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Title:
METHOD AND SYSTEM FOR PRODUCING SHEET-SHAPED OR PANEL-SHAPED OBJECTS
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2013/083233
Kind Code:
A1
Abstract:
The invention relates to a system for producing sheet-shaped or panel-shaped objects which comprise at least one active surface, particularly for the production of electrodes, or of parts of such electrodes, for building an electrochemical energy store that is preferably designed for use in a motor vehicle, these sheet or panel-shaped objects having a first object side and a second object side which lies opposite said first object side, and the production system comprising a first radiation device, particularly a first laser device, which is arranged and designed such that it can alter the roughness of the active surface on the first object side of the electrode. The invention also relates to a method for producing sheet-shaped or panel-shaped objects which comprise at least one active surface, particularly for the production of electrodes, or of parts of such electrodes, for building an electrochemical energy store that is preferably designed for use in a motor vehicle, these sheet or panel-shaped objects having a first object side and a second object side which lies opposite this first object side, and said production method comprising the step of: altering the roughness of the active surface on the first object side using a first radiation device, in particular a first laser device.

Inventors:
SCHAEFER TIM (DE)
LEGNER STEFFEN (DE)
Application Number:
PCT/EP2012/004804
Publication Date:
June 13, 2013
Filing Date:
November 20, 2012
Export Citation:
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Assignee:
LI TEC BATTERY GMBH (DE)
International Classes:
H01M4/48; B23K26/00; H01M4/04; H01M4/131; H01M4/1391; H01M4/485; H01M4/505; H01M4/525; H01M4/58
Domestic Patent References:
WO2008153749A12008-12-18
WO2012079705A12012-06-21
Foreign References:
EP1750314A12007-02-07
EP1542297A22005-06-15
Other References:
None
Attorney, Agent or Firm:
WALLINGER, Michael (DE)
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Claims:
Patentansprüche

Verfahren zur Herstellung von mindestens eine Aktivfläche aufweisenden blatt- oder plattenförmigen Objekten, insbesondere zur Herstellung von Elektroden zum Aufbau eines elektrochemischen, vorzugsweise zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug ausgestalteten Energiespeichers oder von Teilen solcher Elektroden, wobei die blatt- oder plattenförmigen Objekte eine erste Objektseite und eine der ersten Objektseite gegenüberliegende zweite Objektseite aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungsverfahren den Schritt aufweist:

(S3.1 ) Verändern der Rauhigkeit der Aktivfläche an der ersten Objektseite mittels einer ersten Strahlungsvorrichtung, insbesondere einer ersten Laservorrichtung.

Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungsverfahren den Schritt aufweist:

(S3.1a) Abtragen von Aktivmaterial an der Aktivfläche an der ersten

Objektseite der Elektrode.

Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (S3.1a) des Abtragens von Material auf der ersten Objektseite der Elektrode mittels einer Laserabtastung durchgeführt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (S3.1a) des Abtragens von Material auf der ersten Objektseite der Elektrode derart durchgeführt wird, dass auf der ersten Objektseite der Elektrode eine erste Elektrodenoberflächenstruktur bewirkt wird, die an eine erste Separatorenoberflächenstruktur einer ersten im zusammengebauten Zustand der ersten Objektseite der Elektrode gegenüberliegenden erste Separatorenoberfläche eines Separators angepasst ist. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungsverfahren den Schritt aufweist:

(S2.1 ) Erfassen der ersten Separatorenoberflächenstruktur der ersten im zusammengebauten Zustand der ersten Objektseite der Elektrode gegenüberliegenden Separatorenoberfläche, wobei vorzugsweise der Schritt (S3.1 ) des Veränderns der Rauhigkeit der Aktivfläche an der ersten Objektseite in Abhängigkeit von der erfassten ersten Separatorenoberflächenstruktur durchgeführt wird.

Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungsverfahren mindestens einen der folgenden Schritte aufweist: (S1.1) Aufbringen der ersten Separatorenoberflächenstruktur der

ersten im zusammengebauten Zustand der ersten Objektseite der Elektrode gegenüberliegenden Separatorenoberfläche vor dem Schritt (S3.1) des Veränderns der Rauhigkeit der Aktivfläche an der ersten Objektseite der Elektrode oder

(54.1 ) Aufbringen der ersten Separatorenoberflächenstruktur der

ersten im zusammengebauten Zustand der ersten Objektseite der Elektrode gegenüberliegenden Separatorenoberfläche nach dem Schritt (S3.1) des Veränderns der Rauhigkeit der Aktivfläche an der ersten Objektseite der Elektrode.

Verfahren einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungsverfahren den Schritt aufweist:

(53.2) Verändern der Rauhigkeit der Aktivfläche an der zweiten Objektseite mittels einer zweiten Strahlungsvorrichtung, insbesondere einer zweiten Laservorrichtung.

Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungsverfahren den Schritt aufweist:

(S3.2a) Abtragen von Aktivmaterial an der Aktivfläche an der zweiten

Objektseite der Elektrode. Verfahren nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (S3.2a) des Abtragens von Material auf der zweiten Objektseite der Elektrode mittels einer Laserabtastung durchgeführt wird.

Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schritt (S3.2a) des Abtragens von Material auf der zweiten Objektseite der Elektrode derart durchgeführt wird, dass auf der zweiten Objektseite der Elektrode eine zweite Elektrodenoberflächenstruktur bewirkt wird, die an eine zweite Separatorenoberflächenstruktur einer zweiten im zusammengebauten Zustand der zweiten Objektseite der Elektrode gegenüberliegenden zweite Separatorenoberfläche eines Separators angepasst ist.

Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass das

Herstellungsverfahren den Schritt aufweist:

(S2.2) Erfassen der zweiten Separatorenoberflächenstruktur der

zweiten im zusammengebauten Zustand der zweiten Objektseite der Elektrode gegenüberliegenden zweiten Separatorenoberfläche, wobei

vorzugsweise der Schritt (S3.2) des Veränderns der Rauhigkeit der Aktivfläche an der zweiten Objektseite in Abhängigkeit von der erfassten zweiten Separatorenoberflächenstruktur durchgeführt wird.

Verfahren nach Anspruch 10 oder 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungsverfahren mindestens einen der folgenden Schritte aufweist:

(S1.2) Aufbringen der zweiten Separatorenoberflächenstruktur der zweiten im zusammengebauten Zustand der zweiten Objektseite der Elektrode gegenüberliegenden Separatorenoberfläche vor dem Schritt (S3.2) des Veränderns der Rauhigkeit der Aktivfläche an der zweiten Objektseite der Elektrode oder (S4.2) Aufbringen der zweiten Separatorenoberflächenstruktur der zweiten im zusammengebauten Zustand der zweiten Objektseite der Elektrode gegenüberliegenden Separatorenoberfläche nach dem Schritt (S3.2) des Veränderns der Rauhigkeit der Aktivfläche an der zweiten Objektseite der Elektrode.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Laservorrichtung einen Laser, vorzugsweise einen Kohlendioxidlaser, mit mindestens einen der folgenden Parameter aufweist:

- eine Brennfleckgröße kleiner als 100 pm oder

- eine Arbeitswellenlänge kleiner als 1070 nm.

Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass für mindestens eine Komponente der Elektrode ein Material aus einer Gruppe ausgewählt wird, die umfasst: LiCo02, LiNi02, LiFeP04, Li4Ti5012, Li[NixCo1-x-yMny]02, LiNi1-xCox02, Li[NixCoi-x-yAly]02> Sn02 oder LaMn204.

System zur Herstellung von mindestens eine Aktivfläche aufweisenden blatt- oder plattenförmigen Objekten, insbesondere zur Herstellung von Elektroden zum Aufbau eines elektrochemischen, vorzugsweise zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug ausgestalteten Energiespeichers oder von Teilen solcher Elektroden, wobei die blatt- oder plattenförmigen Objekte eine erste Objektseite und eine der ersten Objektseite gegenüberliegende zweite Objektseite aufweisen, dadurch gekennzeichnet, dass das Herstellungssystem eine erste Strahlungsvorrichtung, insbesondere eine erste Laservorrichtung aufweist, welche derart angeordnet und ausgestaltet ist, dass sie die Rauhigkeit der Aktivfläche an der ersten Objektseite der Elektrode verändern kann. Herstellungssystem nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Laservorrichtung zum Abtragen von Aktivmaterial an der Aktivfläche der ersten Objektseite der Elektrode mittels Laserabtastung angeordnet und ausgestaltet ist.

Herstellungssystem nach Anspruch 15 oder 16, gekennzeichnet durch eine erste Erfassungseinheit, die zum Erfassen einer ersten Separatoren Oberflächenstruktur einer ersten Separatorenoberfläche angeordnet und ausgestaltet ist.

Herstellungssystem nach einem der Ansprüche 15 bis 17, gekennzeichnet durch eine erste Separatorenoberflächenstrukturierungs- vorrichtung, die zum Aufbringen einer ersten Separatorenoberflächenstruktur an der ersten Separatorenoberfläche angeordnet und ausgestaltet ist.

Herstellungssystem nach einem der Ansprüche 15 bis 18, gekennzeichnet durch eine zweite Strahlungsvorrichtung, insbesondere eine zweite Laservorrichtung, welche derart angeordnet und ausgestaltet ist, dass sie die Rauhigkeit der Aktivfläche an der zweiten Objektseite der Elektrode verändern kann.

Herstellungssystem nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Laservorrichtung zum Abtragen von Aktivmaterial an der Aktivfläche der zweiten Objektseite der Elektrode mittels Laserabtastung angeordnet und ausgestaltet ist.

Herstellungssystem nach Anspruch 19 oder 20, gekennzeichnet durch eine zweite Erfassungseinheit, die zum Erfassen einer zweiten

Separatorenoberflächenstruktur einer zweiten Separatorenoberfläche angeordnet und ausgestaltet ist. Herstellungssystem nach einem der Ansprüche 19 bis 21 , gekennzeichnet durch eine zweite Separatorenoberflächenstrukturierungs- vorrichtung, die zum Aufbringen einer zweiten Separatorenoberflächenstruktur an der zweiten Separatorenoberfläche angeordnet und ausgestaltet ist.

Herstellungssystem nach einem der Ansprüche 15 bis 22, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und/oder die zweite Laservorrichtung einen Laser, vorzugsweise einen Kohlendioxidlaser, mit mindestens einen der folgenden Parameter aufweist:

- eine Brennfleckgröße kleiner als 100 μητι oder

- eine Arbeitswellenlänge kleiner als 1070 nm.

Blatt- oder plattenförmiges Objekt, insbesondere Elektrode zum Aufbau eines elektrochemischen, vorzugsweise zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug ausgestalteten Energiespeichers oder von Teile solcher

Elektroden, wobei das blatt- oder plattenförmige Objekt eine erste Objektseite und eine der ersten Objektseite gegenüberliegende zweite Objektseite aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass das blatt- oder plattenförmige Objekt mit einem Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 14 hergestellt worden ist und/oder mit einem Herstellungssystem nach einem der Ansprüche 15 bis 23 hergestellt worden ist.

Description:
Verfahren und System zur Herstellung

von blatt- oder plattenförmigen Objekten

B e s c h r e i b u n g

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Herstellung von blatt- oder plattenförmigen Objekten, insbesondere zur Herstellung von Elektroden zum Aufbau eines elektrochemischen Energiespeichers oder von Teilen solcher Elektroden.

Hiermit wird der gesamte Inhalt der Prioritätsanmeldung DE 10 201 1 120 278 durch Bezugnahme Bestandteil der vorliegenden Anmeldung.

Als elektrochemische Energiespeicher sind Batterien (Primärspeicher) und Akkumulatoren (Sekundärspeicher) bekannt, die aus einer oder mehreren Speicherzellen aufgebaut sind, in denen bei Anlegen eines Ladestroms elektrische Energie in einer elektrochemischen Ladereaktion zwischen einer Kathode und einer Anode in bzw. zwischen einem Elektrolyten in chemische Energie umgewandelt und so gespeichert wird und in denen bei Anschließen eines elektrischen Verbrauchers chemische Energie in einer elektrochemischen Entladereaktion in elektrische Energie umgewandelt wird. Dabei werden Primärspeicher in der Regel nur ein Mal aufgeladen und nach ihrer Entladung entsorgt, während Sekundärspeicher mehrere (von einigen 100 bis über 10.000) Zyklen von Aufladung und Entladung erlauben. In diesem Zusammenhang ist anzu- merken, dass insbesondere im Kraftfahrzeugbereich auch Akkumulatoren als Batterien bezeichnet werden.

Die Elektroden werden in einer sehr großen Anzahl benötigt, weshalb Bedarf an hochqualitativen, effektiven und kostengünstigen Fertigungsverfahren besteht. Es ist deshalb eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Verfahren und ein verbessertes System zur Herstellung von blatt- oder platten- förmigen Objekten zu schaffen.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren zur Herstellung von blatt- oder plattenförmigen Objekten nach Anspruch 1 bzw. ein System zur Herstellung von blatt- oder plattenförmigen Objekten nach Anspruch 15 bzw. nach einem blatt- oder plattenförmigen Objekt nach Anspruch 24 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.

Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren zur Herstellung von mindestens eine Aktivfläche aufweisenden blatt- oder plattenförmigen Objekten, insbesondere zur Herstellung von Elektroden zum Aufbau eines elektrochemischen, vorzugsweise zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug ausgestalteten Energiespeichers oder von Teilen solcher Elektroden, wobei die blatt- oder plattenförmigen Objekte eine erste Objektseite und eine der ersten Objektseite gegenüber- liegende zweite Objektseite aufweisen, dadurch gelöst, dass das Herstellungsverfahren den Schritt aufweist: ein Verändern der Rauhigkeit der Aktivfläche an der ersten Objektseite mittels einer ersten Strahlungsvorrichtung, insbesondere einer ersten Laservorrichtung. Ein Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens liegt darin, dass mit der Veränderung der Rauhigkeit der Oberfläche die Zyklen- Stabilität der Zellen verbessert werden kann. Ein anderer Vorteil liegt darin, dass ein Offen-Bleiben der Grenzflächen erreicht werden kann, die anderenfalls bei Kalandrier-Schritten verschlossen werden. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass die Kapazität der Zellen vergrößert werden kann. Ein zusätzlicher Vorteil liegt darin, dass durch Vergrößerung der Oberfläche eine bessere Benetzung mit dem Elektrolyten erreicht werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, dass ein Verkürzung der Befüllungszeiten mit dem Elektrolyten erreicht werden kann. Ein anderer Vorteil liegt darin, dass die Entladeraten erhöht werden können. Ein zusätzlicher Vorteil liegt darin, dass die Vergrößerung der Oberfläche höhere Stromstärken ermöglicht. Unter einem„elektrochemischen Energiespeicher" soll vorliegend jede Art von Energiespeicher verstanden werden, dem elektrische Energie entnommen werden kann, wobei im Innern des Energiespeichers eine elektrochemische Reaktion abläuft. Der Begriff umfasst Energiespeicher aller Art, insbesondere Primärbatterien und Sekundärbatterien. Die elektrochemische Energiespeichervorrichtung weist wenigstens eine elektrochemische Zelle, bevorzugt mehrere elektrochemische Zellen auf. Die mehreren elektrochemischen Zellen können zum Speichern einer größeren Ladungsmenge parallel geschaltet sein oder zur Erzielung einer gewünschten Betriebsspannung in Serie geschaltet sein oder eine Kombination aus Parallel- und Serienschaltung bilden.

Unter einer„elektrochemischen Zelle" ist dabei eine Vorrichtung zu verstehen, welche der Abgabe elektrischer Energie dient, wobei die Energie in chemischer Form gespeichert wird. Im Fall von wiederaufladbaren Sekundärbatterien ist die Zelle auch ausgebildet, um elektrische Energie aufzunehmen, in chemische Energie umzuwandeln und abzuspeichern. Die Gestalt (d.h. insbesondere die Größe und die Geometrie) einer elektrochemischen Zelle kann abhängig von dem verfügbaren Raum gewählt werden. Bevorzugt ist die elektrochemische Zelle im Wesentlichen prismatisch oder zylindrisch ausgebildet. Die vorliegende Erfindung ist insbesondere für elektrochemische Zellen in vorteilhafter Weise einsetzbar, die als Pouch-Zellen oder Coffeebag-Zellen bezeichnet werden, ohne dass die elektrochemische Zelle der vorliegenden Erfindung auf diese Anwendung beschränkt sein soll.

Eine solche elektrochemische Zelle weist üblicherweise einen Elektrodenstapel auf, der von einer Umhüllung zumindest teilweise umschlossen ist. In diesem Zusammenhang soll unter einem „Elektrodenstapel" eine Anordnung aus wenigstens zwei Elektroden und einem dazwischen angeordneten Elektrolyten verstanden werden. Der Elektrolyt kann teilweise von einem Separator aufgenommen sein, wobei der Separator dann die Elektroden trennt. Bevorzugt weist der Elektrodenstapel mehrere Schichten von Elektroden und Separatoren auf, wobei die Elektroden gleicher Polarität jeweils vorzugsweise elektrisch mit- einander verbunden, insbesondere parallel geschaltet sind. Die Elektroden sind zum Beispiel plattenförmig oder folienartig ausgebildet und sind bevorzugt im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet (prismatische Energiespeicherzellen). Der Elektrodenstapel kann auch gewickelt sein und eine im Wesent- liehen zylindrische Gestalt besitzen (zylindrische Energiespeicherzellen). Der Begriff „Elektrodenstapel" soll auch derartige Elektrodenwickel beinhalten. Der Elektrodenstapel kann Lithium oder ein anderes Alkalimetall auch in ionischer Form aufweisen.

Unter einem „blatt- oder plattenförmigen Objekt" soll im Rahmen dieser Erfindung ein im Wesentlichen flächiger Gegenstand, vorzugsweise ein dünner flächiger Gegenstand, verstanden werden. Ein flächiger Gegenstand ist dabei ein Gegenstand, dessen Abmessungen in einer Richtung senkrecht zu seiner Fläche (auch als Dickenrichtung bezeichnet) wesentlich geringer sind als die Abmessungen der größten Strecken, die vollständig innerhalb der Fläche liegen. Die erste und die zweite Objektseite bilden jeweils die Fläche eines solchen flächigen Gegenstandes, wobei die erste und die zweite Objektseite vorzugsweise im Wesentlichen parallel zueinander verlaufen, ohne dass die Erfindung auf diese Ausführungsvariante beschränkt sein soll. Die eine Seitenfläche, welche die erste und die zweite Objektseite miteinander verbindet, bestimmt das Dickenmaß des flächigen Gegenstandes. Die Seitenfläche verläuft dabei vorzugsweise im Wesentlichen senkrecht zur ersten und zur zweiten Objektseite, ohne dass die Erfindung auf diese Ausführungsvariante beschränkt sein soll. Die ersten und zweiten Objektseiten können grundsätzlich beliebige Formen annehmen, vorzugsweise sind die erste und die zweite Objektseite jeweils im Wesentlichen rechteckig gewählt; in diesem Fall weist das Objekt insgesamt vier Seitenflächen auf, wobei benachbarte Seitenflächen im Wesentlichen rechtwinklig zueinander angeordnet sind. Das Dickenmaß der Objekte ist grundsätzlich beliebig, es reicht vorzugsweise von Folienstärke bis hin zu Plattenstärke. Die erste Objektseite des Objekts kann auch als Objektoberseite und die zweite Objektseite des Objekts kann auch als Objektunterseite bezeichnet werden, oder umgekehrt. Bevorzugt weist das Herstellungsverfahren den Schritt aufweist: ein Abtragen von Aktivmaterial an der Aktivfläche an der ersten Objektseite der Elektrode. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass eine flächige Lithiumabscheidung verringert werden kann und dass das Dickenwachstum der elektrochemischen Zelle gegen Ende der Lebensdauer abnimmt.

Bevorzugt wird bei dem Verfahren der Schritt des Abtragens von Material auf der ersten Objektseite der Elektrode mittels einer Laserabtastung durchgeführt.

Bevorzugt wird bei dem Verfahren der Schritt des Abtragens von Material auf der ersten Objektseite der Elektrode derart durchgeführt wird, dass auf der ersten Objektseite der Elektrode eine erste Elektrodenoberflächenstruktur bewirkt wird, die an eine erste Separatorenoberflächenstruktur einer ersten im zusammengebauten Zustand der ersten Objektseite der Elektrode gegenüberliegenden erste Separatorenoberfläche eines Separators angepasst ist. Ein Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass durch Anpassung der Oberflächen- struktur der Elektrode an die Oberflächenstruktur des Separators der Innenwiderstand der elektrochemischen Zelle verbessert werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass eine verbesserte Anbindung der Aktivflächen während der Zyklisierung erreicht werden kann. Ein weiterer Vorteil dieser Ausgestaltung liegt darin, dass eine erhöhte Lebensdauer bzw. eine er- höhte Zyklenzahl erreicht werden kann.

Bevorzugt weist das Herstellungsverfahren den Schritt auf: ein Erfassen der ersten Separatorenoberflächenstruktur der ersten im zusammengebauten Zustand der ersten Objektseite der Elektrode gegenüberliegenden Separatorenoberfläche, wobei vorzugsweise der Schritt des Veränderns der Rauhigkeit der Aktivfläche an der ersten Objektseite in Abhängigkeit von der erfassten ersten Separatorenoberflächenstruktur durchgeführt wird.

Bevorzugt weist das Herstellungsverfahren mindestens einen der folgenden Schritte auf: ein Aufbringen der ersten Separatorenoberflächenstruktur der ersten im zusammengebauten Zustand der ersten Objektseite der Elektrode gegenüberliegenden Separatorenoberfläche vor dem Schritt des Veränderns der Rauhigkeit der Aktivfläche an der ersten Objektseite der Elektrode oder ein Aufbringen der ersten Separatorenoberflächenstruktur der ersten im zusammengebauten Zustand der ersten Objektseite der Elektrode gegenüberliegenden Separatorenoberfläche nach dem Schritt des Veränderns der Rauhigkeit der Aktivfläche an der ersten Objektseite der Elektrode.

Bevorzugt weist das Herstellungsverfahren den Schritt aufweist: ein Verändern der Rauhigkeit der Aktivfläche an der zweiten Objektseite mittels einer zweiten Strahlungsvorrichtung, insbesondere einer zweiten Laservorrichtung. Bevorzugt weist das Herstellungsverfahren den Schritt: ein Abtragen von Aktivmaterial an der Aktivfläche an der zweiten Objektseite der Elektrode.

Bevorzugt wird bei dem Verfahren der Schritt des Abtragens von Material auf der zweiten Objektseite der Elektrode mittels einer Laserabtastung durchgeführt.

Bevorzugt wird bei dem Verfahren der Schritt des Abtragens von Material auf der zweiten Objektseite der Elektrode derart durchgeführt, dass auf der zweiten Objektseite der Elektrode eine zweite Elektrodenoberflächenstruktur bewirkt wird, die an eine zweite Separatorenoberflächenstruktur einer zweiten im zusammengebauten Zustand der zweiten Objektseite der Elektrode gegenüberliegenden zweite Separatorenoberfläche eines Separators angepasst ist. Bevorzugt weist das Herstellungsverfahren den Schritt aufweist: ein Erfassen der zweiten Separatorenoberflächenstruktur der zweiten im zusammengebauten Zustand der zweiten Objektseite der Elektrode gegenüberliegenden zweiten Separatorenoberfläche, wobei vorzugsweise der Schritt des Veränderns der Rauhigkeit der Aktivfläche an der zweiten Objektseite in Abhängigkeit von der erfassten zweiten Separatorenoberflächenstruktur durchgeführt wird.

Bevorzugt weist das Herstellungsverfahren mindestens einen der folgenden Schritte auf: ein Aufbringen der zweiten Separatorenoberflächenstruktur der zweiten im zusammengebauten Zustand der zweiten Objektseite der Elektrode gegenüberliegenden Separatorenoberfläche vor dem Schritt des Veränderns der Rauhigkeit der Aktivfläche an der zweiten Objektseite der Elektrode oder ein Aufbringen der zweiten Separatorenoberflächenstruktur der zweiten im zu- sammengebauten Zustand der zweiten Objektseite der Elektrode gegenüberliegenden Separatorenoberfläche nach dem Schritt des Veränderns der Rauhigkeit der Aktivfläche an der zweiten Objektseite der Elektrode.

Bevorzugt weist bei dem Verfahren die erste und/oder die zweite Laservorrichtung einen Laser, vorzugsweise einen Kohlendioxidlaser, mit mindestens einen der folgenden Parameter auf: eine Brennfleckgröße kleiner als 100 [im und/oder eine Arbeitswellenlänge kleiner als 1070 nm.

Dieses Verfahren ist zudem für kontinuierliche Herstellungsverfahren in durchgehenden Produktionslinien geeignet. Das Verfahren ist auch zur Herstellung einer sehr großen Anzahl von Objekten geeignet. Damit bietet es besondere Vorteile zur Herstellung von Elektroden oder Separatoren zum Aufbau elektrochemischer Energiespeicher.

Bei der ersten und der zweiten Strahlungsvorrichtung handelt es sich vorzugsweise um zwei verschiedene, voneinander getrennte Vorrichtungen, es kann sich alternativ aber auch um ein und dieselbe Vorrichtung handeln. Weiterhin kann bei dem Herstellungsverfahren für mindestens eine Komponente der Elektrode ein Material aus einer Gruppe ausgewählt wird, die umfasst:

LiCo0 2 , LiNi0 2 , LiFeP0 4 , Li 4 Ti 5 0i 2 , Li[Ni x Co 1-x-y Mn y ]0 2 , LiNi 1-x Co x 0 2 , Li[Ni x Coi -x- y Al y ]0 2 , Sn0 2 oder LaMn 2 0 4 .

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einem System zur Herstellung von mindestens eine Aktivfläche aufweisenden blatt- oder platten- förmigen Objekten, insbesondere zur Herstellung von Elektroden zum Aufbau eines elektrochemischen Energiespeichers oder von Teilen solcher Elektroden, wobei die blatt- oder plattenförmigen Objekte eine erste Objektseite und eine der ersten Objektseite gegenüberliegende zweite Objektseite aufweisen, dadurch gelöst, dass das Herstellungssystem eine erste Strahlungsvorrichtung, insbesondere eine erste Laservorrichtung aufweist, welche derart angeordnet und ausgestaltet ist, dass sie die Rauhigkeit der Aktivfläche an der ersten Objektseite der Elektrode verändern kann.

Bevorzugt ist bei dem Herstellungssystem die erste Laservorrichtung zum Abtragen von Aktivmaterial an der Aktivfläche der ersten Objektseite der Elektrode mittels Laserabtastung angeordnet und ausgestaltet.

Bevorzugt weist das Herstellungssystem eine erste Erfassungseinheit auf, die zum Erfassen einer ersten Separatorenoberflächenstruktur einer ersten Separatorenoberfläche angeordnet und ausgestaltet ist.

Bevorzugt weist das Herstellungssystem eine erste Separatorenoberflächen- strukturierungsvorrichtung auf, die zum Aufbringen einer ersten Separatorenoberflächenstruktur an der ersten Separatorenoberfläche angeordnet und ausgestaltet ist.

Bevorzugt weist das Herstellungssystem eine zweite Strahlungsvorrichtung, insbesondere eine zweite Laservorrichtung auf, welche derart angeordnet und ausgestaltet ist, dass sie die Rauhigkeit der Aktivfläche an der zweiten Objektseite der Elektrode verändern kann.

Bevorzugt ist bei dem Herstellungssystem die zweite Laservorrichtung zum Abtragen von Aktivmaterial an der Aktivfläche der zweiten Objektseite der Elektrode mittels Laserabtastung angeordnet und ausgestaltet.

Bevorzugt weist das Herstellungssystem eine zweite Erfassungseinheit auf, die zum Erfassen einer zweiten Separatorenoberflächenstruktur einer zweiten Separatorenoberfläche angeordnet und ausgestaltet ist. Bevorzugt weist das Herstellungssystem eine zweite Separatorenoberflächen- strukturierungsvorrichtung, die zum Aufbringen einer zweiten Separatorenoberflächenstruktur an der zweiten Separatorenoberfläche angeordnet und ausgestaltet ist. Bevorzugt weist bei dem Herstellungssystem die erste und/oder die zweite Laservorrichtung einen Laser, vorzugsweise einen Kohlendioxidlaser, mit mindestens einen der folgenden Parameter auf: eine Brennfleckgröße kleiner als 100 [im und/oder eine Arbeitswellenlänge kleiner als 1070 nm.

Hinsichtlich der Vorteile dieses Herstellungssystems und der verwendeten Begriffe gelten die oben in Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Herstellungsverfahren gemachten Ausführungen in entsprechender Weise.

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auch auf eine elektrische Zelle für eine elektrochemische Energiespeichervorrichtung mit Elektroden, die nach einem vorstehend genannten Herstellungsverfahren hergestellt und/oder mit Hilfe eines vorstehend genannten Herstellungssystems hergestellt worden ist.

Nach einem weiteren Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird diese Aufgabe bei einem blatt- oder plattenförmigen Objekt, insbesondere bei einer Elektrode zum Aufbau eines elektrochemischen, vorzugsweise zur Anwendung in einem Kraftfahrzeug ausgestalteten Energiespeichers oder von Teilen solcher Elektroden, wobei das blatt- oder plattenförmige Objekt eine erste Objektseite und eine der ersten Objektseite gegenüberliegende zweite Objektseite aufweist, dadurch gelöst, dass das blatt- oder plattenförmige Objekt mit einem der oben genannten Verfahren hergestellt worden ist und/oder mit einem der oben genannten Herstellungssysteme hergestellt worden ist. Weitere Vorteile, Merkmale und Anwendungsmöglichkeiten der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung im Zusammenhang mit den Zeichnungen. Es zeigen: Fig. 1 ein Flussdiagramm eines Ausführungsbeispiels für ein Herstellungsverfahrens nach der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2a eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäß behandelte Aktivfläche einer Elektrode mittels Rastertunnelmikroskopie,

Fig. 2b eine Draufsicht auf eine unbehandelte Aktivfläche einer Elektrode mittels Rastertunnelmikroskopie,

Fig. 3a eine perspektivische Ansicht auf eine erfindungsgemäß behandelte

Aktivfläche einer Elektrode mittels Rastertunnelmikroskopie und Fig. 3b eine perspektivische Ansicht auf eine unbehandelte Aktivfläche einer

Elektrode mittels Rastertunnelmikroskopie.

Die vorliegende Erfindung wird nachfolgend Beispielen der Herstellung von Elektroden für einen elektrochemischen Energiespeicher beschrieben.

Fig. 1 zeigt ein Ausführungsbeispiel für ein Herstellungsverfahrens nach der vorliegenden Erfindung. Bei eine erste und eine zweite Objektseite aufweisenden Vorprodukten von Elektroden, die z. B. mittels Kalandrieren hergestellt worden sind, wird in einem Schritt S3.1 ein Verändern der Rauhigkeit der Aktivfläche an der ersten Objektseite mittels einer ersten Strahlungsvorrichtung, insbesondere einer ersten Laservorrichtung durchgeführt. Bevorzugt wird in einem Schritt S3.2 ein Verändern der Rauhigkeit der Aktivfläche an der zweiten Objektseite mittels einer zweiten Strahlungsvorrichtung, insbesondere einer zweiten Laservorrichtung durchgeführt, wobei es sich bei der ersten und zweiten Strahlungsvorrichtung vorzugsweise um zwei verschiedene, voneinander getrennte Vorrichtungen handelt. Alternativ kann es sich aber auch um ein und dieselbe Vorrichtung handeln. Die Schritte S3.1 des Veränderns der Rauhigkeit der Aktiv- fläche an der ersten Objektseite und S3.2 des Veränderns der Rauhigkeit der Aktivfläche an der zweiten Objektseite können einen Schritt S3.1a des Ab- tragens von Aktivmaterial an der Aktivfläche an der ersten Objektseite der Elektrode bzw. einen Schritt S3.2a des Abtragens von Aktivmaterial an der Aktivfläche an der zweiten Objektseite der Elektrode aufweisen. Nach einem bevorzugten in der Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel weist das Verfahren vorhergehend sowohl einen Schritt S2.1 des Erfassens der ersten Separatorenoberflächenstruktur der ersten im zusammengebauten Zustand der ersten Objektseite der Elektrode gegenüberliegenden Separatorenoberfläche auf, wobei vorzugsweise der Schritt S3.1 des Veränderns der Rauhigkeit der Aktiv- fläche an der ersten Objektseite in Abhängigkeit von der erfassten ersten Separatorenoberflächenstruktur durchgeführt wird, als auch einen Schritt S2.2 des Erfassens der zweiten Separatorenoberflächenstruktur der zweiten im zusammengebauten Zustand der zweiten Objektseite der Elektrode gegenüberliegenden zweiten Separatorenoberfläche, wobei vorzugsweise der Schritt S3.2 des Veränderns der Rauhigkeit der Aktivfläche an der zweiten Objektseite in Abhängigkeit von der erfassten zweiten Separatorenoberflächenstruktur durchgeführt wird.

Nach einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel kann das Verfahren einen Schritt S1.1 des Aufbringens einer ersten Separatorenoberflächenstruktur der ersten im zusammengebauten Zustand der ersten Objektseite der Elektrode gegenüberliegenden Separatorenoberfläche vor dem Schritt S3.1 des Veränderns der Rauhigkeit der Aktivfläche an der ersten Objektseite der Elektrode bzw. einen Schritt S1.2 des Aufbringens einer zweiten Separatorenoberflächenstruktur der zweiten im zusammengebauten Zustand der zweiten Objektseite der Elektrode gegenüberliegenden Separatorenoberfläche vor dem Schritt S3.2 des Veränderns der Rauhigkeit der Aktivfläche an der zweiten Objektseite der Elektrode aufweisen.

Alternativ und/oder zusätzlich kann das Verfahren einen Schritt S4.1 des Aufbringens einer ersten Separatorenoberflächenstruktur der ersten im zusammen- gebauten Zustand der ersten Objektseite der Elektrode gegenüberliegenden Separatorenoberfläche nach dem Schritt S3.1 des Veränderns der Rauhigkeit der Aktivfläche an der ersten Objektseite der Elektrode bzw. einen Schritt S4.2 des Aufbringens der zweiten Separatorenoberflächenstruktur der zweiten im zusammengebauten Zustand der zweiten Objektseite der Elektrode gegenüber- liegenden Separatorenoberfläche nach dem Schritt S3.2 des Veränderns der Rauhigkeit der Aktivfläche an der zweiten Objektseite der Elektrode aufweisen.

Figuren 2a und 3a zeigen eine Draufsicht mittels Rastertunnelmikroskopie auf eine erfindungsgemäß behandelte Aktivfläche bzw. eine perspektivische Ansicht mittels Rastertunnelmikroskopie auf eine erfindungsgemäß behandelte Aktivfläche einer Elektrode, während die Figuren 2b und 3b eine Draufsicht mittels Rastertunnelmikroskopie auf eine unbehandelte Aktivfläche einer Elektrode bzw. eine perspektivische Ansicht auf eine unbehandelte Aktivfläche einer Elektrode mittels Rastertunnelmikroskopie zeigen. Wie aus dem Vergleich der Figuren für die erfindungsgemäß behandelten Aktivflächen mit den Figuren für die unbehandelten Aktivflächen zu erkennen ist, weist die behandelten Elektrodenoberflächen eine verbesserte Aufrauung mit einer feineren Oberflächenstruktur und somit eine Vergrößerung der aktiven Oberfläche auf., wodurch die Benetzung mit Elektrolyten verbessert und eine Verlängerung der Lebensdauer erreicht werden kann. Darüber hinaus können bei der Herstellung der elektrochemischen Energiespeicher die Befüllungszeiten mit dem Elektrolyt verringert werden kann.

Bezugszeichenliste

51.1 Aufbringen der ersten Separatorenoberflächenstruktur

51.2 Aufbringen der zweiten Separatorenoberflächenstruktur

S2.1 Erfassen der ersten Separatorenoberflächenstruktur

S2.2 Erfassen der zweiten Separatorenoberflächenstruktur

53.1 Verändern der Rauhigkeit der Aktivfläche an der ersten Objektseite S3.1a Abtragen von Aktivmaterial an der Aktivfläche an der ersten Objektseite

53.2 Verändern der Rauhigkeit der Aktivfläche an der zweiten Objektseite S3.2a Abtragen von Aktivmaterial an der Aktivfläche an der zweiten Objektseite

54.1 Aufbringen der ersten Separatorenoberflächenstruktur

54.2 Aufbringen der zweiten Separatorenoberflächenstruktur