhalten werden können. Der Elektrodenvorläufer (2) weist einen mit Aktivmaterial beschichteten Bereich (20') und einen unbeschichteten Bereich (40") auf, wobei die Schichtdicke des Aktivmaterials über den beschichteten Bereich (20') im Wesentlichen konstant ist, außer im Endbereich hin zum unbeschichteten Bereich (40"). Der Elektrodenvorläufer (4) weist einen mit Aktivmaterial beschichteten Bereich (20") und einen unbeschichteten Bereich (40') auf, wobei die Schichtdicke des Aktivmaterials über den beschichteten Bereich (20") im Wesentlichen konstant ist, außer im Endbereich hin zum unbeschichteten Bereich (40').

Figur 4 die voneinander getrennten Elektrodenvorläufer (2) und (4) der Figur 3. Figur 5 die voneinander getrennten Elektrodenvorläufer (2) und (4) der Figur 4 von der Seite.

Figur 6 die bevorzugte Ausführungsform zweier "geschachtelter" unbeschichteter Bereiche (40') und (40") zweier sich gegenüber liegenden Elektrodenvorläufer, welche letztendlich in Ableiterfahnen (40') und (40") resultieren.

Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines Elektrodenvorläufers (2), welcher einen mit Aktivmaterial beschichteten Bereich (20') und einen unbeschichteten Bereich (40") aufweist, wobei die Schichtdicke des Aktivmaterials über den beschichteten Bereich (20') im Wesentlichen konstant ist, außer im Endbereich hin zum unbeschichteten Bereich (40"), und zumindest eines Elektrodenvorläufers (4), welcher einen mit Aktivmaterial beschichteten Bereich (20") und einen unbeschichteten Bereich (40') aufweist, wobei die Schichtdicke des Aktivmaterials über den beschichteten Bereich (20") im Wesentlichen konstant ist, außer im Endbereich hin zum unbeschichteten Bereich (40'), aus einer Elektrodenbahn (1 ), wobei das Verfahren mindestens die folgenden Stufen (i) bis (iii) aufweist: (i) intermittierendes Auftragen von Aktivmaterial auf einen - vorzugsweise bahnförmigen - Träger (10) unter Bildung der Elektrodenbahn (1 ), derart, dass jeweils beschichtete Bereiche (20) entstehen, unterbrochen von unbeschichteten Bereichen (40), welche zwischen den beschichteten Bereichen (20) angeordnet sind, wobei das Aktivmaterial so aufgetragen wird, dass die Schichtdicke über die beschichteten Bereiche (20) im Wesentlichen konstant ist, außer in den

Endbereichen hin zu den unbeschichteten Bereichen (40);

(ii) zumindest teilweises - vorzugsweise vollständiges - Trennen einer Elektrodenbahn (1 ) - vorzugsweise quer zur Längsrichtung des Trägers - in zumindest einem beschichteten Bereich (20), derart, dass auf der zumindest teilweise getrennten Elektrodenbahn (1 ) beschichtete Bereiche (20') und (20") entstehen, welche zuvor einen zusammenhängenden Bereich (20) gebildet haben;

(iii) zumindest teilweises - vorzugsweise vollständiges - Trennen der Elektrodenbahn (1 ) - vorzugsweise quer zur Längsrichtung des Trägers (10) - in einem unbeschichteten Bereich (40), derart, dass auf der zumindest teilweise getrennten Elektrodenbahn (1 ) unbeschichtete Bereiche (40') und (40") entstehen, welche zuvor einen zusammenhängenden Bereich (40) gebildet haben.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung kann der Träger so beschichtet sein, dass am seitlichen Rand (also an den langen äußeren Rändern des Trägers) kein mit Aktivmaterial unbeschichteter Bereich verbleibt (wie in den Figuren gezeigt). Der Träger kann aber auch so beschichtet sein, dass an diesem seitlichen Rand ein nicht beschichteter Bereich verbleibt (welcher in der weiteren Verarbeitung zu einer Elektrode dann entfernt werden muss). Das intermittierende Auftragen von Aktivmaterial gemäß Stufe (i) kann nach jedem geeigneten Verfahren erfolgen. Bevorzugte Verfahren schließen das Auftragen mittels Rakel oder Walzen ein. Aufsprühen, Aufdrucken, Aufpressen, Einpressen, Aufrollen, Aufrakeln, Tauchen, Spritzen oder Aufgießen sind gleichfalls möglich. Da das Aktivmaterial zu den unbeschichteten Bereichen hin verlaufen kann, vorzugsweise im Sinne abnehmender Schichtdicke, nimmt die Schichtdicke in den beschichteten Bereichen (20) hin zu den unbeschichteten Bereichen (40) üblicherweise ab. Da jedoch beim erfindungsgemäßen Verfahren immer zwei Elektrodenvorläufer (20') und (20") eine gemeinsame Kante (30) in einem Bereich im Wesentlichen konstanter Schichtdicke aufweisen, kann gerade in diesen Bereichen die Schichtdicke nicht abnehmen und Elektroden mit "vollständiger" Schichtdicke können gerade auch im Endbereich durch Abtrennen an einer gemeinsamen Kante erhalten werden. Eine nach Stufe (i) erhaltene Elektrodenbahn wird durch die Figuren 1 und 2 veranschaulicht.

In Stufe (ii) erfolgt das zumindest teilweise Trennen, vorzugsweise auch das vollständige Trennen, der Elektrodenbahn im beschichteten Bereich (20) entlang der Linie (30). Diese Linie stellt somit eine (imaginäre) gemeinsame Kante dar, welche die Elektrodenvorläufer (2) und (4) auf der Elektrodenbahn (1 ) in den jeweiligen beschichteten Bereichen (20') und (20") teilen.

In Stufe (iii) erfolgt das zumindest teilweise Trennen, vorzugsweise auch das vollständige Trennen, der Elektrodenbahn (1 ) im unbeschichteten Bereich (40) entlang der Linie (30'). Diese Linie stellt somit eine (imaginäre) gemeinsame Kante dar, welche die Elektrodenvorläufer (2) und (4) in den jeweiligen unbeschichteten Bereichen (40') und (40") teilen.

Die Trennung in Stufe (ii) oder (iii) erfolgt vorzugsweise quer zur Elektrodenbahn, kann aber auch so erfolgen, dass die Trennlinie eine Komponente längs zur Elektrodenbahn aufweist oder längs zur Elektrodenbahn erfolgt. Ein komplexes "Trennungsmuster" mit Quer- und Längskomponente ist beispielhaft in Figur 6 gezeigt.

In den beschichteten Bereichen (20') und (20") weist die Schicht im Hinblick auf das Aktivmaterial weitgehend eine wünschenswert gleichmäßige Stärke (Dicke) auf. Diese Schicht kann auch in der wünschenswerten hohen Verdichtung vorliegen, da keine oder nur zu vernachlässigende dynamische Einflüsse auf die Schicht (20) bzw. auf die durch die Linie (30) gebildeten Kanten der Bereiche (20') und (20") wirken. Somit kann eine an dieser Kante abgetrennte Elektrode (bzw. ein Elektrodenvorläufer) ohne weiteren Verschnitt und somit entsprechenden Materialverlust, insbesondere Materialverlust an ggf. teurer Trägerfolie (Cu) oder teurem Aktivmaterial (enthaltend Co) erhalten werden, wobei das Aktivmaterial an der Kante vorzugsweise verdichtet ist.

In den Endbereichen der beschichteten Bereiche (20') und (20") hin zu den unbeschichteten Bereichen (40') und (40") ist die Schichtstärke nicht notwendig konstant, da sie sich ausgehend von den beschichteten Bereichen (20') und (20") hin zu diesen Bereichen (40') und (40") typischerweise verjüngt. Da diese Endbereiche des Trägers bzw. der Elektrodenbahn vorzugsweise zur Stromableitung verwendet werden, haben diese sich verjüngenden Schichten keinen oder nur einen zu vernachlässigenden Einfluss auf die Qualität der Elektrodenvorläufer (2) und (4) bzw. auf die daraus hergestellten Elektroden. Diese Verjüngung ist im Sinne der vorliegenden Erfindung sogar für das Stapeln von Elektroden und das Zusammenfassen von Abieitern von Vorteil. Nach den Stufen (ii) und (iii) erhaltene Elektrodenvorläufer werden durch die Figuren 3 bis 5 veranschaulicht.

Wie aus den Figuren 3 bis 5 weiter ersichtlich ist, fallen beim Vereinzeln der erfindungsgemäßen Elektrodenvorläufer, d.h. beim zumindest teilweise oder vollständigen Trennen der Elektrodenbahn (1 ) entlang der Linien (30) und (30') in den Stufen (ii) und (iii), keine oder nur zu vernachlässigende Abfälle an.

In einer Ausführungsform kann Stufe (ii) vor Stufe (iii) durchgeführt werden. Vorzugsweise wird dann Stufe (ii) in einem beschichteten Bereich (20) ausgeführt und Stufe (iii) in einem unbeschichteten Bereich (40), der an den beschichteten Bereich unmittelbar angrenzt. Bei Wiederholen der Stufen gemäß (ii) und (iii) entlang der Längsrichtung des Trägers bzw. der Elektrodenbahn können dann vereinzelte Elektrodenvorläufer (2) und (4) erhalten werden. In einer weiteren Ausführungsform kann Stufe (iii) vor Stufe (ii) durchgeführt werden. Vorzugsweise wird dann Stufe (iii) in einem unbeschichteten Bereich (40) ausgeführt und Stufe (ii) in einem beschichteten Bereich (20), der an den unbeschichteten Bereich unmittelbar angrenzt. Bei Wiederholen der Stufen (iii) und (ii) entlang der Längsrichtung des Träger bzw. der Elektrodenbahn (1 ) können dann vereinzelte Elektrodenvorläufer (2) und (4) erhalten werden.

Im Sinne der vorliegenden Erfindung ist es auch möglich, Stufe (ii) und Stufe (iii) in Bereichen auszuführen, welche nicht unmittelbar benachbart sind. Es können dann Bruchstücke der Elektrodenbahn (1 ) erhalten werden, welche z.B. neben einem beschichteten Bereich (20) unbeschichtete Bereiche (40') und (40") aufweisen oder die neben unbeschichteten Bereichen (40) beschichtete Bereiche (20') und (20") aufweisen. Anschließend können diese Bruchstücke der Elektrodenbahn (1 ) weiter gemäß Stufe (ii) oder Stufe (iii) verarbeitet werden, d.h. beschichtete Bereiche weiter in beschichtete Bereiche (20') und (20") getrennt bzw. unbeschichtete Bereiche (40) in unbeschichtete Bereiche (40') und (40") getrennt werden, wobei die Elektrodenvorläufer (2) und (4) erhalten werden. In einer bevorzugten Ausführungsform werden die Stufen (ii) und (iii) gleichzeitig durchgeführt. Vorzugsweise wird dann in Stufe (iii) ein unbeschichteter Bereich (40) gleichzeitig mit einem unmittelbar daran angrenzenden Bereich (20) gemäß Stufe (ii) zumindest teilweise oder - vorzugsweise - vollständig getrennt. In einer Ausführungsform kann das zumindest teilweise Trennen gemäß Stufe (ii) oder Stufe (iii), oder Stufe (ii) und Stufe (iii), durch Ausstanzen mit einem geeigneten Stanzwerkzeug erfolgen oder durch Abtrennen mit Hilfe eines Wasserstrahls.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann das zumindest teilweise Trennen gemäß Stufe (ii) oder Stufe (iii), oder Stufe (ii) und Stufe (iii), durch Laserschneiden erfolgen. Laserschneiden ist mit besonders geringem Materialverlust verbunden und insbesondere für das Trennen entlang der Schnittlinie (30) geeignet.

In einer Ausführungsform kann das Ausstanzen oder Laserschneiden so durchgeführt werden, dass die Elektrodenvorläufer (2) und (4) die gleiche Länge und Breite aufweisen. In einer weiteren Ausführungsform weisen die beschichteten Bereiche (20') und (20") relativ zueinander die gleiche Fläche und die unbeschichteten Bereiche (40') und (40") - auch relativ zueinander - die gleiche Fläche auf. In einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird der Träger (10) lediglich auf einer Seite intermittierend beschichtet, bevorzugt beidseitig beschichtet.

In einer Ausführungsform wird der Träger (10) auf beiden Seiten intermittierend beschichtet. Beidseitiges Beschichten erfolgt vorzugsweise so, dass beschichtete Bereiche auf den gegenüberliegenden Seiten des Trägers sich spiegelbildlich oder weitgehend spiegelbildlich gegenüber liegen. Dieser Ausführungsform ist dann der Vorzug zu geben, wenn vorzugsweise die Elektrodenvorläufer (2) und (4) bzw. daraus hergestellte Elektroden in gestapelten Zellen eingesetzt werden sollen, d.h. in Zellen, welche eine Abfolge von (negativer) Elektrode, Separator, (positiver) Elektrode, Separator, (negativer) Elektrode, etc. aufweisen.

In einer bevorzugten Ausführungsform kann der durch Ausstanzen oder Laserschneiden erhaltene und vereinzelte Elektrodenvorläufer unmittelbar als Elektrode in einer elektrochemischen Zelle eingesetzt werden.

Diese Ausführungsform weist auch den Vorteil auf, dass die Elektrodenvorläufer (2) und (4) in den unbeschichteten Bereichen (40') und (40") ineinander gestapelt werden können. Vorzugsweise liegt der bahnförmige Träger (10) in Folienform vor.

In einer Ausführungsform weist der Träger (10) Kupfer oder Aluminium auf. Diese Metalle werden bevorzugt als Ableitermaterialien ("Kollektoren") in Elektroden, vorzugsweise in Lithiumionen-Batterien, verwendet. Unabhängig hiervon können im Sinne der vorliegenden Erfindung allerdings alle denkbaren Leiter, insbesondere Metalle und Legierungen, eingesetzt werden.

In einer Ausführungsform ist das Aktivmaterial ein Material, welches metallisches Lithium interkalieren kann oder ein Lithiumoxid ist oder aufweist. In einer Ausführungsform wird der Elektrodenvorläufer (2, 4) mindestens einer der folgenden zusätzlichen Stufen (iv) und (v) unterzogen:

(iv) Bearbeiten der beschichteten Bereiche (20') und (20"), vorzugsweise Bearbeiten zumindest teilweise entlang der von der Linie 30 jeweils gebildeten Kanten;

(v) Bearbeiten der unbeschichteten Bereiche (40') und (40"), vorzugweise Bearbeiten zumindest teilweise entlang der von der Linie (30') jeweils gebildeten Kanten.

In einer Ausführungsform wird Stufe (iv) so ausgeführt, dass die beschichteten Bereiche (20') und (20") weiter beschnitten oder abgelängt werden. Auch ein Bearbeiten entlang der von der Linie (30) jeweils gebildeten Kanten ist möglich, etwa um eventuelle Rauigkeiten zu beseitigen.

In einer weiteren Ausführungsform wird Stufe (v) so ausgeführt, dass die unbeschichteten Bereiche (40') und (40") weiter beschnitten oder abgelängt werden. Auch ein Bearbeiten entlang der von der Linie (30) jeweils gebildeten Kanten ist möglich, etwa um eventuelle Rauigkeiten zu beseitigen.

In einer Ausführungsform können die unbeschichteten Bereiche (40') und (40") auch entfernt werden, bis auf einen Bereich, der "Ableiterfahne", welcher für den Elektronentransport zum elektrischen Verbraucher oder zu einer benachbarten Elektrode verwendet wird.

Eine besonders bevorzugte Ausführungsform ist in Figur 6 gezeigt. Demgemäß ist es im Sinne vorliegender Erfindung besonders bevorzugt, wenn die unbeschichteten Bereiche (40') und (40") zweier aneinander angrenzender, insbesondere gegenüberliegender Elektrodenvorläufer (2) und (4) derart im Schritt (iii) aus der Elektrodenbahn herausgetrennt werden, dass diese unbeschichten Bereiche (40') und (40"), welche vorzugsweise im Verhältnis zueinander die gleiche Fläche haben, im Wesentlichen nebeneinander liegen, vorzugsweise vollständig nebeneinander angeordnet sind, wie dies in Figur 6 veranschaulicht ist. Dieses "Ineinanderschachteln" zweier unbeschichteter Bereiche (40') und (40"), welche in der am Ende herzustellenden Elektrode die Stromableiter darstellen ("Ableiterfähnchen"), führt dazu, dass eine besonders große Menge an Träger (10) eingespart wird, da in den kommerziell relevanten Ausführungsformen für Elektroden die "Breite" der Ableiterfähnchen normalerweise kleiner ist als die "Breite" der Elektrode selber, typischerweise halb so groß wie die "Breite" der Elektrode oder kleiner als diese halbe "Breite".

Ein unmittelbares Ausstanzen zweier solcher nebeneinander liegender Bereiche (40') und (40"), wie in der Figur 6 gezeigt, hat auch den Vorteil dass ein weiteres Bearbeiten unbeschichteter Bereiche (40') und (40"), wie beispielsweise in Figur 3 gezeigt, welche nicht im Wesentlichen nebeneinander angeordnet sind, überflüssig oder minimiert wird.

Somit betrifft die vorliegende Erfindung in einem weiteren Aspekt auch ein Verfahren zur Herstellung zumindest eines Elektrodenvorläufers (2), welcher einen mit Aktivmaterial beschichteten Bereich (20') und einen unbeschichteten Bereich (40") aufweist, wobei die Schichtdicke des Aktivmaterials über den beschichteten Bereich (20') im Wesentlichen konstant ist, außer im Endbereich hin zum unbeschichteten Bereich (40"), und zumindest eines Elektrodenvorläufers (4), welcher einen mit Aktivmaterial beschichteten Bereich (20") und einen unbeschichteten Bereich (40') aufweist, wobei die Schichtdicke des Aktivmaterials über den beschichteten Bereich (20") im Wesentlichen konstant ist, außer im Endbereich hin zum unbeschichteten Bereich (40'), aus einer Elektrodenbahn (1 ), wobei das Verfahren mindestens die folgenden Stufen (i) und (iii) aufweist: (i) intermittierendes Auftragen von Aktivmaterial auf einen - vorzugsweise bahnförmigen - Träger (10) unter Bildung einer Elektrodenbahn (1 ), derart, dass jeweils beschichtete Bereiche (20) entstehen, unterbrochen von unbeschichteten Bereichen (40), welche zwischen den beschichteten Bereichen (20) angeordnet sind, wobei das Aktivmaterial so aufgetragen wird, dass die Schichtdicke über die beschichteten Bereiche (20) im Wesentlichen konstant ist, außer in den

Endbereichen hin zu den unbeschichteten Bereichen (40);

(iii) zumindest teilweises - vorzugsweise vollständiges - Trennen der Elektrodenbahn (1 ) - vorzugsweise quer zur Längsrichtung des Trägers (10) - in einem unbeschichteten Bereich (40), derart, dass auf der zumindest teilweise getrennten Elektrodenbahn (1 ) unbeschichtete Bereiche (40') und (40") entstehen, welche zuvor einen zusammenhängenden Bereich (40) gebildet haben, wobei die unbeschichteten Bereiche (40') und (40") zweier aneinander angrenzender, insbesondere gegenüberliegender Elektrodenvorläufer (2) und (4) derart im Schritt (iii) aus der Elektrodenbahn herausgetrennt werden, dass diese unbeschichten Bereiche (40') und (40"), welche vorzugsweise im Verhältnis zueinander die gleiche Fläche haben, im Wesentlichen nebeneinander liegen, vorzugsweise vollständig nebeneinander angeordnet sind.

In einer Ausführungsform kann der Elektrodenvorläufer (2, 4) als Elektrode eingesetzt werden, vorzugsweise nach Bearbeiten gemäß der Stufe (iv) oder Stufe (v) oder gemäß der Stufe (iv) und Stufe (v), oder aber auch, wie vorstehend beschrieben, direkt und unmittelbar nach dem Vereinzeln.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren können in Abhängigkeit vom eingesetzten Aktivmaterial entweder positive Elektroden oder negative Elektroden hergestellt werden.

Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die Erfindung einen Elektrodenvorläufer (2, 4), der nach einem Verfahren herstellbar oder erhältlich ist wie im ersten Aspekt definiert.

Des Weiteren betrifft die Erfindung einen Elektrodenvorläufer (2), welcher einen mit Aktivmaterial beschichteten Bereich (20') und einen unbeschichteten Bereich (40") aufweist, wobei die Schichtdicke des Aktivmaterials über den beschichteten Bereiche (20') im Wesentlichen konstant ist, außer im Endbereich hin zum unbeschichteten Bereich (40"), und einen Elektrodenvorläufer (4), welcher einen mit Aktivmaterial beschichteten Bereich (20") und einen unbeschichteten Bereich (40') aufweist, wobei die Schichtdicke des Aktivmaterials über den beschichteten Bereich (20") im Wesentlichen konstant ist, außer im Endbereich hin zum unbeschichteten Bereich (40').

In einer Ausführungsform stellt der Elektrodenvorläufer (2, 4) eine Elektrode dar, vorzugsweise eine Elektrode für eine Lithiumionen-Batterie. In einer Ausführungsform sind die Elektrodenvorläufer (2) und (4) im Wesentlichen identisch.

Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung die Verwendung eines Elektrodenvorläufers (2, 4) hergestellt oder herstellbar nach Verfahren wie im ersten Aspekt der Erfindung definiert, oder eines Elektrodenvorläufers (2, 4) wie im zweiten Aspekt der Erfindung definiert, zur Herstellung einer Elektrode, vorzugsweise einer Elektrode für eine Lithiumionen-Batterie. Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung eine Lithiumionen-Batterie, welche den Elektrodenvorläufer (2, 4) hergestellt gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist, oder den Elektrodenvorläufer (2, 4) gemäß dem zweiten Aspekt der Erfindung, wobei der Elektrodenvorläufer (2, 4) als Elektrode ausgebildet ist.

Definitionen

Alle nachfolgenden Begriffe sind im Sinne der Erfindung definiert. Der Begriff "Elektrodenvorläufer" schließt jeglichen Träger und auf den Träger aufgebrachtes Aktivmaterial ein, aus welchen eine Elektrode hergestellt werden kann.

Der Begriff "Elektrodenbahn" bedeutet einen Träger mit darauf aufgebrachtem Aktivmaterial, aus welchem die Elektrodenvorläufer erhalten werden können oder welcher die Elektrodenvorläufer aufweist.

Der Begriff "Aktivmaterial" bedeutet jegliches Material, welches die Ladungsübergänge an einer positiven Elektrode und einer negativen Elektrode erlaubt, die vorzugsweise in einer Sekundärbatterie maßgebend sind, vorzugsweise in einer Lithiumionen- Sekundärbatterie.

Der Begriff "positive Elektrode" bedeutet die Elektrode, die bei Anschluss der Batterie an einen Verbraucher, beispielsweise an einen Elektromotor, in der Lage ist, Elektronen aufzunehmen. Die positive Elektrode stellt also die Kathode dar. Der Begriff "negative Elektrode" bedeutet die Elektrode, die bei Betrieb in der Lage ist, Elektronen abzugeben. Die negative Elektrode stellt also die Anode dar. Wird das erfindungsgemäße Verfahren zur Herstellung von Elektroden für eine Lithiumionen-Batterie verwendet, so wird in einer Ausführungsform als Aktivmaterial für die Kathode vorzugsweise ein Material verwendet, das ein Lithium-Übergangsmetall- Oxid aufweist. In einer Ausführungsform enthält das Aktivmaterial für die positive Elektrode ein Lithium-Mischoxid. Vorzugsweise enthält das Mischoxid ein oder mehrere Elemente ausgewählt aus Nickel, Mangan und Kobalt.

In einer weiteren Ausführungsform weist das Aktivmaterial für die positive Elektrode Lithium-Eisenphosphat auf. Das Phosphat kann auch zusätzlich Mn, Co oder Ni, oder Kombinationen hiervon enthalten. In einer weiteren Ausführungsform weist das Aktivmaterial für die positive Elektrode ein Lithium-Übergangsmetallphosphat wie Lithiummanganphosphat, Lithiumkobaltphosphat oder Lithiumnickelphosphat auf.

Die positive Elektrode kann auch Mischungen aus zwei oder mehreren der genannten Aktivmaterialien und beliebige weitere Komponenten enthalten.

Die positive Elektrode enthält die Lithiumverbindung vorzugsweise in Form von Nanopartikeln. Die Nanopartikel können eine beliebige Form annehmen, das heißt, sie können grob-sphärisch oder langgestreckt sein. In einer Ausführungsform weist die Lithiumverbindung eine Partikelgröße gemessen als D90-Wert von kleiner als 15 μιη auf. Vorzugsweise ist die Partikelgröße kleiner als 10 μιη. In einer weiteren Ausführungsform weist die Lithiumverbindung eine Partikelgröße gemessen als D90-Wert zwischen 0,005 μιη bis 10 μιη auf. In einer weiteren Ausführungsform weist die Lithiumverbindung eine Partikelgröße gemessen als D90-Wert von kleiner 10 μιη auf, wobei der D50-Wert 4 μιη ± 2 μιη beträgt und der D10-Wert kleiner als 1 ,5 μιη ist. Die angegebenen Werte werden durch Messung unter Verwendung der statischen Laserlichtstreuung (Laserbeugung, Laser-Diffraktometrie) bestimmt, wie dies aus dem Stand der Technik bekannt ist. Ferner ist es auch bevorzugt, dass der Lithiumverbindung zur Erhöhung der Leitfähigkeit Kohlenstoff zugesetzt wird.

Das Aktivmaterial für eine negative Elektrode kann aus einer Vielzahl von Materialien hergestellt werden, die für die Verwendung in einer Lithiumionen-Batterie geeignet sind. Grundsätzlich können alle Materialien verwendet werden, die in der Lage sind, mit Lithium Interkalationsverbindungen zu bilden.

Vorzugsweise kann das Aktivmaterial für die negative Elektrode Lithium-Metall-Oxide wie Lithium-Titan-Oxid enthalten. Geeignete Aktivmaterialien für die negative Elektrode umfassen auch Graphit, synthetischer Graphit, Ruß, Mesokohlenstoff, dotierter Kohlenstoff, Fullerene, Niobpentoxid, Titandioxid, Zinndioxid, oder Silizium oder zwei oder mehr davon. Die für die positive wie auch für die negative Elektrode verwendeten Aktivmaterialien werden vorzugsweise durch ein Bindemittel, das diese Materialien auf dem Träger hält, zusammengehalten. Vorzugsweise können polymere Bindemittel verwendet werden, vorzugsweise Polyvinylidenfluorid, Polyethylenoxid, Polyethylen, Polypropylen, Polytetrafluorethylen, Polyacrylat, Ethylen-(Propylen-DienMonomer)-Copolymer (EPDM) und Mischungen und Copolymere davon.

Der Begriff "intermittierendes Auftragen" des Aktivmaterials bedeutet, dass auf dem Träger das Aktivmaterial nicht durchgängig, also zeitlich und/oder räumlich kontinuierlich, auf den Träger aufgetragen wird, sondern mit Unterbrechungen, so dass Bereiche des Trägers (in Längsrichtung bzw. in "Laufrichtung" gesehen) kein Aktivmaterial aufweisen. Diese Bereiche trennen beschichtete Bereiche voneinander.

Der Begriff "bahnförmig" in Zusammenhang mit dem Träger bedeutet einen Träger für das Aktivmaterial, dessen Länge größer als dessen Breite ist.

Der Begriff "Bereich" bedeutet eine Fläche auf dem Träger, die entweder mit dem Aktivmaterial beschichtet ist oder unbeschichtet ist. Der Begriff "Träger" bedeutet ein - vorzugsweise bahnförmiges - Material, auf welches das Aktivmaterial aufgebracht wird. Ein "Träger" ist also ein Substrat für Aktivmaterial.

Der Begriff "im Wesentlichen konstant" bedeutet, dass die Schichtdicke um nicht mehr als ± 10 %, vorzugsweise nicht mehr als ± 5 %, insbesondere nicht mehr als um ± 3 % von einem vorbestimmten Mittelwert abweicht, bevorzugt um nicht mehr als ± 2 % oder ± 0,5 %.

Der Begriff "Endbereich" bedeutet den Übergang vom beschichteten Bereich des Trägers zum angrenzenden unbeschichteten Bereich hin, also den Bereich, in dem die Schichtdicke nicht mehr konstant ist, und zwar in der Laufrichtung (Längsrichtung) des bahnförmigen Trägers.

Die Begriffe "Lithiumionen-Batterie" und "Lithiumionen-Sekundärbatterie" werden synonym verwendet. Die Begriffe schließen auch die Begriffe "Lithium-Batterie", "Lithiumionen-Akkumulator" und "Lithiumionen-Zelle" ein. Ein Lithiumionen-Akkumulator besteht im Allgemeinen aus einer Serien- bzw. Reihenschaltung einzelner Lithiumionen- Zellen.

Bezugszeichenliste

1 Elektrodenbahn

2 Elektrodenvorläufer 4 Elektrodenvorläufer

10 bahnförmiger Träger für Aktivmaterial

20 beschichteter Bereich / beschichtete Bereiche auf der Elektrodenbahn (1 )

40 unbeschichteter Bereich / unbeschichtete Bereiche auf der Elektrodenbahn (1 )

20' beschichteter Bereich / beschichtete Bereiche des Elektrodenvorläufers (2) 40" unbeschichteter Bereich / unbeschichtete Bereiche des Elektrodenvorläufers (2)

20" beschichteter Bereich / beschichtete Bereiche des Elektrodenvorläufers (4)

40' unbeschichteter Bereich / unbeschichtete Bereiche des Elektrodenvorläufers (4)

30 (imaginäre) Kante oder Linie, an der das zumindest teilweise Trennen im beschichteten Bereich / in den beschichteten Bereichen (20) durchgeführt wird ("Schnittlinie")

30' (imaginäre) Kante oder Linie, an der das zumindest teilweise Trennen im unbeschichteten Bereich / in den unbeschichteten Bereichen (40) durchgeführt wird ("Schnittlinie")