用于制造儲能器的方法和儲能器的制造方法
【專利摘要】用于制造儲能器的方法和儲能器。本發(fā)明涉及一種用于制造儲能器（10）、尤其是鋰離子電池的方法，包括下列方法步驟：a）提供陽極和陰極；b）探測所述陽極和/或所述陰極中的缺陷位置（18）；c）從所述陽極和/或所述陰極中以限于局部的方式除去缺陷位置（18）；以及d）將所述陽極和所述陰極與布置在它們之間的隔板進行疊層。通過本發(fā)明可以制造一種儲能器（10），其中在該制造方法中可以顯著減小或完全防止陽極材料或陰極材料處的瑕疵。本發(fā)明還涉及一種儲能器（10）。
【專利說明】用于制造儲能器的方法和儲能器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種用于制造儲能器、尤其是用于制造鋰離子電池的方法。本發(fā)明還涉及一種儲能器、尤其是鋰離子電池。
【背景技術(shù)】
[0002]儲能器、譬如鋰離子電池是公知的和廣泛傳播的。其尤其是提供非常高的能量密度的優(yōu)點。這樣的儲能器基本上包括陰極、陽極、布置在陽極與陰極之間的隔板、以及布置在陽極與陰極之間的電解質(zhì)。
[0003]在此公知的是，儲能器譬如通過堆疊或者通過將陽極和陰極與布置在它們之間的隔板或電解質(zhì)卷到一起來構(gòu)成。陽極和陰極因此被電解質(zhì)層或隔板層在空間上彼此分開或隔開。
[0004]因此，儲能器常常通過將多個陽極層以及陰極層的疊層來構(gòu)成。在此，為了保證無故障的運行，可能有利的是，基本上無缺陷地構(gòu)造陽極層以及陰極層。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的主題是一種用于制造儲能器、尤其是鋰離子電池的方法，包括下列方法步驟:
a)提供陽極和陰極；
b)探測陽極和/或陰極中的缺陷位置；
c)從陽極和/或陰極中以限于局部的方式除去缺陷位置；以及
d)將陽極和陰極與布置在它們之間的隔板進行疊層。
[0006]在本發(fā)明的意義上，尤其是可以將儲能器既理解成一次電池也可以理解成二次電池。因此，尤其是可以將儲能器理解成可再充電的蓄電池。
[0007]另外在本發(fā)明的范圍內(nèi)，可以將鋰離子電池理解成至少部分基于鋰的電池，其中尤其是可以將術(shù)語“電池”理解成可再充電的蓄電池。在此，尤其是可以將基于鋰的電池理解成在充電或放電周期的電化學(xué)過程中使用鋰或鋰離子的電池。例如可以將鋰硫電池稱為鋰離子電池。
[0008]另外，在本發(fā)明的意義上，可以將缺陷位置理解成陽極和/或陰極的位置或限于局部的區(qū)域，該位置或區(qū)域不是按所期望的那樣構(gòu)造的，而是具有缺陷。因此，這樣的缺陷位置可以示例性地包括氣泡、雜質(zhì)(譬如由于金屬切屑、或者碳和/或其他材料的聚集)。缺陷位置可能尤其是在譬如金屬膜的涂層期間例如由于陽極或陰極的制造方法中的不想要的影響或差錯而產(chǎn)生。
[0009]通過本方法可以制造儲能器，其中在所述制造方法中可以顯著地降低或完全防止陽極材料處或陰極材料處的瑕疵。
[0010]這尤其是可以通過下列步驟來實現(xiàn)。在第一方法步驟a)中，提供陽極和陰極。在此，陽極和陰極原則上可以以本身公知的方式被構(gòu)造為適用于相應(yīng)儲能器。例如，相應(yīng)電極可以具有電流導(dǎo)體，在其上施加包括活性材料的層。
[0011]在鋰離子電池的純粹示例性的情況下，陽極譬如可以被構(gòu)造成金屬鋰陽極，或者譬如包括石墨，在所述石墨中可以注入鋰離子，而陰極、譬如在鋰硫電池的情況下可以具有由鋁制成的電流導(dǎo)體，在所述電流導(dǎo)體上布置粘合劑中或?qū)щ娞砑游镏械牧颉Ｕ澈蟿├缈梢允荖-甲基吡咯烷酮(NMP)。另外，導(dǎo)電添加物例如可以包括炭黑或石墨，以便實現(xiàn)陰極活性材料中的足夠電導(dǎo)率。
[0012]但是在此，陽極和陰極不限于前述示例，而是可以以對于本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的方式根據(jù)要制造的儲能器來選擇。
[0013]在另一方法步驟b)中，探測陽極和/或陰極中的缺陷位置。在該方法步驟中，因此對陽極或陰極檢查:其是否完全像所期望的那樣構(gòu)造的，或者是否存在缺陷位置。尤其是對陽極或陰極檢查:在陽極或陰極的每個位置處是否存在所期望的材料組成，或者是否存在例如金屬切屑、氣泡或單種材料或多種不同材料的聚集。
[0014]對于存在這樣的缺陷位置的情況，所制造的儲能器由于陽極或陰極的改變的結(jié)構(gòu)以及由此改變的電化學(xué)特性而可能造成故障，或者可能出現(xiàn)故障。由此可能出現(xiàn)的風(fēng)險是，利用這樣制造的儲能器運行的電組件可能被損傷或損壞。尤其是缺陷位置、比如金屬切屑或者“尖銳的”材料堆積可能緊接著或者在一定運行時長以后、也即在一定數(shù)目的充電或放電周期以后穿透隔板，這可能導(dǎo)致電短路或在極端情況下導(dǎo)致電池?fù)p壞。
[0015]由于為了構(gòu)造儲能器尤其是需要大的無故障的陽極區(qū)域或陰極區(qū)域，因此在制造工藝中常常由于小的缺陷而不使用大的陽極件或陰極件。更確切地說，根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，為了防止制造具有缺陷位置的儲能器以及由此所制造的儲能器的發(fā)生故障的風(fēng)險，由儲能器的制造工藝將包括缺陷位置的陽極材料或陰極材料作為大面積瑕疵除去。
[0016]為了減少或完全防止這樣的瑕疵，根據(jù)儲能器的前述制造方法，在方法步驟c)中，限于局部地從陽極和/或陰極除去缺陷位置。換言之，從陽極材料或陰極材料中除去陽極或陰極的這樣的位置或處所，使得該材料或者陽極或陰極在后面不再具有缺陷位置。在此，限于局部地除去缺陷位置尤其可以指，僅僅除去缺陷位置或受損區(qū)域，其中缺陷位置周圍的材料基本上保持不受損害并且可以被繼續(xù)使用。
[0017]因此，除去缺陷位置由于限于局部而僅僅導(dǎo)致這樣的儲能器的容量或儲存容量的輕微減小，但是這原則上由于這樣的缺陷位置的小的空間伸展而可以忽略。另外，這樣的儲能器的充電或放電行為基本上不受負(fù)面影響，因為僅僅缺陷位置被除去，但是另外的陽極材料或陰極材料不變地可用于電化學(xué)反應(yīng)。在此，盡管缺陷位置可以以對于本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解的方式直接被除去，但是其中一定的剩余可能是有利的。例如，譬如除去的剩余可以被選為大于或等于Imm至小于或等于5mm的量。如前述那樣制造的儲能器的運行能力因此未受負(fù)面影響，或者負(fù)面影響可以基本上被忽略。但是在此，制造成本顯著降低，因為陽極材料或陰極材料基本上被完全使用或消耗在儲能器中，而不需要作為瑕疵被消滅。
[0018]因此，不出現(xiàn)這樣的陽極或陰極的瑕疵，而是材料被繼續(xù)使用，其中僅僅除去陽極材料或陰極材料的配有缺陷位置的區(qū)域。
[0019]在已經(jīng)從陽極或陰極除去缺陷位置以后，在前述方法中根據(jù)方法步驟d)將陽極和陰極與布置在它們之間的隔板進行疊層。另外，尤其是可以以本身公知的方式設(shè)置電解質(zhì)，該電解質(zhì)布置在電極之間。該電解質(zhì)例如可以被構(gòu)造為凝膠狀的并且譬如布置或吸收在隔板中。在該方法步驟中，儲能器因此基本上被制成。
[0020]在此，隔板例如和對于鋰離子電池的純粹示例性的情況可以包括譬如微孔膜或無紡材料或可以由所述微孔膜或無紡材料制成。此外，電解質(zhì)可以是固體電解質(zhì)或者液體電解質(zhì)。作為示例，同樣可以對于鋰離子電池的示例性和非限制性的情況，作為電解質(zhì)使用環(huán)乙醚、非環(huán)乙醚及其組合作為溶劑和/或使用雙三氟甲烷磺酰亞胺鋰(LiTFSI)作為導(dǎo)電鹽。
[0021]前述方法因此允許以簡單和低成本的方式在儲能器的制造方法的范圍中從陽極材料或陰極材料中除去缺陷位置。由此，儲能器的該制造方法可以是特別低成本的，因為可以避免大面積的瑕疵，而且更確切地說僅僅將缺陷位置從電極材料中除去。
[0022]在擴展方案的范圍內(nèi)，陽極、陰極和隔板可以被構(gòu)造為膜狀的。尤其是在使用膜狀電極材料的情況下，缺陷由于制造工藝可能常常導(dǎo)致大面積瑕疵，由此尤其是在這樣的材料情況下根據(jù)本發(fā)明的方法可能是有利的。在此，在本發(fā)明的意義上，尤其是可以將膜狀構(gòu)造理解成如下的構(gòu)造:在該構(gòu)造的情況下，陽極或陰極相對于其厚度具有大的寬度或長度。此外，膜狀構(gòu)造的特征尤其可以在于，其不是剛性的，而是尤其是可以非彈性變型或彎曲的。在此，陽極可以被構(gòu)造成銅膜，并且譬如具有大于或等于5 μ m至小于或等于30 μ m范圍中的厚度、例如12 μ m的厚度，并且在兩側(cè)都用厚度譬如在大于或等于30 μ m至小于或等于75 μ m范圍中、例如53 μ m的活性材料鍍層。另外，陰極可以被構(gòu)造成鋁膜并且譬如具有大于或等于IOym至小于或等于35 μ m范圍中、例如15 μ m的厚度，并且在兩側(cè)都用厚度譬如在大于或等于40 μ m至小于或等于80 μ m范圍中、例如59 μ m的活性材料鍍層。在這些膜層之間可以布置膜狀隔板、例如聚合物隔板，在所述隔板中例如吸收電解質(zhì)。
[0023]在另一擴展方案的范圍內(nèi)，缺陷位置的除去可以在應(yīng)用激光器的情況下實現(xiàn)。尤其是在使用激光器的情況下，可以高度精確地除去缺陷位置，其中陽極材料或陰極材料的除去尤其是可以在使用激光器的情況下在空間上或局部地限于缺陷位置或周圍環(huán)境，但是扁平的瑕疵不是必然的。此外，激光器在如今可容易和可靠地應(yīng)用，這在該擴展方案中特別簡單地構(gòu)造該方法。另外，激光器適于可以尤其是基于計算機以及由此至少部分或尤其是完全自動化地執(zhí)行該方法。
[0024]在此，缺陷位置的除去可以通過激光切割工藝和/或基于激光地刻蝕缺陷位置來實現(xiàn)。在此，激光切割工藝可以用于從膜中完全或完整地切割出缺陷位置或缺陷位置的區(qū)域。在此，例如陽極或陰極的有缺陷的區(qū)域可以以其整個厚度被切割出或分離出，也即將金屬膜或載體膜與有缺陷的涂層一起切割出或分離出。在該擴展方案中，該方法可以是特別簡單和快速的，這允許制造儲能器時的高吞吐量。在此，合適的工藝參數(shù)譬如包括:在利用例如大于或等于5 μ m至小于或等于40 μ m、例如10 μ m或34 μ m的示例性光斑直徑的譬如400W的持續(xù)功率情況下，激光束的波長例如大于或等于IOOOnm至小于或等于llOOnm、例如為1070nm ;或者在使用脈沖激光束的情況下在脈沖長度譬如大于或等于150ns至小于或等于300ns、例如為220ns以及功率為20W和重復(fù)率為35Hz時，具有激光束的例如大于或等于IOOOnm至小于或等于llOOnm、例如為1064nm的波長。在此，前述參數(shù)是純粹示例性的，而不是限制性的，并且可以根據(jù)切割質(zhì)量來匹配。
[0025]另外，基于激光的刻蝕可以用于將陽極或陰極不以其整個厚度分離開，而是僅僅空間上受限地除去與缺陷位置或未以希望方式構(gòu)造的材料相對應(yīng)的厚度。由此，陽極或陰極在缺陷區(qū)域中在除去后者以后也可以不被完全除去，而是僅僅具有減小的厚度。此外，基于激光的對缺陷位置的刻蝕尤其可以是特別精確的，使得僅僅需要分離出或刻蝕材料的最小量的空間伸展。在此方面，比前述方法顯著更低的激光強度就足夠了，并且可以根據(jù)缺陷位置來選擇。
[0026]在另一擴展方案的范圍內(nèi)，儲能器可以在生成堆疊單元或卷繞單元的情況下構(gòu)成。尤其是在堆疊單元或卷染單元的情況下，常常需要非常大空間區(qū)域的無故障的陽極材料或陰極材料。在此，前述方法尤其是在制造被構(gòu)造成堆疊單元或卷染單元的儲能器時是有利的，以便在此避免大的瑕疵并且由此使該方法可以特別低成本地實現(xiàn)。在此，堆疊單元在本發(fā)明的意義上尤其是可以指多個具有布置在其間的隔板層或電解質(zhì)層的陽極層和陰極層。另外在本發(fā)明的意義上，卷繞單元可以是如下單元:在所述單元的情況下，陽極、隔板和陰極的彼此層疊的布置被卷起，由此同樣構(gòu)造具有多個相疊布置的陽極層、陰極層、電解質(zhì)層和隔板層的系統(tǒng)。
[0027]在另一擴展方案的范圍內(nèi)，可以在使用光學(xué)方法的情況下檢查陽極和/或陰極的缺陷位置。在此，可以示例性地將光學(xué)方法理解成使用相機或者使用反射方法，例如在使用亮或暗視場中的灰度-視場-分析的情況下。在此，相機的使用可以是特別簡單和低成本的，而使用反射方法、例如亮或暗視場中的灰度-視場-分析可以是特別精確和可高度縮放的。在后一種方法中，尤其是可以通過譬如要測量的膜的軌道寬度來測量反射的強度，其中故障位置或缺陷位置可以以減小或提高的反射強度來探測。
[0028]關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的用于制造儲能器的方法的其他優(yōu)點和技術(shù)特征特此明確地參閱結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的儲能器對附圖以及附圖描述的闡述。
[0029]另外，本發(fā)明的主題是一種根據(jù)如前述那樣構(gòu)造的用于制造儲能器的方法制造的儲能器、尤其是鋰離子電池，其中尤其是在使用激光器的情況下限于局部地除去陽極和/或陰極的缺陷位置。
[0030]這樣的儲能器可以特別可靠地運行，因為在陽極材料或陰極材料中不存在缺陷位置。在此，這樣的儲能器還可以特別低成本地來制造，因為可以放棄大面積的瑕疵，而大面積的瑕疵在現(xiàn)有技術(shù)中由于缺陷位置而又常常是必然的。此外，可以因此節(jié)省資源，這保護了環(huán)境。
[0031]在擴展方案的范圍內(nèi)，該儲能器可以具有堆疊單元或卷繞單元。尤其是在堆疊單元或卷繞單元的情況下，常常需要非常大空間區(qū)域的無故障的陽極材料或陰極材料。在此，尤其是該擴展方案中的儲能器是有利的，以便在此避免大的瑕疵并且由此使相應(yīng)的制造方法可以特別低成本地實現(xiàn)。另外，堆疊單元或卷繞單元尤其是常常提供大的能量含量或大的容量。
[0032]關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的儲能器的其他優(yōu)點和技術(shù)特征，特此明確地參閱結(jié)合根據(jù)本發(fā)明的用于制造儲能器的方法對附圖以及附圖描述的闡述。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0033]根據(jù)本發(fā)明的主題的其他優(yōu)點和有利的擴展方案通過附圖來說明并且在下面的描述中來闡述。在此，應(yīng)當(dāng)注意，附圖僅僅具有描述特性并且不應(yīng)被認(rèn)為以任何形式限制本發(fā)明。附圖:圖1示出了在根據(jù)本發(fā)明的方法的啟示下根據(jù)本發(fā)明制造的儲能器的示意圖。
【具體實施方式】
[0034]在圖1中示意性地示出了根據(jù)本發(fā)明的儲能器10，其是按照根據(jù)本發(fā)明的方法制造的。這樣的儲能器10例如可以是鋰離子電池。這樣的儲能器10的可能應(yīng)用領(lǐng)域示例性地包括電動車輛或混合動力車輛、電子工具、計算機和/或電信設(shè)備或靜止儲能系統(tǒng)、如用于家庭或設(shè)備的高能儲能系統(tǒng)。
[0035]儲能器10根據(jù)圖1尤其是包括堆疊單元并且作為所述堆疊單元包括多個尤其是膜狀構(gòu)造的陽極層12、陰極層14以及布置在它們之間的隔板層16。附加于隔板層16，以對于本領(lǐng)域技術(shù)人員可理解的方式在陽極層12與陰極層14之間布置電解質(zhì)。
[0036]在圖1中還示意性示出了根據(jù)本發(fā)明的用于這樣的儲能器10的制造方法。
[0037]根據(jù)用于制造圖1所示的儲能器10的方法，首先提供陽極12和陰極14。然后檢查所述陽極和陰極的缺陷位置18，并且因此探測到陽極和或陰極中的缺陷位置18。這譬如可以在使用光學(xué)探測方法的情況下來實現(xiàn)。這樣的缺陷位置18在圖1中同樣示出，其中缺陷位置18根據(jù)圖1純粹示例性地布置在陽極12中。
[0038]在陽極中探測到缺陷位置18以后，從陽極中除去該缺陷位置，這如通過箭頭20表明的那樣。在此，除去缺陷位置18可以在應(yīng)用激光器的情況下實現(xiàn)。具體而言，除去缺陷位置18可以通過激光切割工藝和/或基于激光對缺陷位置的刻蝕來實現(xiàn)。在此，在圖1中示出了激光切割工藝，利用該激光切割工藝切割出圍繞缺陷位置18的區(qū)域，由此可以除去陽極層12的包括缺陷位置18的區(qū)域。由此，在缺陷位置18的位置處留下凹陷22，這如在圖1中的儲能器10的陰極層14中示例性示出的那樣。
[0039]在除去尤其是全部缺陷位置18以后，可以為了制造儲能器10將陽極層12和陰極14與布置在它們之間的隔板層16或電解質(zhì)進行疊層。
【權(quán)利要求】
1.一種用于制造儲能器(10)、尤其是鋰離子電池的方法，包括下列方法步驟: a)提供陽極和陰極； b)探測所述陽極和/或所述陰極中的缺陷位置(18)； c)從所述陽極和/或所述陰極中以限于局部的方式除去缺陷位置(18);以及 d)將所述陽極和所述陰極與布置在它們之間的隔板進行疊層。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述陽極、所述陰極和所述隔板被構(gòu)造為膜狀的。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的方法，其中缺陷位置(18)的除去在應(yīng)用激光器的情況下實現(xiàn)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的方法，其中缺陷位置(18)的除去通過激光切割工藝和/或基于激光地刻蝕缺陷位置(18)來實現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4之一所述的方法，其中儲能器(10)在生成堆疊單元或卷繞單元的情況下構(gòu)成。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一所述的方法，其中在使用光學(xué)方法的情況下檢查所述陽極和/或所述陰極的缺陷位置(18)。
7.一種按照根據(jù)權(quán)利要求1至6之一所述的方法制造的儲能器、尤其是鋰離子電池，其中尤其是在使用激光器的情況下限于局部地除去陽極和/或陰極的缺陷位置(18)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的儲能器，其中所述儲能器(10)具有堆疊單元或卷繞單元。
【文檔編號】H01M4/139GK103545557SQ201310295118
【公開日】2014年1月29日 申請日期:2013年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2012年7月16日
【發(fā)明者】S.杜德齊亞克, T.克雷奇馬爾, C.科布勒, A.內(nèi)茨 申請人:羅伯特·博世有限公司