[发明专利]用于制造电极线圈的方法和设备

说明书

本发明涉及用于制造电极线圈的方法和适合于实施该方法的设备。

概念“蓄电池”最初意指在外壳中的多个串联的原电池。然而现在单独的原电池也经常被称为蓄电池。在原电池放电时发生供应能量的化学反应，该化学反应由两个相互电耦合但是空间上相互分离的部分反应组成。在负电极处在氧化过程中释放电子，导致通过外部的耗电器至正电极的电子流，由正电极吸收相应数量的电子。因此在正电极处发生还原过程。同时，在电池之内出现对应于电极反应的离子流。该离子流通过离子导电的电解质来保证。在二次电池和蓄电池中这种放电反应是可逆的。因此存在逆转在放电时进行的化学能到电能的转化的可能性。如果在此上下文中使用概念“阳极”和“阴极”，那么电极通常根据其放电功能来命名。在这样的电池中负电极因此是阳极，正电极是阴极。

如二次电池和蓄电池那样，电容器也可以可逆地存储电能，然而不是以化学的形式而是在两个导电面、即电容器电极之间的电场中存储电能，所述电容器电极大多相互以小的间距被布置。因为电容器中的电荷不是首先由于化学反应而被释放或被存储，所以所述电荷可以很快地被吸收和重新被输出。为此电容器的能量密度通常很明显地低于蓄电池的能量密度。

在已知的二次电池和蓄电池中，特别是锂离子电池达到比较高的能量密度。锂离子电池在很多情况下包括电池堆（stack），该电池堆由多个单电池组成。然而，特别是具有高容量的电池和蓄电池经常作为线圈电池被构造，该线圈电池具有缠绕形式的条状或带状的电极（电极线圈）。这也是电容器的优选的构造形式。

具有线圈结构的二次电池和蓄电池以及电容器通常具有由平面电极和隔离器以正电极/隔离器/负电极的顺序构成的缠绕的复合体。在二次电池和蓄电池的情况下，电极在此通常包括金属的集流器（Stromableiter）以及电化学活跃的组分和电化学不活跃的组分。作为电化学活跃的组分（经常也称为活跃材料），对于二次锂离子电池可以考虑所有的能够吸收和重新输出锂离子的材料。与此有关地对于负电极，现有技术特别是基于碳的颗粒、如石墨碳或能够插入锂的非石墨的碳材料。此外，也可以使用金属的或半金属的能够与锂形成合金的材料或由这样的材料与例如碳基材料构成的复合材料。对于正电极特别是可以考虑锂金属氧化物化合物和锂金属磷酸盐化合物、如LiCoO₂和LiFePO₄。作为电化学不活跃的组分，首先可以提到电极粘结剂和所提及的集流器。通过该集流器，电子被输送给电极或从电极被引出。该电极粘结剂保证电极的机械稳定性并且负责由电化学活跃的材料构成的颗粒相互间的以及与集流器的接触。作为隔离器特别是可以考虑多微孔的塑料薄膜。

在电容器的情况下，电极大多涉及导电的衬底、如金属。例如不导电的类似纺织材料、多孔的塑料薄膜（例如聚乙烯）或不导电的多孔的陶瓷层（例如氧化铝）可以用作隔离器。

为了制造用于二次蓄电池和电池的电极，包括所提及的电化学活跃和不活跃的组分的膏通常以薄层的形式被施加到集电器上、变干并且被转化成所期望的合适形状。通常所述层随后被轧制和压制以及必要时随后与隔离器和对应电极组合。但是在此特别是在制造线圈电池时可能出现问题。

通过集电器极耳（Ableiterfahnen）实现电流从电极线圈的导出。一般通常的是，在制造电极线圈时给要缠绕的条状或带状的电极配备多个、优选大量集电器极耳，以便在充电或放电时使电极尽可能均匀地承受负荷。相应地通常的是，在要缠绕的电极条的整个长度上分布式地设置集电器极耳。在完成的线圈中，这些集电器极耳通常在端面从该线圈凸出。在此，相同极性的集电器极耳应被分组，特别是重叠地以堆状的布置存在，以便它们可以尽可能容易地相互连接，例如通过焊接相互连接。为了获得这样的分组以及集电器极耳例如在螺旋状的线圈中不是例如以或多或少随机的放射状的分布存在，必须考虑，电极线圈的半径随着线圈的每一匝向外增大。如果集电器极耳以均匀的间距被布置在电极条的一个或两个纵向侧处，那么这导致线圈中的集电器极耳的径向偏移。

在实践中，通过使沿着要缠绕的电极条的相邻的集电器极耳之间的间距朝着所述条的在线圈中处于外部的端部方向增大，遇到这个问题。所需的间距可以在考虑电极的厚度的情况下相当简单地被计算。然而，特别是在二次蓄电池和电池的电极的情况下在一定容差之内出现在纵向上的厚度的波动。在最小的厚度波动为+/-1μm的情况下，在具有多于100匝的线圈电池中所产生的偏移已经可以处于几毫米。

本发明所基于的任务是，找到针对这个问题的解决方案。