DE-102024132513-A1 - Herstellungssystem und Herstellungsverfahren für Elektroden von Batteriezellen

Abstract

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Herstellungssystem (100) für Elektroden von Batteriezellen, umfassend: - eine erste Beschichtungsanordnung (110), die eingerichtet ist, um auf einer ersten Seite (S1) eines Substrats (S) wenigstens eine Elektrodenschicht (ES) zur Ausbildung wenigstens einer Elektrode auf dem Substrat (S) aufzubringen, wobei auf einer zweiten Seite (S2) des Substrats (S) wenigstens eine Stabilisierungsschicht (STAB) vorhanden ist; - eine Trocknungsanordnung (120), die eingerichtet ist, um die wenigstens eine Elektrodenschicht (ES) zu trocknen; und - eine Entfernungsanordnung (130), die eingerichtet ist, um die wenigstens eine Stabilisierungsschicht (STAB) nach dem Trocknen der wenigstens einen Elektrodenschicht (ES) von der zweiten Seite (S2) des Substrats (S) zu entfernen.

Inventors

• Armin Summer

Assignees

• BAYERISCHE MOTOREN WERKE AKTIENGESELLSCHAFT

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20241107

Claims (10)

1. Herstellungssystem (100) für Elektroden von Batteriezellen, umfassend: - eine erste Beschichtungsanordnung (110), die eingerichtet ist, um auf einer ersten Seite (S1) eines Substrats (S) wenigstens eine Elektrodenschicht (ES) zur Ausbildung wenigstens einer Elektrode auf dem Substrat (S) aufzubringen, wobei auf einer zweiten Seite (S2) des Substrats (S) wenigstens eine Stabilisierungsschicht (STAB) vorhanden ist; - eine Trocknungsanordnung (120), die eingerichtet ist, um die wenigstens eine Elektrodenschicht (ES) zu trocknen; und - eine Entfernungsanordnung (130), die eingerichtet ist, um die wenigstens eine Stabilisierungsschicht (STAB) nach dem Trocknen der wenigstens einen Elektrodenschicht (ES) von der zweiten Seite (S2) des Substrats (S) zu entfernen.
2. Herstellungssystem (100) nach Anspruch 1 , weiter umfassend eine Abrollanordnung (140), die eingerichtet ist, um eine Rolle (RO) mit dem Substrat (S), auf dessen zweiter Seite (S2) die wenigstens eine Stabilisierungsschicht (STAB) aufgetragen ist, aufzunehmen und das Substrat (S) der ersten Beschichtungsanordnung (110) zuzuführen.
3. Herstellungssystem (100) nach Anspruch 1 oder 2 , wobei: - die wenigstens eine Stabilisierungsschicht (STAB) ein Polymer umfasst, insbesondere Silikon; und/oder - die wenigstens eine Stabilisierungsschicht (STAB) eine Dicke in einem Bereich zwischen 50µm und 500µm aufweist, insbesondere zwischen 100µm und 200µm.
4. Herstellungssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 3 , weiter umfassend eine zweite Beschichtungsanordnung, die eingerichtet ist, um die wenigstens eine Stabilisierungsschicht (STAB) auf der zweiten Seite (S2) des Substrats (S) aufzubringen, insbesondere wobei die zweite Beschichtungsanordnung eingerichtet ist, um ein Flüssigmaterial auf der zweiten Seite (S2) des Substrates (S) aufzubringen, um die wenigstens eine Stabilisierungsschicht (STAB) auszubilden.
5. Herstellungssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 , wobei die Entfernungsanordnung (130) wenigstens eine Trennungswalze (132) umfasst, die eingerichtet ist, um die wenigstens eine Stabilisierungsschicht (STAB) nach dem Trocknen der wenigstens einen Elektrodenschicht (ES) von der zweiten Seite (S2) des Substrats (S) zu entfernen.
6. Herstellungssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 , wobei: - die erste Beschichtungsanordnung (110) eingerichtet ist, um nach dem Entfernen der wenigstens einen Stabilisierungsschicht (STAB) auf der zweiten Seite (S2) des Substrats (10) wenigstens eine weitere Elektrodenschicht zur Ausbildung wenigstens einer weiteren Elektrode auf dem Substrat (S) aufzubringen; oder - das Herstellungssystem (100) weiter eine dritte Beschichtungsanordnung umfasst, die eingerichtet ist, um nach dem Entfernen der wenigstens einen Stabilisierungsschicht (STAB) auf der zweiten Seite (S2) des Substrats (S) wenigstens eine weitere Elektrodenschicht zur Ausbildung wenigstens einer weiteren Elektrode auf dem Substrat (S) aufzubringen.
7. Herstellungssystem (100) nach Anspruch 6 , wobei die Trocknungsanordnung(120) oder eine andere Trocknungsanordnung des Herstellungssystems (100) eingerichtet ist, um die wenigstens eine weitere Elektrodenschicht zu trocknen, insbesondere bevor das Substrat (S) mittels einer Aufrollanordnung (160) aufgerollt wird.
8. Herstellungssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 7 , wobei: - das Substrat (S) eine Folie ist, insbesondere eine Kupferfolie oder Aluminiumfolie; und/oder - die wenigstens eine Elektrodenschicht (ES) ein aktives Material umfasst, insbesondere Lithium-Metalloxid oder Graphit; und/oder - die Batteriezellen Lithium-Ionen-Zellen sind, insbesondere für einen Antriebsenergiespeicher eines Fahrzeugs.
9. Herstellungssystem (100) nach einem der Ansprüche 1 bis 8 , wobei das Herstellungssystem (100) eine Rolle-zu-Rolle-Anlage umfasst oder ist.
10. Herstellungsverfahren (200) für Elektroden von Batteriezellen, umfassend: - Bereitstellen (210) eines Substrats (S) mit einer ersten Seite (S1) und einer zweiten Seite (S2), wobei auf der zweiten Seite (S2) des Substrats (S) wenigstens eine Stabilisierungsschicht (STAB) vorhanden ist; - Aufbringen (220), durch eine erste Beschichtungsanordnung (110), wenigstens einer Elektrodenschicht (ES) auf der ersten Seite (S1) des Substrats (S) zur Ausbildung wenigstens einer Elektrode; - Trocknen (230), durch eine Trocknungsanordnung (120), der wenigstens einen Elektrodenschicht (ES); und - Entfernen (240), durch eine Entfernungsanordnung (130), der wenigstens einen Stabilisierungsschicht (STAB) von der zweiten Seite (S2) des Substrats (S) nach dem Trocknen der wenigstens einen Elektrodenschicht (ES).

Description

Die vorliegende Offenbarung betrifft ein Herstellungssystem für Elektroden von Batteriezellen und ein Herstellungsverfahren für Elektroden von Batteriezellen. Die vorliegende Offenbarung betrifft insbesondere eine Vermeidung von Verformungen von Folien während eines Trocknungsprozesses. Stand der Technik Die Herstellung hochwertiger Elektroden für Lithium-Ionen-Batterien stellt hohe Anforderungen an den Trocknungsprozess, um die gewünschten Materialeigenschaften zu gewährleisten. Ein vollständiger und homogener Trocknungsvorgang ist dabei entscheidend, um Lösemittelrückstände zu eliminieren und unerwünschte Defekte wie Risse oder Ablösungen der Beschichtung zu vermeiden. Typischerweise erfolgt die Trocknung der Elektrodenbeschichtung durch Konvektion oder vergleichbare Technologien, bei denen Energie zugeführt wird, um die Lösungsmittel verdampfen zu lassen. Ein häufiges Problem, das während des Trocknungsprozesses auftritt, ist das sogenannte Schüsseln der Folie. Diese Verformung beeinträchtigt die Geometrie der Elektroden und kann zu Kantensteuerungsproblemen sowie zur Bildung von Falten führen, die letztlich in Bahnrissen resultieren können. Offenbarung der Erfindung Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, ein Herstellungssystem für Elektroden von Batteriezellen und ein Herstellungsverfahren für Elektroden von Batteriezellen anzugeben, die eine Qualität der Elektroden verbessern können. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Offenbarung, eine Verformung eines Substrats während eines Trocknungsprozesses zu vermeiden. Diese Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Ansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen angegeben. Gemäß einem unabhängigen Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist ein Herstellungssystem für Elektroden von Batteriezellen, wie zum Beispiel Lithium-Ionen-Zellen, angegeben. Das Herstellungssystem umfasst:- eine erste Beschichtungsanordnung, die eingerichtet ist, um auf einer ersten Seite eines Substrats wenigstens eine Elektrodenschicht zur Ausbildung wenigstens einer Elektrode auf dem Substrat aufzubringen, wobei auf einer zweiten Seite des Substrats wenigstens eine Stabilisierungsschicht vorhanden ist;- eine Trocknungsanordnung, die eingerichtet ist, um die wenigstens eine Elektrodenschicht zu trocknen; und- eine Entfernungsanordnung, die eingerichtet ist, um die wenigstens eine Stabilisierungsschicht nach dem Trocknen der wenigstens einen Elektrodenschicht von der zweiten Seite des Substrats zu entfernen. Erfindungsgemäß wird vor dem Aufbringen der Elektrode auf einer bestimmten Seite des Substrats eine zusätzliche Schicht auf der gegenüberliegenden Seite des Substrats aufgebracht. Durch diese zusätzliche Schicht werden Spannungen im Substrat und im Elektrodenmaterial gleichmäßig verteilt, wodurch eine Verformung bzw. ein Schüsseln des Substrats verhindert wird. Nach dem Beschichten und Trocknen der Elektrodenschicht wird die zusätzliche Schicht auf der anderen Seite entfernt, um sicherzustellen, dass die elektrischen Eigenschaften der Batteriezellen nicht beeinträchtigt werden. Im Ergebnis können eine Elektrodenqualität verbessert sowie eine Zuverlässigkeit und Lebensdauer der Batteriezellen erhöht werden. Beim Trocknen einer Elektrodenschicht auf einem Substrat bezieht sich der Begriff „Schüsseln“ auf eine unerwünschte Verformung, bei der sich das Substrat aufgrund ungleichmäßiger Spannungen in der Elektrodenschicht und dem Substrat während des Trocknungsprozesses wölbt. Diese Verformung führt dazu, dass die ursprünglich flache Oberfläche des Substrats konkav oder konvex wird. Vorzugsweise ist das Substrat eine Folie, wie zum Beispiel eine Kupferfolie oder Aluminiumfolie. Vorzugsweise umfasst die wenigstens eine Elektrodenschicht ein aktives Material, wie zum Beispiel Lithium-Metalloxid oder Graphit. Die Elektrode der vorliegenden Offenbarung ist eine leitfähige Komponente, die entweder als Anode (negative Elektrode) oder als Kathode (positive Elektrode) dient. Eine solche Elektrode besteht in der Regel aus einem aktiven Material, das auf dem Substrat mittels eines Beschichtungsverfahrens aufgebracht wird. Das Substrat ist beispielsweise eine metallische Folie, z.B. Kupfer für die Anode oder Aluminium für die Kathode. Dieses Substrat dient als Träger für das aktive Material, das mittels des Beschichtungsverfahrens aufgebracht wird. Bei diesem Verfahren wird eine Mischung aus aktiven Materialien (wie Graphit für die Anode oder Lithium-Metalloxide für die Kathode), Bindemitteln und leitfähigen Additiven gleichmäßig auf das Substrat aufgetragen. Vorzugsweise umfasst das Herstellungssystem weiter eine Abrollanordnung, die eingerichtet ist, um eine Rolle mit dem (aufgerollten) Substrat, auf dessen zweiter Seite die wenigstens eine Stabilisierungsschicht aufgetragen ist, aufzunehmen und das Substrat der ersten Beschichtungsanordnung zuzuführen. Die Abrollanordnung sorgt dafür, dass das Substrat kontinuierlich und gleichmäßig von der