DE102015104205A1

DE102015104205A1 - Method for producing a battery element and arrangement for a battery

Info

Publication number: DE102015104205A1
Application number: DE102015104205.3A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Gepp; Manfred Hartmann; Michael Häussler
Original assignee: Schreiner Group GmbH and Co KG
Current assignee: Schreiner Group GmbH and Co KG
Priority date: 2015-03-20
Filing date: 2015-03-20
Publication date: 2016-09-22
Also published as: WO2016150819A1

Abstract

Ein Verfahren zum Herstellen eines Batterieelements umfasst ein Bereitstellen einer Substratschicht (3) mit einer Oberfläche (5), einer ersten Substanz, einer zweiten Substanz und einer dritten Substanz, die eine elektrisch isolierende Eigenschaft aufweist. Das Verfahren umfasst weiter ein Aufdrucken der ersten Substanz auf die Oberfläche (5) der Substratschicht (3) und dadurch Ausbilden einer Anode (11) mit einer Oberfläche (13), die der Substratschicht (3) abgewandt ist. Das Verfahren umfasst weiter ein Aufdrucken der zweiten Substanz auf die Oberfläche (5) der Substratschicht (3) und dadurch Ausbilden einer Kathode (21) mit einer Oberfläche (23), die der Substratschicht (3) abgewandt ist, wobei die Kathode (21) auf der Oberfläche (5) der Substratschicht (3) beabstandet von der Anode (11) angeordnet ist. Darüber hinaus umfasst das Verfahren ein Aufdrucken der dritten Substanz auf der Oberfläche (13) der Anode (11) und/oder der Oberfläche (23) der Kathode (21) und dadurch Ausbilden mindestens eines Separators (31) mit einer Oberfläche (33), die gegenüber der Oberfläche (13) der Anode (11) oder der Oberfläche (23) der Kathode (21) erhaben ist.A method of manufacturing a battery element includes providing a substrate layer (3) having a surface (5), a first substance, a second substance, and a third substance having an electrically insulating property. The method further comprises printing the first substance onto the surface (5) of the substrate layer (3) and thereby forming an anode (11) having a surface (13) facing away from the substrate layer (3). The method further comprises printing the second substance onto the surface (5) of the substrate layer (3) and thereby forming a cathode (21) with a surface (23) facing away from the substrate layer (3), the cathode (21) on the surface (5) of the substrate layer (3) spaced from the anode (11) is arranged. Moreover, the method comprises printing the third substance on the surface (13) of the anode (11) and / or the surface (23) of the cathode (21) and thereby forming at least one separator (31) with a surface (33), which is raised with respect to the surface (13) of the anode (11) or the surface (23) of the cathode (21).

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Herstellen eines Batterieelements sowie eine Anordnung für eine Batterie, die dazu geeignet sind, eine druckbare Batterie zu realisieren. Außerdem betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Aktivieren einer Batterie.The present invention relates to a method of manufacturing a battery element and a battery assembly suitable for realizing a printable battery. Moreover, the present invention relates to a method for activating a battery.

Eine Vielzahl elektronischer Anwendungen erfordern Energiequellen mit hoher Flexibilität zum Beispiel in Bezug auf eine Dicke, eine geometrische Form und ein Gewicht der Energiequelle. In diesem Zusammenhang sind gedruckte Batterien eine kostengünstige und flexible Energiequelle die besonders für dünne und flexible Produkte geeignet sind, in denen sie leicht integriert werden können. Beispiele solcher Produkte sind Sensorkarten, intelligente Chips oder auch aktive RFID-Transponder A variety of electronic applications require power sources with high flexibility, for example, in terms of thickness, geometric shape and weight of the power source. In this context, printed batteries are an inexpensive and flexible source of energy that is particularly suitable for thin and flexible products in which they can be easily integrated. Examples of such products are sensor cards, intelligent chips or even active RFID transponders

Es ist eine Aufgabe ein Verfahren zum Herstellen eines Batterieelements sowie eine Anordnung für eine Batterie zu schaffen, die geeignet sind, auf einfache Weise eine druckbare Batterie zu realisieren. It is an object to provide a method of manufacturing a battery element and an arrangement for a battery that are capable of easily realizing a printable battery.

Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Herstellen eines Batterieelements ein Bereitstellen einer Substratschicht mit einer Oberfläche. Weiter werden eine erste Substanz, eine zweite Substanz und eine dritte Substanz bereitgestellt. Die dritte Substanz weist eine elektrisch isolierende Eigenschaft auf. Das Verfahren umfasst weiter ein Aufdrucken der ersten Substanz auf die Oberfläche der Substratschicht und dadurch Ausbilden einer Anode mit einer Oberfläche, die der Substratschicht abgewandt ist. Das Verfahren umfasst weiter ein Aufdrucken der zweiten Substanz auf die Oberfläche der Substratschicht und dadurch Ausbilden einer Kathode mit einer Oberfläche, die der Substratschicht abgewandt ist, wobei die Kathode auf der Oberfläche der Substratschicht beabstandet von der Anode aufgedruckt wird. Außerdem umfasst das Verfahren ein Aufdrucken der dritten Substanz auf der Oberfläche der Anode und/oder auf der Oberfläche der Kathode und dadurch Ausbilden mindestens eines Separators mit einer Oberfläche, die gegenüber der Oberfläche der Anode oder der Oberfläche der Kathode erhaben ist. According to a first aspect of the invention, a method of manufacturing a battery element comprises providing a substrate layer having a surface. Further, a first substance, a second substance, and a third substance are provided. The third substance has an electrically insulating property. The method further comprises printing the first substance onto the surface of the substrate layer and thereby forming an anode having a surface facing away from the substrate layer. The method further comprises printing the second substance onto the surface of the substrate layer and thereby forming a cathode having a surface facing away from the substrate layer, the cathode being printed on the surface of the substrate layer spaced from the anode. In addition, the method comprises printing the third substance on the surface of the anode and / or on the surface of the cathode and thereby forming at least one separator having a surface that is raised relative to the surface of the anode or the surface of the cathode.

Auf diese Weise wird ein Verfahren zum Herstellen eines Batterieelements realisiert, das abgesehen von der Substratschicht eine vollständig druckbare Batterie ermöglicht. Mittels des beschriebenen Verfahrens wird auf einfache Weise ein kostengünstiges Herstellen eines Batterieelements ermöglicht, das zum Beispiel mittels eines Druckvorgangs gefertigt werden kann. Insbesondere das Aufdrucken des Separators schafft die Möglichkeit, das komplette Batterieelement mittels eines Druckvorgangs herzustellen. Ein zusätzlicher Herstellungsvorgang oder ein Maschinenwechsel, bei dem der Separator zum Beispiel gestanzt oder ausgeschnitten und dann auf der Anode und/oder der Kathode angeordnet werden könnte, kann somit eingespart werden. Dadurch wird ein Herstellungsverfahren für ein Batterieelement vereinfacht, beschleunigt und kostengünstiger.In this way, a method for producing a battery element is realized, which allows apart from the substrate layer, a fully printable battery. By means of the described method, a cost-effective production of a battery element is made possible in a simple manner, which can be manufactured for example by means of a printing process. In particular, the printing of the separator creates the possibility to produce the complete battery element by means of a printing operation. An additional manufacturing process or machine change, in which the separator could be punched or cut out, for example, and then placed on the anode and / or the cathode, can thus be saved. Thereby, a manufacturing method for a battery element is simplified, accelerated and cheaper.

Das Verfahren umfasst beispielsweise ein Aufdrucken der dritten Substanz und Ausbilden des Separators in Form einer Gitterstruktur und/oder Wabenstruktur und/oder Punktstruktur und/oder Schraffur.The method comprises, for example, printing the third substance and forming the separator in the form of a lattice structure and / or honeycomb structure and / or dot structure and / or hatching.

Ein solches Verfahren realisiert verschiedene geometrische Ausgestaltungen des Separators, die beispielsweise abhängig von der Art der Anwendung hinsichtlich eines Produkts, das mittels des Batterieelements mit elektrischer Energie versorgt werden soll, nutzbringend sein können. Eine Gitterstruktur ist zum Beispiel eine periodische Struktur, die aus einer periodischen Anreihung einer einzelnen Einheit aufgebaut werden kann. Dies umfasst beispielsweise eine quadratische Gitterstruktur, bei der mehrere Quadrate nebeneinander angeordnet sind. Anders formuliert ist eine Gitterstruktur zum Beispiel durch zwei Gruppen von Gitterlinien gegeben, die jeweils parallele und beabstandete Gitterlinien beinhalten, die äquidistant sein können und sich mit den Gitterlinien der jeweils anderen Gruppe kreuzen. Im Falle einer quadratischen Gitterstruktur sind die Gitterlinien der beiden Gruppen zueinander senkrecht ausgerichtet und der Abstand der jeweiligen Gitterlinien beider Gruppen ist identisch. Die Gitterlinien des Separators sind vorspringend und halten bei einer späteren Aktivierung des hergestellten Batterieelements die Anode und die Kathode wie Wände auf Abstand.Such a method realizes various geometric configurations of the separator, which may be useful, for example, depending on the type of application with respect to a product which is to be supplied with electrical energy by means of the battery element. For example, a grid structure is a periodic structure that can be built up from a periodic sequencing of a single unit. This includes, for example, a square grid structure in which several squares are arranged next to one another. In other words, a lattice structure is given for example by two groups of lattice lines, each containing parallel and spaced lattice lines which may be equidistant and intersect with the lattice lines of the other group. In the case of a square lattice structure, the grid lines of the two groups are aligned perpendicular to each other and the spacing of the respective grid lines of both groups is identical. The grid lines of the separator are projecting and keep at a later activation of the manufactured battery element, the anode and the cathode like walls at a distance.

Eine Gitterstruktur kann auch rautenförmig ausgebildet sein und aus einer periodischen Aneinanderreihung mehrerer Rauten aufgebaut werden. Oder anders formuliert, kreuzen sich die jeweiligen Gitterlinien der beiden oben beschriebenen Gruppen einerseits unter einem Winkel zwischen 0° und 90° und andererseits unter einem Winkel zwischen 90° und 180° zueinander.A grid structure may also be diamond-shaped and constructed from a periodic stringing together of several diamonds. In other words, the respective grid lines of the two groups described above intersect on the one hand at an angle between 0 ° and 90 ° and on the other hand at an angle between 90 ° and 180 ° to each other.

Eine Wabenstruktur kann zum Beispiel in einer regelmäßigen Aneinanderreihung von Sechsecken ausgebildet sein, sodass die Wabenstruktur im Wesentlichen der Struktur einer Bienenwabe entspricht.For example, a honeycomb structure may be formed in a regular row of hexagons, so that the honeycomb structure substantially corresponds to the structure of a honeycomb.

Eine Punktstruktur ist zum Beispiel eine spezielle Gitterstruktur, bei der beispielsweise Elemente des Separators regelmäßig in einem punktförmigen Raster angeordnet sind. Zum Beispiel ist der Separator als eine Punktstruktur von halbkugelförmigen oder zylinderförmigen Elementen realisiert und hält in einem Betrieb der gedruckten Batterie die beiden Elektroden wie Säulen auf Abstand.A dot structure is for example a special lattice structure in which, for example, elements of the separator are regularly arranged in a punctiform grid. For example, the separator is realized as a dot structure of hemispherical or cylindrical elements and holds in In operation of the printed battery, the two electrodes such as columns at a distance.

Auch eine Schraffur kann als Gitterstruktur verstanden werden, bei der der Separator in der Regel in Form von parallelen Gitterlinien ausgebildet ist, welche zum Beispiel ein Liniengitter realisieren. Die Gitterlinien können dabei äquidistant zu einer jeweils benachbarten Gitterlinie angeordnet sein oder auch mit alternierendem kleineren und größeren Abstand zu der jeweils benachbarten Gitterlinie. Die Abstände zwischen den Gitterlinien müssen aber nicht regelmäßig sein, sondern können auch unregelmäßig variieren.Hatching can also be understood as a lattice structure in which the separator is generally designed in the form of parallel grid lines which, for example, realize a line grid. The grid lines can be arranged equidistant from a respective adjacent grid line or with alternating smaller and larger distance to the respective adjacent grid line. However, the distances between the grid lines do not have to be regular, but may vary irregularly.

In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass der Separator materialabhängig auch eine beliebige geometrische Form besitzen kann. Dabei kann es zum Beispiel nutzbringend sein, wenn ein Teil der Oberfläche der Anode und/oder Kathode, die durch die geometrische Ausgestaltung des Separators bedeckt wird, kleiner ist als der restliche frei bleibende Teil der Oberfläche der Anode und/oder Kathode. In Bezug auf eine Punktstruktur des Separators entspricht der Teil der Oberfläche, die durch den Separator bedeckt wird, zum Beispiel der Summe der Flächen der einzelnen halbkugelförmigen Elemente, die auf der Anode und/oder der Kathode angeordnet sind.In this context, it should be noted that the separator material can also have any geometric shape. It may be useful, for example, if a part of the surface of the anode and / or cathode, which is covered by the geometric configuration of the separator, is smaller than the remaining remaining part of the surface of the anode and / or cathode. With respect to a dot structure of the separator, the part of the surface covered by the separator is, for example, the sum of the areas of the individual hemispherical elements arranged on the anode and / or the cathode.

Anders formuliert wird zum Beispiel mittels der beschriebenen Strukturen des Separators eine geringe Flächendeckung der Oberfläche der Anode und/oder der Kathode erzielt. Die Flächendeckung ist beispielsweise der Quotient aus dem Teil der Oberfläche, die durch den Separator bedeckt wird, und dem Teil der Oberfläche, der frei bleibt. Abhängig von der geometrischen Ausgestaltung des Separators ist die Flächendeckung beispielsweise kleiner als 10 % oder kleiner als 20 % und größer als 0,01% oder 0,1%.In other words, by means of the described structures of the separator, a low areal coverage of the surface of the anode and / or the cathode is achieved. The area coverage is, for example, the quotient of the part of the surface which is covered by the separator and the part of the surface which remains free. Depending on the geometric configuration of the separator, the area coverage is for example less than 10% or less than 20% and greater than 0.01% or 0.1%.

Abstände und Winkel der Gitterlinien oder Punkte zueinander können beliebig ausgebildet sein. Der aufgedruckte hervorstehende Separator realisiert auf diese Weise einen Vorsprung über der Oberfläche der Anode und/oder Kathode und somit einen Abstand zwischen der Anode und der Kathode in einem aktivierten Zustand des Batterieelements. Eine Aufgabe des Separators ist es folglich zu verhindern, dass sich die Anode und die Kathode berühren, um beispielsweise einem unkontrollierten Ladungsausgleich vorzubeugen oder einen Kurzschluss zu vermeiden. Außerdem ist aufgrund des durch den Separator realisierten Abstandes zwischen Anode und Kathode Platz für einen Elektrolyten vorhanden, welcher einen Ionenstrom und ein kontrolliertes Entladen der Batterie ermöglicht. In dem aktivierten Zustand des Batterieelements ist der Elektrolyt dann zum Beispiel zwischen der Anode und der Kathode angeordnet und benetzt den frei gebliebenen Teil der Oberfläche der Anode und/oder Kathode.Distances and angles of the grid lines or points to each other can be configured as desired. The printed protruding separator realizes in this way a projection over the surface of the anode and / or cathode and thus a distance between the anode and the cathode in an activated state of the battery element. It is therefore an object of the separator to prevent the anode and the cathode from touching, for example in order to prevent uncontrolled charge equalization or to avoid a short circuit. In addition, due to the space between the anode and the cathode realized by the separator, there is room for an electrolyte which allows ionic current and controlled discharging of the battery. In the activated state of the battery element, the electrolyte is then arranged, for example, between the anode and the cathode and wets the remaining part of the surface of the anode and / or cathode.

Nutzbringende Geometrien des Separators, die in Bezug auf die Oberfläche der Anode und/oder der Kathode einen kleineren Teil bedecken und einen größeren Teil frei lassen, sind beispielsweise durch die beschriebenen Gitterstrukturen, Wabenstrukturen, Punktstrukturen und Schraffuren gegeben.Useful geometries of the separator, which cover a smaller part with respect to the surface of the anode and / or the cathode and leave a larger part open, are given, for example, by the described lattice structures, honeycomb structures, dot structures and hatchings.

Das Aufdrucken der dritten Substanz und das Ausbilden des Separators können auch einen Separator umfassen, der die Oberfläche der Anode und/oder die Oberfläche der Kathode vollflächig bedeckt. The printing of the third substance and the formation of the separator may also include a separator which covers the surface of the anode and / or the surface of the cathode over the entire surface.

In diesem Zusammenhang weist der Separator eine geometrische Struktur auf, die eine relativ große Flächendeckung der Oberfläche der Anode und/oder Kathode realisiert. Beispielsweise ist die Flächendeckung größer als 90 %, größer als 80 % oder größer als 50 %. Dabei kann der Separator als eine einzige zusammenhängende Schicht ausgebildet sein oder auch als mehrere einzelne Teilflächen, die in der Summe eine relativ große Flächendeckung realisieren. Beispielsweise ist der Separator im Wesentlichen deckungsgleich zu der Oberfläche der Anode und/oder der Kathode ausgebildet und deckt zum Beispiel bis zu 100 % der Oberfläche der Anode und/oder der Kathode ab. Alternativ hat die Flächendeckung zum Beispiel einen Wert zwischen 20 % und 50 %.In this context, the separator has a geometric structure that realizes a relatively large area coverage of the surface of the anode and / or cathode. For example, the coverage is greater than 90%, greater than 80%, or greater than 50%. In this case, the separator may be formed as a single contiguous layer or as a plurality of individual sub-areas, which realize in the sum of a relatively large area coverage. For example, the separator is formed substantially congruent to the surface of the anode and / or the cathode and covers, for example, up to 100% of the surface of the anode and / or the cathode. Alternatively, the area coverage, for example, has a value between 20% and 50%.

Abhängig von dem Verfahren und dem Aufdrucken der dritten Substanz zum Ausbilden des Separators kann die Flächendeckung des Separators in Bezug auf die Oberfläche der Anode und/oder der Kathode auch andere Werte haben, sodass zum Beispiel je nach gewünschter Anwendung das Batterieelement mit einer vorgegebenen Flächendeckung des Separators hergestellt wird.Depending on the method and the printing of the third substance for forming the separator, the area coverage of the separator with respect to the surface of the anode and / or the cathode may also have other values, so that, for example, depending on the desired application, the battery element with a predetermined area coverage of Separators is produced.

Somit weist der Separator abhängig von dem verwendeten Material oder einer Materialkombination der dritten Substanz eine Struktur mit geringer oder mit großer Flächendeckung auf. Beispielsweise ist der Separator als saugfähige Druckschicht ausgebildet, die elektrisch isolierend wirkt und einen flüssigen Elektrolyten aufnehmen kann. Auf diese Weise wird ein vollflächiges Aufdrucken des Separators auf die Oberfläche der Anode und/oder der Kathode ermöglicht und zusätzlich ein Zugang für einen Elektrolyten zu der Oberfläche der Anode und der Kathode und ein gewünschter Ionenstrom realisiert. Thus, depending on the material used or a material combination of the third substance, the separator has a structure with little or large area coverage. For example, the separator is formed as an absorbent printing layer, which acts electrically insulating and can absorb a liquid electrolyte. In this way, a full-surface printing of the separator on the surface of the anode and / or the cathode is made possible and additionally realized an access for an electrolyte to the surface of the anode and the cathode and a desired ion current.

Zum Beispiel umfasst die dritte Substanz eine superabsorbierende Polymersubstanz.For example, the third substance comprises a superabsorbent polymer substance.

Superabsorbierende Polymersubstanzen sind spezielle Geliermittel, die beispielsweise pulverförmig ausgebildet sind und unter anderem aufgrund ihrer polymeren Netzwerkstruktur im Vergleich zu anderen Geliermitteln die Eigenschaft besitzen, relativ viel Feuchtigkeit aufzunehmen und diese über einen relativ langen Zeitraum zu speichern. Diese Eigenschaft wirkt sich vorteilhaft auf das Herstellen eines Batterieelements aus, weil ein Austrocken des Batterieelements vermindert und dadurch eine längere Haltbarkeit des Batterieelements oder der aktivierten Batterie realisiert wird.Superabsorbent polymer substances are special gelling agents which are, for example, pulverulent and, inter alia, due to their polymeric network structure compared to other gelling agents have the property to absorb a relatively large amount of moisture and store them over a relatively long period of time. This property has an advantageous effect on the production of a battery element, because a drying of the battery element is reduced and thereby a longer life of the battery element or the activated battery is realized.

Superabsorbierende Polymersubstanzen sind beispielsweise einem Lack oder einer Druckfarbe beigemischt, um eine druckfähige Paste zu realisieren. Der Separator, der mittels Aufdrucken der superabsorbierenden Polymersubstanz ausgebildet wird, weist eine zerklüftete poröse Struktur auf, die derart ausgebildet ist, dass selbst bei einer vollflächigen Bedeckung der Oberfläche der Anode und/oder Kathode genügend Räume für einen Elektrolyten und einen Ionenstrom vorhanden sind.Superabsorbent polymer substances are, for example, admixed with a lacquer or a printing ink in order to produce a printable paste. The separator which is formed by printing the superabsorbent polymer substance has a fissured porous structure formed such that even if the surface of the anode and / or cathode is covered over the entire area, there are sufficient spaces for an electrolyte and an ionic current.

Darüber hinaus kann das Aufdrucken der dritten Substanz auch einen Elektrolyten umfassen, sodass der Separator und der Elektrolyt in einem Druckvorgang ausgebildet werden. Beispielsweise umfasst die dritte Substanz eine superabsorbierende Polymersubstanz und eine fünfte Substanz, die ein Ausgangsstoff für den Elektrolyten ist.Moreover, the printing of the third substance may also include an electrolyte, so that the separator and the electrolyte are formed in one printing operation. For example, the third substance comprises a superabsorbent polymer substance and a fifth substance which is a source material for the electrolyte.

Das Verfahren umfasst zum Beispiel auch ein Aufdrucken eines ersten Stromableiters und eines zweiten Stromableiters auf der Oberfläche der Substratschicht, wobei der erste Stromableiter mit der Anode und der zweite Stromableiter mit der Kathode elektrisch verbunden ist.The method also includes, for example, printing a first current collector and a second current collector on the surface of the substrate layer, wherein the first current collector is electrically connected to the anode and the second current collector is electrically connected to the cathode.

Auf diese Weise wird beim Herstellen des Batterieelements ein einfacher und kostengünstiger Anschluss der Anode und der Kathode mit zu energieversorgenden Produkten ermöglicht. In this way, a simple and cost-effective connection of the anode and the cathode is made possible with energy-supplying products in the manufacture of the battery element.

Das Verfahren kann auch ein Bereitstellen und Aufdrucken einer vierten Substanz umfassen, die eine adhäsive Eigenschaft aufweist. Mittels Aufdrucken der vierten Substanz auf der Oberfläche der Substratschicht wird eine Klebeschicht ausgebildet, die die Anode und/oder die Kathode umgibt.The method may also include providing and printing a fourth substance having an adhesive property. By means of printing the fourth substance on the surface of the substrate layer, an adhesive layer is formed, which surrounds the anode and / or the cathode.

Die Klebeschicht wird um die Anode und/oder Kathode auf die Substratschicht aufgedruckt, um zum Beispiel ein einfaches Versiegeln des Batterieelements oder der aktivierten Batterie zu ermöglichen. Beispielsweise umgibt die Klebeschicht die Anode und/oder Kathode partiell oder vollständig. Die aufgedruckte Klebeschicht kann beispielsweise beabstandet zu der Anode und/oder der Kathode ausgebildet sein oder kann teilweise oder vollständig direkt an diesen angrenzen. The adhesive layer is printed around the anode and / or cathode on the substrate layer to allow, for example, easy sealing of the battery element or the activated battery. For example, the adhesive layer surrounds the anode and / or cathode partially or completely. The printed adhesive layer may be formed, for example, spaced from the anode and / or the cathode, or may be partially or completely directly adjacent thereto.

Das Verfahren kann weiter ein Bereitstellen und Aufdrucken einer fünften Substanz umfassen, die elektrische Leitfähigkeit aufweist. Mittels Aufdrucken der fünften Substanz auf der Oberfläche der Anode und/oder der Oberfläche der Kathode wird ein Elektrolyt ausgebildet.The method may further comprise providing and printing a fifth substance having electrical conductivity. By printing the fifth substance on the surface of the anode and / or the surface of the cathode, an electrolyte is formed.

Der Elektrolyt ist ein Medium des Batterieelements, das im Zustand der aktivierten Batterie einen Ionenstrom zwischen der Anode und der Kathode ermöglicht. Mittels des beschriebenen Verfahrens wird somit eine vollständig druckbare Batterie ermöglicht, welche zum Beispiel Stromableiter, Anode, Kathode, Separator, Elektrolyt und Klebeschicht umfasst. The electrolyte is a medium of the battery element, which allows an ion current between the anode and the cathode in the state of the activated battery. By means of the described method, a completely printable battery is thus made possible, which comprises, for example, current conductor, anode, cathode, separator, electrolyte and adhesive layer.

Mittels Aufdrucken der fünften Substanz auf die Oberfläche der Anode und/oder der Kathode füllt der Elektrolyt beispielsweise die Räume auf, die nicht bereits durch den Separator bedeckt sind.By means of printing the fifth substance on the surface of the anode and / or the cathode, the electrolyte fills in, for example, the spaces which are not already covered by the separator.

Alternativ kann der Elektrolyt auch in einem Druckvorgang zusammen mit dem Separator aufgedruckt werden, sodass die dritte Substanz zum Beispiel eine superabsorbierende Polymersubstanz und die fünfte Substanz umfasst. Die dadurch ausgebildete Schicht weist dann elektrisch isolierende und elektrisch leitfähige Abschnitte auf, wobei die elektrisch isolierenden Abschnitte in einem aktivierten Zustand der Batterie einen gegebenen Abstand zwischen Anode und Kathode realisieren und die elektrisch leitfähigen Abschnitte den Ionenstrom leiten, um eine Spannungsversorgung für angeschlossene Produkte bereitzustellen.Alternatively, the electrolyte may also be printed in a printing operation together with the separator so that the third substance comprises, for example, a superabsorbent polymer substance and the fifth substance. The layer formed thereby has electrically insulating and electrically conductive sections, the electrically insulating sections realizing a given distance between anode and cathode in an activated state of the battery and the electrically conductive sections conducting the ion current in order to provide a power supply for connected products.

Das Verfahren umfasst zum Beispiel ein Aufdrucken der dritten Substanz mittels eines Siebdruckverfahrens. Darüber hinaus können auch alle weiteren Substanzen mittels sowie die Stromableiter mittels eines Siebdruckverfahrens aufgedruckt werden.The method includes, for example, printing the third substance by means of a screen printing method. In addition, all other substances can be printed by means of and the current collector by means of a screen printing process.

Ein Siebdruckverfahren ermöglicht zum Beispiel unter Verwendung eines maschenartigen Siebs ein einfaches Auftragen des Separators auf die Oberfläche der Anode und/oder der Kathode unter anderem in den beschriebenen geometrischen Formen.For example, a screen printing technique allows the separator to be easily applied to the surface of the anode and / or cathode using, inter alia, the described geometrical shapes using a mesh-like screen.

Das Verfahren kann auch ein Aufdrucken der dritten Substanz mittels eines Inkjetsystems umfassen. Auch die weiteren Substanzen sowie die Stromableiter können mittels eines Injektsystems aufgedruckt werden.The method may also include printing the third substance by means of an inkjet system. The other substances as well as the current conductors can be printed by means of an injection system.

Ein Inkjetsystem führt ein Druckverfahren aus, bei dem zum Beispiel der Separator mit einem gegebenen Abstand zu der Anode und/oder der Kathode auf die Oberfläche der Anode und/oder der Kathode aufgesprüht wird, sodass beim Aufdrucken kein Kontakt zwischen dem Injektsystem und der Oberfläche besteht, die bedruckt werden soll.An inkjet system performs a printing process in which, for example, the separator is sprayed onto the surface of the anode and / or the cathode at a given distance from the anode and / or the cathode so that there is no contact between the injection system and the surface during printing to be printed.

Das Verfahren kann auch ein Aufdrucken der beschriebenen Substanzen mittels eines Schablonendruckverfahrens umfassen. Ein Schablonendruckverfahren ist gegebenenfalls nutzbringend, um gewünschte Schichtdicken der auszubildenden Schichten zu realisieren. The method may also include printing the described substances by means of a stencil printing process. A stencil printing process may be useful in order to realize desired layer thicknesses of the layers to be formed.

Gemäß eines zweiten Aspekts der Erfindung umfasst eine Anordnung für eine Batterie eine Substratschicht mit einer Oberfläche und eine Anode, die auf der Oberfläche der Substratschicht angeordnet ist und die eine Oberfläche aufweist, die der Substratschicht abgewandt ist. Die Anordnung umfasst weiter eine Kathode, die auf der Oberfläche der Substratschicht angeordnet ist und die eine Oberfläche aufweist, die der Substratschicht abgewandt ist, wobei die Kathode auf der Oberfläche der Substratschicht beabstandet von der Anode angeordnet ist. Darüber hinaus umfasst die Anordnung mindestens einen Separator, der auf der Oberfläche der Anode und/oder der Oberfläche der Kathode angeordnet ist und der eine elektrisch isolierende Eigenschaft aufweist und der eine Oberfläche aufweist, die gegenüber der Oberfläche der Anode und/oder der Oberfläche der Kathode erhaben ist. In diesem Zusammenhang sind die Anode und die Kathode jeweils auf der Substratschicht und mindestens ein Separator auf der Anode und/oder der Kathode aufgedruckt. According to a second aspect of the invention, an arrangement for a battery comprises a substrate layer having a surface and an anode disposed on the surface of the substrate layer and having a surface facing away from the substrate layer. The assembly further includes a cathode disposed on the surface of the substrate layer and having a surface facing away from the substrate layer, wherein the cathode is disposed on the surface of the substrate layer spaced from the anode. In addition, the arrangement comprises at least one separator, which is arranged on the surface of the anode and / or the surface of the cathode and which has an electrically insulating property and which has a surface which faces the surface of the anode and / or the surface of the cathode is sublime. In this context, the anode and the cathode are each printed on the substrate layer and at least one separator on the anode and / or the cathode.

Auf diese Weise wird eine Anordnung für eine Batterie realisiert, die ein vollständig gedrucktes Batterieelement beschreibt, das eine kostengünstige Energiequelle zur Spannungsversorgung für eine Vielzahl von Produkten ermöglicht. In this way, an arrangement for a battery is described, which describes a fully printed battery element, which allows a low-cost power source for supplying power to a variety of products.

Der Separator weist zum Beispiel eine Gitterstruktur und/oder eine Punktstruktur und/oder eine Wabenstruktur und/oder eine Schraffur auf. The separator has, for example, a grid structure and / or a dot structure and / or a honeycomb structure and / or hatching.

Solche Strukturen des Separators realisieren auf einfache Weise einen gewünschten Abstand zwischen Anode und Kathode in einem aktivierten Zustand der Batterie. Der mindestens eine Separator kann aber materialabhängig auch andere geometrische Formen besitzen, die bezogen auf eine Aufsicht senkrecht zu der Oberfläche der Anode und/oder der Kathode eine Auflagefläche realisieren und dadurch einen Abstand zwischen der Anode und der Kathode aufrechterhalten. Such structures of the separator realize in a simple manner a desired distance between the anode and cathode in an activated state of the battery. However, depending on the material, the at least one separator may also have other geometric shapes which, relative to a plan view perpendicular to the surface of the anode and / or the cathode, realize a contact surface and thereby maintain a distance between the anode and the cathode.

Der Separator kann die Oberfläche der Anode und/oder die Oberfläche der Kathode auch vollflächig bedecken.The separator may also cover the surface of the anode and / or the surface of the cathode over the entire surface.

Der Separator umfasst zum Beispiel eine superabsorbierende Polymersubstanz. The separator includes, for example, a superabsorbent polymeric substance.

Ein vollflächiges Ausbilden des Separators mittels eines Druckvorgangs ist beispielsweise nutzbringend, wenn der Separator eine superabsorbierende Polymersubstanz umfasst und eine zerklüftete Struktur aufweist. Die Struktur des Separators weist trotz vollflächiger Bedeckung der Oberfläche der Anode und/oder der Kathode Kanäle auf, die Raum für einen Elektrolyten und einen Ionenstrom zwischen Anode und Kathode ermöglichen. For example, blanket forming of the separator by means of a printing operation is beneficial if the separator comprises a superabsorbent polymeric substance and has a fissured structure. Despite covering the surface of the anode and / or the cathode over the entire surface, the structure of the separator has channels which allow space for an electrolyte and an ion current between anode and cathode.

Die Anordnung kann außerdem einen ersten Stromableiter und einen zweiten Stromableiter aufweisen, die auf der Oberfläche der Substratschicht angeordnet sind, wobei der erste Stromableiter mit der Anode und der zweite Stromableiter mit der Kathode gekoppelt ist.The assembly may further include a first current collector and a second current collector disposed on the surface of the substrate layer, wherein the first current collector is coupled to the anode and the second current collector is coupled to the cathode.

Die Stromableiter können auch auf der Substratschicht aufgedruckt sein und ermöglichen eine elektrische Kopplung mit Produkten, die mit Energie versorgt oder an die Spannung angelegt werden sollen.The current collectors may also be printed on the substrate layer and allow electrical coupling with products to be energized or applied to the voltage.

Die Anordnung kann zusätzlich eine Klebeschicht umfassen, die auf der Substratschicht aufgedruckt ist und die die Anode und/oder die Kathode umgibt. The assembly may additionally comprise an adhesive layer printed on the substrate layer and surrounding the anode and / or the cathode.

Außerdem kann die Anordnung einen Elektrolyten umfassen, der auf der Oberfläche der Anode und/oder der Oberfläche der Kathode aufgedruckt ist. In addition, the assembly may comprise an electrolyte printed on the surface of the anode and / or the surface of the cathode.

Der Elektrolyt ermöglicht in einem aktivierten Betrieb der Anordnung oder einer Batterie, die eine Ausgestaltung der Anordnung umfasst, einen Ionenstrom zwischen der Anode und der Kathode und dadurch eine Energieversorgung an der Anordnung elektrisch angeschlossener Produkte.The electrolyte, in an activated operation of the device or a battery comprising an embodiment of the device, enables an ion current between the anode and the cathode and thereby a power supply to the device of electrically connected products.

Darüber hinaus kann die Substratschicht der Anordnung zwischen der Anode und der Kathode eine Perforation aufweisen. In addition, the substrate layer of the assembly between the anode and the cathode may have a perforation.

Auf diese Weise wird eine Anordnung für eine Batterie realisiert, die auf einfache Weise ein Aktivieren der Batterie ermöglicht. Beispielsweise wird die Perforation symmetrisch zwischen der Anode und der Kathode ausgebildet und weist einen gleichen Abstand zu der Anode und der Kathode auf. Mittels Falzen der Substratschicht entlang der Perforation können die Anode und die Kathode gezielt übereinander angeordnet werden, wobei der mindestens eine aufgedruckte Separator entsprechend seiner Ausgestaltung einen gegebenen Abstand zwischen der Anode und der Kathode realisiert.In this way, an arrangement for a battery is realized, which allows a simple way to activate the battery. For example, the perforation is formed symmetrically between the anode and the cathode and is equidistant from the anode and the cathode. By means of folding the substrate layer along the perforation, the anode and the cathode can be selectively arranged one above the other, wherein the at least one printed separator realizes a given distance between the anode and the cathode in accordance with its configuration.

In weiteren Ausgestaltungen weist die Substratschicht keine Perforation auf, sodass ein Falzen der Anordnung auch ohne Perforation erfolgen kann, um die Anode und die Kathode übereinander anzuordnen und so zum Beispiel einen aktivierten Zustand oder betriebsbereiten Zustand einer Batterie herzustellen, die die Anordnung umfasst.In further embodiments, the substrate layer has no perforation, so that the assembly can be folded even without perforation in order to arrange the anode and the cathode one above the other, for example to produce an activated state or operational state of a battery comprising the arrangement.

Gemäß einem dritten Aspekt der Erfindung umfasst ein Verfahren zum Aktivieren einer Batterie unter Verwendung einer Anordnung nach einer der zuvor beschriebenen Ausgestaltungen des zweiten Aspekts ein Falzen der Substratschicht zwischen der Anode und der Kathode und dadurch Anordnen des mindestens einen Separators zwischen der Anode und der Kathode. According to a third aspect of the invention, a method of activating a battery using a device according to any of the above-described aspects of the second aspect comprises folding the substrate layer between the anode and the cathode and thereby disposing the at least one separator between the anode and the cathode.

Auf diese Weise wird mittels des Verfahrens das zuvor beschriebene Batterieelement und/oder die zuvor beschriebene Anordnung für eine Batterie aktiviert und somit ein betriebsbereiter Zustand einer vollständig gedruckten Batterie ermöglicht. In this way, the method described above activates the previously described battery element and / or the previously described arrangement for a battery, thus enabling a ready-to-use state of a completely printed battery.

Darüber hinaus ist es auch möglich mehrere Anoden und/oder Kathoden mittels der beschriebenen Verfahren herzustellen und auf der Substratschicht anzuordnen oder aufzudrucken. Auf diese Weise ist es möglich, eine Serien- oder Reihenschaltung mehrerer Batterieelemente zu realisieren, um so beispielsweise eine Gesamtkapazität zu erhöhen gegenüber einer Kapazität eines einzelnen Batterieelements oder einer einzelnen Anordnung für eine Batterie. Somit ist es auf einfache Weise möglich, eine vollständig druckbare Serienschaltung von Batterieelementen zu realisieren, welche eine entsprechend höhere Spannungsversorgung für anzuschließende Produkte ermöglicht. Gegebenenfalls sind in diesem Zusammenhang mehrere Perforationen der Substratschicht vorhanden, die ein Falzen und Aktivieren einer solchen Serienschaltung ermöglichen.In addition, it is also possible to produce a plurality of anodes and / or cathodes by means of the described method and to arrange or print on the substrate layer. In this way, it is possible to realize a serial or series connection of a plurality of battery elements, so as to increase, for example, a total capacity compared to a capacity of a single battery element or a single arrangement for a battery. Thus, it is easily possible to realize a fully printable series circuit of battery elements, which allows a correspondingly higher voltage supply for products to be connected. Optionally, a plurality of perforations of the substrate layer are present in this context, which allow folding and activating such a series connection.

Darüber hinaus sind die beschriebenen Verfahren zum Herstellen eines Batterieelements gemäß dem ersten Aspekt und die beschriebenen Anordnungen für eine Batterie gemäß dem zweiten Aspekt sowohl für nicht wieder aufladbare Batterien (Primärzellen) als auch für wieder aufladbare Batterien (Sekundärzellen) anwendbar. Moreover, the described methods for manufacturing a battery element according to the first aspect and the described arrangements for a battery according to the second aspect are applicable to both non-rechargeable batteries (primary cells) and rechargeable batteries (secondary cells).

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind im Folgenden anhand der schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:Embodiments of the invention are explained in more detail below with reference to the schematic drawings. Show it:

1 ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung für eine Batterie in einer Aufsicht, 1 an embodiment of an arrangement for a battery in a plan view,

2 das Ausführungsbeispiel nach 1 in einem aktivierten Zustand in einem Querschnitt, 2 the embodiment according to 1 in an activated state in a cross section,

3 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung für eine Batterie in einer Aufsicht, 3 another embodiment of an arrangement for a battery in a plan view,

4 das Ausführungsbeispiel nach 3 in einem aktivierten Zustand in einem Querschnitt, 4 the embodiment according to 3 in an activated state in a cross section,

5 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung in einem aktivierten Zustand in einem Querschnitt, 5 a further embodiment of an arrangement in an activated state in a cross section,

6 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung für eine Batterie in einer Aufsicht, 6 another embodiment of an arrangement for a battery in a plan view,

7 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung für eine Batterie in einer Aufsicht, 7 another embodiment of an arrangement for a battery in a plan view,

8 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung für eine Batterie in einer Aufsicht, 8th another embodiment of an arrangement for a battery in a plan view,

9 ein weiteres Ausführungsbeispiel einer Anordnung für eine Batterie in einer Aufsicht, 9 another embodiment of an arrangement for a battery in a plan view,

10 ein Ausführungsbeispiel für ein Ablaufdiagramm zum Herstellen und Aktivieren eines Batterieelements. 10 an embodiment of a flow chart for making and activating a battery element.

Elemente gleicher Konstruktion oder Funktion sind figurenübergreifend mit den gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.Elements of the same construction or function are identified across the figures with the same reference numerals.

1 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Anordnung 1 für eine Batterie in einer Aufsicht, die eine Substratschicht 3, eine Anode 11 und eine Kathode 21 umfasst. Die Aufsicht bezieht sich auf das eingezeichnete Koordinatensystem in x- und y-Richtung. Die Anode 11 und die Kathode 21 sind auf einer Oberfläche 5 der Substratschicht 3 angeordnet, beispielsweise aufgedruckt. Die Anode 11 weist eine Oberfläche 13 auf und ist beabstandet zu der Kathode 21 angeordnet, die wiederum eine Oberfläche 23 aufweist. Die dargestellten Oberflächen 5, 13 und 23 erstrecken sich in Bezug auf das eingezeichnete Koordinatensystem in der x-y-Ebene. 1 shows an embodiment of an arrangement 1 for a battery in a plan view, which is a substrate layer 3 , an anode 11 and a cathode 21 includes. The supervision refers to the drawn coordinate system in the x and y direction. The anode 11 and the cathode 21 are on a surface 5 the substrate layer 3 arranged, for example, printed. The anode 11 has a surface 13 on and is spaced to the cathode 21 arranged, in turn, a surface 23 having. The illustrated surfaces 5 . 13 and 23 extend with respect to the drawn coordinate system in the xy plane.

Zwischen der Anode 11 und der Kathode 21 weist die Substratschicht 3 eine Perforation 7 auf, die in diesem Ausführungsbeispiel symmetrisch mittig zwischen der Anode 11 und der Kathode 21 ausgebildet ist. Die Perforation 7 ermöglicht beispielsweise ein Falzen entlang der Perforation 7 und dadurch ein übereinander Anordnen der Anode und der Kathode, um die Anordnung 1 oder eine Batterie, welche die Anordnung 1 umfasst, zu aktivieren. Auf diese Weise wird die Batterie zum Beispiel in einen betriebsbereiten Zustand versetzt, um eine Energieversorgung elektrisch koppelbarer Produkte zu ermöglichen. Between the anode 11 and the cathode 21 has the substrate layer 3 a perforation 7 on, in this embodiment, symmetrically centered between the anode 11 and the cathode 21 is trained. The perforation 7 allows, for example, a fold along the perforation 7 and thereby stacking the anode and cathode over the assembly 1 or a battery, which the arrangement 1 includes, activate. In this way, for example, the battery is placed in a ready state to enable a power supply of electrically coupled products.

Die Anode 11 weist auf ihrer Oberfläche 13 einen Separator 31 auf, der in Form einer Punktstruktur auf der Anode 11 angeordnet ist. Eine Punktstruktur stellt in diesem Ausführungsbeispiel eine regelmäßige Anordnung von Elementen des Separators 31 in einem punktförmigen Raster dar. Zum Beispiel ist der Separator 31 als eine Punktstruktur von halbkugelförmigen oder zylinderförmigen Elementen realisiert, die wie Säulen auf der Oberfläche 13 der Anode 11 angeordnet sind. Dabei weist der Separator 31 eine Oberfläche 33 auf, die gegenüber der Oberfläche 13 der Anode 11 erhaben ist und somit hervortritt. Auf diese Weise realisiert der Separator 31 einen gegebenen Abstand 35 zwischen der Anode 11 und der Kathode 21 in einem Betrieb einer aktivierten Batterie, in dem die Anordnung 1 entlang der Perforation 7 gefalzt wurde und somit die Anode 11 und die Kathode 21 übereinander angeordnet sind. Beispielsweise ist der Separator 31 als Lackschicht realisiert, die eine Dicke von mehr als 100 Mikrometern aufweist. Dabei bezieht sich die Dicke auf eine Geometrie des Separators 31 in z-Richtung, wie sie beispielsweise in der nachfolgenden 2 eingezeichnet ist.The anode 11 points to its surface 13 a separator 31 on, in the form of a dot structure on the anode 11 is arranged. A dot structure in this embodiment provides a regular arrangement of elements of the separator 31 in a punctiform grid. For example, the separator is 31 realized as a point structure of hemispherical or cylindrical elements, which are like columns on the surface 13 the anode 11 are arranged. In this case, the separator 31 a surface 33 on, facing the surface 13 the anode 11 is sublime and thus stands out. To this Way the separator realized 31 a given distance 35 between the anode 11 and the cathode 21 in an operation of an activated battery in which the arrangement 1 along the perforation 7 was folded and thus the anode 11 and the cathode 21 are arranged one above the other. For example, the separator 31 realized as a lacquer layer, which has a thickness of more than 100 micrometers. The thickness refers to a geometry of the separator 31 in the z-direction, as for example in the following 2 is drawn.

Dieser Abstand 35 zwischen der Anode 11 und der Kathode 21, der mittels des Separators 31 ausgebildet wird, ist geeignet, um einen Ladungsausgleich oder einen Kurzschluss der aktivierten Batterie zu verhindern und somit eine kontrollierte Funktion und ein gezieltes Entladen der Anordnung 1 oder der Batterie zu ermöglichen. In diesem Ausführungsbeispiel in 1 ist ein Separator 31 auf der Anode 11 ausgestaltet, welcher in einem gefalzten Zustand der Anordnung 1 einen gegebenen Abstand 35 zwischen Anode 11 und Kathode 21 realisiert. Alternativ oder zusätzlich ist ein Separator 31 auf der Oberfläche 23 der Kathode 21 ausgebildet. In einem Falle, dass zwei Separatoren 31 ausgebildet sind, ist in einem gefalzten Zustand der Anordnung 1 der Abstand 35 zwischen Anode 11 und Kathode 21 durch die geometrische Ausgestaltung und Anordnung beider Separatoren 31 gegeben. In dem Fall, dass nur ein Separator 31 ausgebildet ist, entspricht der Abstand 35 zwischen der Anode 11 und der Kathode 21 im Wesentlichen der Dicke des Separators 31. This distance 35 between the anode 11 and the cathode 21 that by means of the separator 31 is formed, is suitable to prevent a charge balance or a short circuit of the activated battery and thus a controlled function and a targeted unloading of the arrangement 1 or to allow the battery. In this embodiment in 1 is a separator 31 on the anode 11 configured, which in a folded state of the arrangement 1 a given distance 35 between anode 11 and cathode 21 realized. Alternatively or additionally, a separator 31 on the surface 23 the cathode 21 educated. In a case that two separators 31 are formed, is in a folded state of the arrangement 1 the distance 35 between anode 11 and cathode 21 by the geometric design and arrangement of both separators 31 given. In the case that only one separator 31 is formed, corresponds to the distance 35 between the anode 11 and the cathode 21 essentially the thickness of the separator 31 ,

Die Substratschicht 3, die Anode 11 und die Kathode 21 sind in diesem Ausführungsbeispiel in Bezug auf das eingezeichnete Koordinatensystem rechteckig ausgestaltet. Außerdem ist die Substratschicht 3 in x- und y-Richtung größer ausgebildet als die Anode 11 und die Kathode 21. Die Substratschicht 3 dient zum Beispiel als Trägermaterial für die Anode 11 und die Kathode 21 und ist zum Beispiel eine PET-Folie. Die Anode 11 und Kathode 21 sind in Bezug auf die x- und y-Richtung im Wesentlichen gleichgroß ausgebildet, sodass eine möglichst deckungsgleiche Anordnung einer aktivierten Batterie möglich ist. In weiteren Ausgestaltungen der Anordnung 1 sind die Anode 11 und die Kathode 21 gegebenenfalls nicht gleichgroß und/oder nicht rechteckig ausgebildet und die Perforation 7 der Substratschicht 3 ist gegebenenfalls nicht symmetrisch mittig zwischen der Anode 11 und der Kathode 21 angeordnet.The substrate layer 3 , the anode 11 and the cathode 21 are configured rectangular in this embodiment with respect to the drawn coordinate system. In addition, the substrate layer 3 formed in the x and y direction larger than the anode 11 and the cathode 21 , The substrate layer 3 serves as a carrier material for the anode, for example 11 and the cathode 21 and is for example a PET film. The anode 11 and cathode 21 are substantially the same size in terms of the x and y direction, so that a possible congruent arrangement of an activated battery is possible. In further embodiments of the arrangement 1 are the anode 11 and the cathode 21 if appropriate, not of equal size and / or not rectangular and the perforation 7 the substrate layer 3 may not be symmetrical midway between the anode 11 and the cathode 21 arranged.

Die Anode 11, die Kathode 21 und der Separator 31 sind beispielsweise auf die Substratschicht 3 aufgedruckt und ermöglichen bis auf die Substratschicht 3 eine vollständig druckbares Batterieelement. The anode 11 , the cathode 21 and the separator 31 are for example on the substrate layer 3 imprinted and allow down to the substrate layer 3 a fully printable battery element.

2 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung 1 für eine Batterie in einem gefalzten oder aktivierten Zustand. Beispielsweise repräsentiert das Ausführungsbeispiel in 2 einen Querschnitt der Anordnung 1 aus 1. Zusätzlich ist ein Koordinatensystem mit z- und x-Richtung eingezeichnet. Außerdem umfasst die Anordnung 1 einen Elektrolyten 51, der zwischen der Anode 11 und der Kathode 21 angeordnet ist und den Separator 31 umgibt. 2 shows a further embodiment of the arrangement 1 for a battery in a folded or activated state. For example, the embodiment in FIG 2 a cross section of the arrangement 1 out 1 , In addition, a coordinate system with z- and x-direction is drawn. In addition, the arrangement includes 1 an electrolyte 51 that is between the anode 11 and the cathode 21 is arranged and the separator 31 surrounds.

Der Elektrolyt 51 ist ein Medium der Anordnung 1, das in einem aktivierten Zustand der Batterie einen Ionenstrom zwischen der Anode 11 und der Kathode 21 ermöglicht. Beispielsweise ist ein Ausgangsstoff des Elektrolyten 51 flüssig oder gelartig und wird auf die Oberfläche 13 der Anode 11 und/oder die Oberfläche 23 der Kathode 21 aufgedruckt und füllt dadurch die Räume auf, die nicht bereits durch den Separator 31 bedeckt sind.The electrolyte 51 is a medium of arrangement 1 in an activated state of the battery, an ion current between the anode 11 and the cathode 21 allows. For example, a starting material of the electrolyte 51 liquid or gelatinous and gets on the surface 13 the anode 11 and / or the surface 23 the cathode 21 imprinted and thereby fills up the spaces that are not already through the separator 31 are covered.

In dem dargestellten Querschnitt in 2 ist zu erkennen, dass der Separator 31 als halbkugelförmige Elemente ausgebildet ist, die von der Oberfläche 13 von der Anode 11 hervortreten und einen gegebenen Abstand 35 zwischen der Anode 11 und der Kathode 21 realisieren. In Bezug auf die eingezeichnete z-Richtung sind die Schichtdicken der jeweiligen Komponenten im Wesentlichen gleichgroß ausgebildet. In weiteren Ausgestaltungen der Anordnung 1 können die Schichtdicken variieren, sodass zum Beispiel die Anode 11 und die Kathode 21 gleichdick ausgebildet sind, aber der Separator 31 und der Elektrolyt 51 doppelt so dick ausgebildet sind.In the illustrated cross section in FIG 2 it can be seen that the separator 31 is designed as a hemispherical elements, that of the surface 13 from the anode 11 come out and a given distance 35 between the anode 11 and the cathode 21 realize. With respect to the drawn z-direction, the layer thicknesses of the respective components are substantially the same size. In further embodiments of the arrangement 1 For example, the layer thicknesses can vary so that, for example, the anode 11 and the cathode 21 are formed the same thickness, but the separator 31 and the electrolyte 51 are twice as thick.

3 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung 1 für eine Batterie in einer Aufsicht, in dem sowohl die Anode 11 als auch die Kathode 21 einen Separator 31 aufweisen. Die beiden Separatoren 31 weisen mehrere Elemente auf, die jeweils in einem punktförmigen Raster angeordnet sind. Auch in diesem Ausführungsbeispiel sind die Anode 11 und die Kathode 21 in Bezug auf die eingezeichnete x- und y-Richtung im Wesentlichen gleichgroß ausgebildet, während die Substratschicht 3 größer ausgebildet ist und die Elektroden umgibt. Die Perforation 7 ist symmetrisch mittig zwischen der Anode 11 und der Kathode 21 ausgebildet. 3 shows a further embodiment of the arrangement 1 for a battery in a supervision in which both the anode 11 as well as the cathode 21 a separator 31 exhibit. The two separators 31 have several elements, each arranged in a punctiform grid. Also in this embodiment, the anode 11 and the cathode 21 formed substantially the same size with respect to the drawn x- and y-direction, while the substrate layer 3 is larger and surrounds the electrodes. The perforation 7 is symmetrically centered between the anode 11 and the cathode 21 educated.

4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung 1 für eine Batterie in einem Querschnitt, das zum Beispiel die Anordnung 1 aus 3 in einem gefalzten und aktivierten Zustand inklusive einem Elektrolyten 51 darstellt. Die Separatoren 31 weisen jeweils halbkugelförmige Elemente auf, die gegeneinander versetzt sind. Auf diese Weise wird an mehreren Positionen der Oberfläche 13 der Anode 11 und der Oberfläche 23 der Kathode 21 ein gegebener Abstand 35 zwischen Anode 11 und Kathode 21 aufrechterhalten. 4 shows a further embodiment of the arrangement 1 for a battery in a cross section, for example, the arrangement 1 out 3 in a folded and activated state including an electrolyte 51 represents. The separators 31 each have hemispherical elements which are offset from each other. In this way, at several positions of the surface 13 the anode 11 and the surface 23 the cathode 21 a given distance 35 between anode 11 and cathode 21 maintained.

5 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung 1 für eine Batterie in einem Querschnitt, das im Wesentlichen die Anordnung 1 aus 3 in einem gefalzten und aktivierten Zustand inklusive einem Elektrolyten 51 darstellt. Im Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel in 4 sind die halbkugelförmig ausgebildeten Separatoren 31 der Anode 11 und der Kathode 21 nicht versetzt, sondern übereinander angeordnet. Auf diese Weise wird im Vergleich zu dem Ausführungsbeispiel in 4 ein größerer Abstand 35 zwischen der Anode 11 und der Kathode 21 realisiert. In diesem Ausführungsbeispiel, bei dem zwei Separatoren 31 übereinander angeordnet sind, ist zu erkennen, dass der Abstand 35 nicht der Dicke des oder der Separatoren 31 entspricht. Der Zwischenraum zwischen der Anode 11 und der Kathode 21 ist auch in diesem Ausführungsbeispiel mit einem Elektrolyt 51 gefüllt, welcher einen Ionenstrom und dadurch eine Spannungsversorgung ermöglicht. 5 shows a further embodiment of the arrangement 1 for a battery in a cross-section, which is essentially the arrangement 1 out 3 in a folded and activated state including an electrolyte 51 represents. In contrast to the embodiment in 4 are the hemispherical separators 31 the anode 11 and the cathode 21 not offset but arranged one above the other. In this way, compared to the embodiment in 4 a greater distance 35 between the anode 11 and the cathode 21 realized. In this embodiment, in which two separators 31 are arranged one above the other, it can be seen that the distance 35 not the thickness of the separator (s) 31 equivalent. The space between the anode 11 and the cathode 21 is also in this embodiment with an electrolyte 51 filled, which allows an ion current and thereby a power supply.

Im Unterschied zu der nicht gefalzten Anordnung 1 in 3 weist eine zu dem Ausführungsbeispiel in 5 zugehörige nicht gefalzte Anordnung 1 zum Beispiel halbkugelförmige Elemente der beiden Separatoren 31 auf, die spiegelsymmetrisch bezüglich der Perforation 7 angeordnet sind. In den Ausführungsbeispielen in 3 und 4 ist die Anordnung der Elemente der beiden Separatoren 31 im Gegensatz dazu nicht spiegelsymmetrisch sondern versetzt bezüglich der Perforation 7.In contrast to the unfolded arrangement 1 in 3 has a to the embodiment in 5 associated non-folded arrangement 1 for example, hemispherical elements of the two separators 31 on, the mirror-symmetric with respect to the perforation 7 are arranged. In the embodiments in 3 and 4 is the arrangement of the elements of the two separators 31 in contrast, not mirror-symmetrical but offset with respect to the perforation 7 ,

In einem Vergleich der Ausführungsbeispiele aus 4 und 5 ist zu erkennen, dass es zum Beispiel möglich ist, mit einer gleichgroßen Anzahl von Elementen, die die Separatoren 31 ausbilden, einerseits einen kleineren Abstand 35 zwischen Anode 11 und Kathode 21 mit größerer Flächendeckung oder andererseits einen größeren Abstand 35 mit kleinerer Flächendeckung der Oberfläche 13 der Anode 11 und/oder der Oberfläche 23 der Kathode 21 zu realisieren.In a comparison of the embodiments 4 and 5 It can be seen that it is possible, for example, with an equal number of elements to the separators 31 train, on the one hand, a smaller distance 35 between anode 11 and cathode 21 with larger area coverage or on the other hand a greater distance 35 with smaller area coverage of the surface 13 the anode 11 and / or the surface 23 the cathode 21 to realize.

6 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung 1 für eine Batterie in einer Aufsicht, die zwei Separatoren 31 jeweils in Form einer Gitterstruktur aufweist. 6 shows a further embodiment of the arrangement 1 for a battery in a top view, the two separators 31 each having a lattice structure.

Eine Gitterstruktur ist zum Beispiel eine periodische Struktur, die aus einer periodischen Anreihung einer einzelnen Einheit aufgebaut werden kann. Dies umfasst beispielsweise eine quadratische Gitterstruktur, bei der mehrere Quadrate nebeneinander angeordnet sind. Anders formuliert ist eine Gitterstruktur zum Beispiel durch zwei Gruppen von Gitterlinien gegeben, die jeweils parallele und beabstandet Gitterlinien beinhalten, die äquidistant sein können und sich mit den Gitterlinien der jeweils anderen Gruppe kreuzen. Im Falle einer quadratischen Gitterstruktur sind die Gitterlinien der beiden Gruppen zueinander senkrecht ausgerichtet und der Abstand der jeweiligen Gitterlinien beider Gruppen ist identisch. Die Gitterlinien der Separatoren 31 halten die Anode 11 und die Kathode 21 bei einer späteren Aktivierung der Anordnung 1 wie Wände auf Abstand.For example, a grid structure is a periodic structure that can be built up from a periodic sequencing of a single unit. This includes, for example, a square grid structure in which several squares are arranged next to one another. In other words, a lattice structure is given by, for example, two groups of lattice lines, each containing parallel and spaced lattice lines, which may be equidistant and intersect with the lattice lines of the other group. In the case of a square lattice structure, the grid lines of the two groups are aligned perpendicular to each other and the spacing of the respective grid lines of both groups is identical. The grid lines of the separators 31 hold the anode 11 and the cathode 21 at a later activation of the arrangement 1 like walls on distance.

In der dargestellten Aufsicht der Anordnung 1 in 6 sind die Separatoren 31 jeweils als quadratische Gitterstrukturen ausgebildet, die im Wesentlichen symmetrisch bezüglich der Perforation 7 angeordnet sind. In einem gefalzten Zustand der Anordnung 1 sind die beiden gitterförmigen Separatoren 31 dann übereinander angeordnet. Alternativ kann der oder die Separatoren 31 auch als rautenförmige Gitterstruktur ausgebildet sein, die aus einer periodischen Anreihung einer Raute aufgebaut werden kann. Anders formuliert kreuzen sich die jeweiligen Gitterlinien anders als bei einer rechteckigen oder quadratischen Gitterstruktur einerseits unter einem Winkel zwischen 0° und 90° und andererseits unter einem Winkel zwischen 90° und 180° zueinander. In the illustrated supervision of the arrangement 1 in 6 are the separators 31 each formed as a square lattice structures, which are substantially symmetrical with respect to the perforation 7 are arranged. In a folded state of the arrangement 1 are the two grid-shaped separators 31 then arranged one above the other. Alternatively, the separator (s) 31 may also be formed as a diamond-shaped lattice structure, which can be constructed from a periodic arrangement of a rhombus. In other words, the respective grid lines intersect differently than in the case of a rectangular or square grid structure on the one hand at an angle between 0 ° and 90 ° and on the other hand at an angle between 90 ° and 180 ° to each other.

In einem gefalzten und aktivierten Zustand der Anordnung 1 aus 6 wird anlog zu dem vorherigen Ausführungsbeispiel in 5 mittels der beiden gitterförmigen Separatoren 31 folglich ein größerer Abstand 35 zwischen Anode 11 und Kathode 21 ausgebildet, weil die Separatoren 31, die jeweils eine gegebene Dicke aufweisen, dann übereinander angeordnet sind.In a folded and activated state of the arrangement 1 out 6 is analogous to the previous embodiment in 5 by means of the two grid-shaped separators 31 hence a greater distance 35 between anode 11 and cathode 21 trained because the separators 31 , each having a given thickness, are then stacked.

7 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung 1 für eine Batterie in einer Aufsicht, die jeweils einen mit Separator 31 auf der Oberfläche 13 der Anode 11 und einen auf der Oberfläche 23 der Kathode 21 aufweist. Die Struktur der Separatoren 31 kann als Liniengitter oder auch als Schraffur bezeichnet werden. Die dargestellten Linien jeweils eines Separators 31 sind parallel und äquidistant angeordnet, während jeweils die Linien des einen Separators 31 senkrecht zu den Linien des anderen Separators 31 ausgerichtet sind. 7 shows a further embodiment of the arrangement 1 for a battery in a top view, each one with a separator 31 on the surface 13 the anode 11 and one on the surface 23 the cathode 21 having. The structure of the separators 31 can be called a line grid or hatch. The illustrated lines each of a separator 31 are arranged in parallel and equidistant, while in each case the lines of a separator 31 perpendicular to the lines of the other separator 31 are aligned.

In einem gefalzten Zustand der Anordnung 1 entlang der Perforation 7 werden die Anode 11 und die Kathode 21 entsprechend der erhabenen Linien der Separatoren 31 auf Abstand gehalten. In einer Aufsicht auf einen solchen gefalzten Zustand der Anordnung 1 würden die beiden Separatoren 31 zusammen eine rechteckige oder quadratische Gitterstruktur realisieren.In a folded state of the arrangement 1 along the perforation 7 become the anode 11 and the cathode 21 according to the raised lines of the separators 31 kept at a distance. In a plan view of such a folded state of the arrangement 1 would the two separators 31 together realize a rectangular or square grid structure.

In alternativen Ausgestaltungen können die Linien eines jeweiligen Separators 31 aber auch einen alternierenden kleineren und größeren Abstand zu der jeweils benachbarten Linie aufweisen. Darüber hinaus müssen die Abstände zwischen den Linien eines Separators 31 auch nicht zwangsläufig regelmäßig sein, sondern können auch unregelmäßig variieren und eine beliebige Schraffur realisieren.In alternative embodiments, the lines of a respective separator 31 but also have an alternating smaller and larger distance to the respective adjacent line. In addition, the distances between the lines of a separator must be 31 not necessarily be regular, but can also vary irregularly and realize any hatching.

8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung 1 für eine Batterie in einer Aufsicht mit jeweils einem Separator 31 auf der Oberfläche 13 der Anode 11 und einem Separator 31 auf der Oberfläche 23 der Kathode 21. Die Separatoren weisen dabei eine Wabenstruktur auf, die zum Beispiel eine regelmäßige Aneinanderreihung von Sechsecken darstellt. Eine solche Wabenstruktur kann im Wesentlichen mit dem Aufbau einer Bienenwabe verglichen werden. 8th shows a further embodiment of the arrangement 1 for a battery in a top view, each with a separator 31 on the surface 13 the anode 11 and a separator 31 on the surface 23 the cathode 21 , The separators in this case have a honeycomb structure, which represents, for example, a regular stringing together of hexagons. Such a honeycomb structure can be substantially compared with the structure of a honeycomb.

Es wird darauf hingewiesen, dass der oder die Separatoren 31 in alternativen Ausgestaltungen beliebige geometrische Formen besitzen können, die zum Beispiel eine gegebene Flächendeckung der Oberfläche 13 der Anode 11 und/oder der Oberfläche 23 der Kathode 21 realisieren bezogen auf eine Aufsicht, wie in den Ausführungsbeispielen in 1, 3, 6, 7 und 8 dargestellt. Abstände und Winkel der Gitterlinien oder Punkte zueinander können beliebig ausgebildet sein. Somit wird in einem gefalzten und aktivierten Zustand der Anordnung 1 oder einer Batterie, welche eine Ausgestaltung der Anordnung 1 umfasst, mittels des oder der aufgedruckten Separatoren 31 ein notwendiger Abstand 35 zwischen Anode 11 und Kathode 21 realisiert. Zusätzlich wird ein größerer Teil der Oberfläche 13 der Anode 11 und/oder der Oberfläche 23 der Kathode 21 für einen Elektrolyten 51 zugänglich gemacht, welcher einen Ionenstrom und dadurch eine Energieversorgung angeschlossener Produkte ermöglicht.It should be noted that the separator (s) 31 in alternative embodiments may have any geometric shapes, for example, a given area coverage of the surface 13 the anode 11 and / or the surface 23 the cathode 21 realized with respect to a supervision, as in the embodiments in 1 . 3 . 6 . 7 and 8th shown. Distances and angles of the grid lines or points to each other can be configured as desired. Thus, in a folded and activated state of the assembly 1 or a battery, which is an embodiment of the arrangement 1 comprises, by means of the or the printed separators 31 a necessary distance 35 between anode 11 and cathode 21 realized. In addition, a larger part of the surface becomes 13 the anode 11 and / or the surface 23 the cathode 21 for an electrolyte 51 made accessible, which allows an ion current and thereby a power supply of connected products.

Mögliche Geometrien eines Separators 31, die in Bezug auf die Oberfläche 13 der Anode 11 und/oder die Oberfläche 23 der Kathode 21 einen kleineren Teil bedecken und einen größeren Teil frei lassen, sind durch die dargestellten Ausführungsbeispiele in Form von Gitterstrukturen, Wabenstrukturen, Punktstrukturen und Schraffuren aufgezeigt. Beispielsweise sind auf diese Weise Flächendeckungen kleiner 10 % oder kleiner 20 % realisiert, wobei ein Wert der Flächendeckung durch den Quotienten aus dem durch den oder die Separatoren 31 bedeckten Teil und dem unbedeckten freien Teil der Oberfläche 13 der Anode 11 und/oder der Oberfläche 23 der Kathode 21 gegeben ist.Possible geometries of a separator 31 that in terms of the surface 13 the anode 11 and / or the surface 23 the cathode 21 cover a smaller part and leave a larger part free, are shown by the illustrated embodiments in the form of lattice structures, honeycomb structures, dot structures and hatching. For example, surface coverages smaller than 10% or less than 20% are realized in this way, wherein a value of the area coverage by the quotient of the by the separator (s) 31 covered part and the uncovered free part of the surface 13 the anode 11 and / or the surface 23 the cathode 21 given is.

9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Anordnung 1 für eine Batterie in einer Aufsicht, die im Unterschied zu den vorherigen Ausführungsbeispielen eine zweite Anode 12 und eine zweite Kathode 22 umfasst. Die Kathode 21 und die zweite Anode 12 sind beabstandet von der Anode 11 und der zweiten Kathode 22 auf einer leitfähigen Schicht 27 angeordnet sind. Darüber hinaus weist die Anordnung 1 einen ersten Stromableiter 15 und einen zweiten Stromableiter 25 auf, wobei der erste Stromableiter 15 mit der Anode 11 und der zweite Stromableiter 25 mit der zweiten Kathode 22 elektrisch verbunden ist. Die Stromableiter 15 und 25 sowie die leitfähige Schicht 27 sind beispielsweise auf die Oberfläche 5 der Substratschicht 3 vollflächig aufgedruckt und ermöglichen einen einfachen Anschluss zur Spannungsversorgung von geeigneten Produkten. In diesem Ausführungsbeispiel weisen die beiden Stromableiter 15 und 25 jeweils eine streifenförmige Elektrodenfahne und ein flächiges Element auf. Auf dem flächigen Element des ersten Stromableiters 15 ist die Anode 11 und auf dem flächigen Element des zweiten Stromableiters 25 ist die zweite Kathode 22 aufgedruckt. Auf der leitfähigen Schicht 27 sind die zweite Anode 12 und die Kathode 21 aufgedruckt, wobei die zweite Anode 12 beabstandet von der Kathode 21 auf der leitfähigen Schicht 27 angeordnet ist. Darüber hinaus ist ein Separator 31 auf der zweiten Anode 12 und ein weiterer Separator 31 auf der Kathode 21 aufgedruckt. Beide Separatoren 31 weisen in diesem Ausführungsbeispiel eine Punktstruktur auf. 9 shows a further embodiment of the arrangement 1 for a battery in a plan view, which, in contrast to the previous embodiments, a second anode 12 and a second cathode 22 includes. The cathode 21 and the second anode 12 are spaced from the anode 11 and the second cathode 22 on a conductive layer 27 are arranged. In addition, the arrangement indicates 1 a first current conductor 15 and a second current collector 25 on, being the first current conductor 15 with the anode 11 and the second current conductor 25 with the second cathode 22 electrically connected. The current collector 15 and 25 and the conductive layer 27 are for example on the surface 5 the substrate layer 3 imprinted over the entire surface and allow easy connection to the power supply of suitable products. In this embodiment, the two current conductors 15 and 25 in each case a strip-shaped electrode tab and a planar element. On the planar element of the first current conductor 15 is the anode 11 and on the planar element of the second current collector 25 is the second cathode 22 printed. On the conductive layer 27 are the second anode 12 and the cathode 21 imprinted, the second anode 12 spaced from the cathode 21 on the conductive layer 27 is arranged. In addition, a separator 31 on the second anode 12 and another separator 31 on the cathode 21 printed. Both separators 31 have a dot structure in this embodiment.

Die Anode 11 und die Kathode 21 sowie der erste Stromableiter 15 bilden zusammen mit einem Teil der leitfähigen Schicht 27 eine erste Teilzelle 18. Die zweite Anode 12 und die zweite Kathode 22 sowie der zweite Stromableiter 25 bilden zusammen mit einem Teil der leitfähigen Schicht 27 eine zweite Teilzelle 28. Die erste Teilzelle 18 und die zweite Teilzelle 28 sind bis auf die leitfähige Schicht 27 beabstandet voneinander auf der Substratschicht 3 angeordnet. die Substratschicht 3 weist im Wesentlichen symmetrisch mittig zwischen der Anode 11 und der Kathode 21 sowie zwischen der zweiten Kathode 22 und der zweiten Anode 12 die Perforation 7 auf, die ein Falzen der ersten Teilzelle 18 und der zweiten Teilzelle 28 ermöglicht. In einem gefalzten und aktivierten Zustand der Anordnung 1 oder einer zugehörigen Batterie sind somit die Anode 11 und die Kathode 21 sowie die zweite Kathode 22 und die zweite Anode 12 übereinander angeordnet. Außerdem weist die Anordnung 1 beabstandet von den beiden Teilzellen 18, 28 eine Klebeschicht 41 auf, die dazu ausgebildet ist, in einem gefalzten Zustand die aktivierte Batterie zu versiegeln. Die beiden Teilzellen 18, 28 sind aufeinander abgestimmt ausgebildet und angeordnet und realisieren zusammen eine Doppelzelle aus zwei Einzelzellen, die jeweils ein Batterieelement bilden. In weiteren Ausführungsbeispielen der Anordnung 1 kann die Klebeschicht 41 weggelassen werden oder die Klebeschicht 41 umgibt die beiden Teilzellen 18 und 28 vollständig.The anode 11 and the cathode 21 as well as the first current conductor 15 form together with a part of the conductive layer 27 a first subcell 18 , The second anode 12 and the second cathode 22 as well as the second current conductor 25 form together with a part of the conductive layer 27 a second subcell 28 , The first subcell 18 and the second subcell 28 are down to the conductive layer 27 spaced apart on the substrate layer 3 arranged. the substrate layer 3 has substantially symmetrical center between the anode 11 and the cathode 21 and between the second cathode 22 and the second anode 12 the perforation 7 on, which is a folding of the first subcell 18 and the second subcell 28 allows. In a folded and activated state of the arrangement 1 or an associated battery are thus the anode 11 and the cathode 21 as well as the second cathode 22 and the second anode 12 arranged one above the other. In addition, the arrangement 1 spaced from the two sub-cells 18 . 28 an adhesive layer 41 which is adapted to seal the activated battery in a folded state. The two subcells 18 . 28 are designed and arranged coordinated with each other and realize together a double cell of two single cells, each forming a battery element. In further embodiments of the arrangement 1 can the adhesive layer 41 be omitted or the adhesive layer 41 surrounds the two subcells 18 and 28 Completely.

Auf diese Weise wird eine Serien- oder Reihenschaltung der Anoden 11, 12 und Kathoden 21, 22 realisiert, welche unter anderem eine höhere Spannungsversorgung mittels der Anordnung 1 oder der Batterie ermöglicht gegenüber einer Spannungsversorgung mittels eines einzelnen Batterieelements oder einer einzelnen Teilzelle. Somit ist es auf einfache Weise möglich, eine vollständig druckbare Serienschaltung von Batterieelementen oder Teilzellen zu realisieren, welche eine entsprechend höhere Spannungsversorgung für anzuschließende Produkte ermöglicht. Gegebenenfalls sind in diesem Zusammenhang mehrere Perforationen 7 der Substratschicht 3 vorhanden, die ein Falzen und Aktivieren einer solchen Serienschaltung ermöglichen.In this way, a series or series connection of the anodes 11 . 12 and cathodes 21 . 22 realized which among other things a higher voltage supply by means of the arrangement 1 or the battery allows against a voltage supply by means of a single battery element or a single subcell. Thus, it is possible in a simple manner, a fully printable series circuit of battery elements or To realize partial cells, which allows a correspondingly higher voltage supply for products to be connected. Optionally, there are several perforations in this context 7 the substrate layer 3 present, which allow folding and activating such a series connection.

In Bezug auf das dargestellte Ausführungsbeispiel ist der erste Stromableiter 15 zum Beispiel ein Minuspol und der zweite Stromableiter 25 somit ein Pluspol. In einem gefalzten und aktivierten Zustand der Anordnung 1, in dem die Doppelzelle auch einen Elektrolyten 51 umfasst, fließt der Strom, zum Beispiel im Sinne der technischen Stromrichtung, vom ersten Stromableiter 15 und der Anode 11 zu der Kathode 21, entlang der leitfähigen Schicht 27 zu der zweiten Anode 12 und darauf zu der zweiten Kathode 22 und dem zweiten Stromableiter 25.With respect to the illustrated embodiment, the first current collector 15 for example, a negative pole and the second current conductor 25 thus a positive pole. In a folded and activated state of the arrangement 1 in which the double cell also contains an electrolyte 51 the current flows, for example in the sense of the technical current direction, from the first current collector 15 and the anode 11 to the cathode 21 , along the conductive layer 27 to the second anode 12 and then to the second cathode 22 and the second current collector 25 ,

Ein beispielhafter Aufbau der Anordnung 1 für eine Doppelzelle kann wie folgt ausgebildet sein: Die Substratschicht 3 ist zum Beispiel eine PET-Folie oder ein anderer polymerer Träger, auf die zunächst eine Schicht Silber, dann Kohlenstoff, dann Zink (Zn) und Mangandioxid (MnO₂), dann ein Elektrolyt 51 und zuletzt die Separatoren 31 jeweils in Punktstruktur aufgedruckt werden. Der Elektrolyt 51 ist zum Beispiel ein feuchtes Zinkchlorid-(ZnCl₂)-Elektrolytgel, das unter anderem Celluloseether, auch Tylose genannt, umfasst. Die Silberschicht realisiert in diesem Zusammenhang die leitfähige Schicht 27, Zn bildet die zweite Anode 12 und MnO₂ die Kathode 21. Die Substratschicht 3 kann alternativ auch als Papierschicht ausgebildet sein oder Papier und/oder beschichtetes Papier aufweisen.An exemplary structure of the arrangement 1 for a double cell may be formed as follows: The substrate layer 3 is, for example, a PET film or other polymeric support to which first a layer of silver, then carbon, then zinc (Zn) and manganese dioxide (MnO ₂ ), then an electrolyte 51 and finally the separators 31 each printed in dot structure. The electrolyte 51 is, for example, a wet zinc chloride (ZnCl ₂ ) electrolyte gel comprising, inter alia, cellulose ethers, also called tylosis. The silver layer realizes the conductive layer in this context 27 , Zn forms the second anode 12 and MnO ₂ the cathode 21 , The substrate layer 3 Alternatively, it may be formed as a paper layer or comprise paper and / or coated paper.

Der Kohlenstoff dient beispielsweise zusammen mit dem Silber als Stromableiter. Alternativ oder zusätzlich wird der Kohlenstoff als Sperrschicht zwischen Silber und Zink/ Mangandioxid benutzt, damit es nicht zu unerwünschten Reaktionen kommt. Kohlenstoff ist dann zum Beispiel vollflächig unter der Kathode 21 und der zweiten Anode 12 angeordnet.The carbon is used, for example, together with the silver as a current conductor. Alternatively or additionally, the carbon is used as a barrier between silver and zinc / manganese dioxide, so that it does not lead to undesirable reactions. Carbon is then, for example, all over under the cathode 21 and the second anode 12 arranged.

Auf der leitfähigen Schicht 27 zwischen der Kathode 21 und der zweiten Anode 12 ist zum Beispiel Klebstoff oder Separatormaterial angeordnet, um die Kathode 21 und die zweite Anode 12 voneinander zu trennen und einen Kurzschluss über den Elektrolyten 51 zu vermeiden. Alternativ ist Klebstoff oder Separatormaterial als eine Art Rahmen um die Kathode 21 und/oder die zweite Anode 12 angeordnet.On the conductive layer 27 between the cathode 21 and the second anode 12 For example, adhesive or separator material is disposed about the cathode 21 and the second anode 12 to disconnect from each other and a short circuit on the electrolyte 51 to avoid. Alternatively, adhesive or separator material is a kind of frame around the cathode 21 and / or the second anode 12 arranged.

Beabstandet zu diesem Teil der Doppelzelle wird, zum Beispiel symmetrisch auf der gegenüberliegenden Seite der Perforation 7 in Bezug auf die dargestellte Aufsicht, zunächst eine Schicht Silber mit zwei Elektrodenfahnen auf die Oberfläche 5 der Substratschicht 3 aufgedruckt, um so den ersten Stromableiter 15 und den zweiten Stromableiter 25 auszubilden. Dann wird Kohlenstoff und zuletzt Zn und MnO₂ auf die Silberschicht beziehungsweise den ersten Stromableiter 15 und den zweiten Stromableiter 25 aufgedruckt und dadurch die Anode 11 und die zweite Kathode 22 ausgebildet.Distanced to this part of the double cell is, for example symmetrically on the opposite side of the perforation 7 with regard to the illustrated plan, first a layer of silver with two electrode lugs on the surface 5 the substrate layer 3 imprinted so as to be the first current collector 15 and the second current collector 25 train. Then carbon and finally Zn and MnO ₂ on the silver layer and the first current collector 15 and the second current collector 25 imprinted and thereby the anode 11 and the second cathode 22 educated.

In diesem Zusammenhang wird darauf hingewiesen, dass mit dem Aufdrucken von Zn, MnO₂, Kohlenstoff und/oder Silber ein Aufdrucken verdruckbarer Tinten oder Pasten gemeint ist, die Zn, MnO₂, Kohlenstoff und/oder Silber enthalten. In this regard, it is to be understood that the printing of Zn, MnO ₂ , carbon and / or silver refers to printing of printable inks or pastes containing Zn, MnO ₂ , carbon and / or silver.

Auf diese Weise wird ein Batterieelement hergestellt oder eine Anordnung 1 für eine Zn/MnO₂-Batterie realisiert, die mittels Falzen entlang der Perforation 7 in einen aktivierten betriebsbereiten Zustand gebracht werden kann. In this way, a battery element is manufactured or an arrangement 1 realized for a Zn / MnO ₂ battery by means of folding along the perforation 7 can be brought into an activated ready state.

10 zeigt ein Ausführungsbeispiel eines Ablaufdiagramms für ein Verfahren zum Herstellen eines druckbaren Batterieelements. 10 shows an embodiment of a flowchart for a method for producing a printable battery element.

In einem ersten Schritt S1 werden die Substratschicht 3 mit Perforation 7 und mehrere druckfähige Substanzen bereitgestellt. In a first step S1, the substrate layer 3 with perforation 7 and several printable substances provided.

In einem weiteren Schritt S3 wird eine elektrisch leitfähige Substanz auf die Oberfläche 5 der Substratschicht 3 aufgedruckt und es werden der erste Stromableiter 15 und der zweite Stromableiter 25 ausgebildet. Auf diese Weise wird beim Herstellen des Batterieelements ein einfacher und kostengünstiger elektrischer Anschluss für zu energieversorgende Produkte ermöglicht.In a further step S3, an electrically conductive substance is applied to the surface 5 the substrate layer 3 imprinted and it will be the first current conductor 15 and the second current conductor 25 educated. In this way, a simple and cost-effective electrical connection for products to be supplied with energy is made possible during the manufacture of the battery element.

In einem Schritt S5 wird eine erste Substanz auf den ersten Stromableiter 15 und eine zweite Substanz auf den zweiten Stromableiter 25 gedruckt und dadurch die Anode 11 und die Kathode 21 ausgebildet. Die Anode 11 ist dann zum Beispiel mit dem ersten Stromableiter 15 und die Kathode 21 mit dem zweiten Stromableiter 25 gekoppelt.In a step S5, a first substance is applied to the first current collector 15 and a second substance on the second current collector 25 printed and thereby the anode 11 and the cathode 21 educated. The anode 11 is then, for example, with the first current conductor 15 and the cathode 21 with the second current conductor 25 coupled.

In einem nachfolgenden Schritt S7 wird eine dritte Substanz, die eine elektrisch isolierende Eigenschaft aufweist, auf die Oberfläche 13 der Anode 11 und/oder die Oberfläche 23 der Kathode 21 gedruckt und dadurch mindestens ein Separator 31 ausgebildet. Das Verfahren umfasst beispielsweise ein Aufdrucken der dritten Substanz und Ausbilden des mindestens einen Separators 31 in Form einer Lackschicht, die eine Gitterstruktur und/oder Wabenstruktur und/oder Punktstruktur und/oder Schraffur aufweist. In Bezug auf eine Richtung im Wesentlichen senkrecht zu der Oberfläche 13 der Anode 11 und/oder der Oberfläche 23 der Kathode 21 weist der ausgebildete Separator 31 zum Beispiel eine Dicke größer als 100 Mikrometer auf.In a subsequent step S7, a third substance having an electrically insulating property is applied to the surface 13 the anode 11 and / or the surface 23 the cathode 21 printed and thereby at least one separator 31 educated. The method includes, for example, printing the third substance and forming the at least one separator 31 in the form of a lacquer layer, which has a lattice structure and / or honeycomb structure and / or point structure and / or hatching. With respect to a direction substantially perpendicular to the surface 13 the anode 11 and / or the surface 23 the cathode 21 has the trained separator 31 for example, a thickness greater than 100 microns.

Das Verfahren kann aber auch ein vollflächiges Aufdrucken der dritten Substanz und Ausbilden mindestens eines Separators 31 auf der Oberfläche 13 der Anode 11 und/oder der Oberfläche 23 der Kathode 21 umfassen. In diesem Zusammenhang weist die dritte Substanz zum Beispiel eine superabsorbierende Polymersubstanz auf. Dadurch wird ein Separator 31 ausgebildet, der eine Art zerklüftete Struktur aufweist, die derart ausgebildet ist, dass selbst bei einer vollflächigen Bedeckung der Oberfläche 13 der Anode 11 und/oder der Oberfläche 23 Kathode 21 genügend Räume für einen Elektrolyten 51 ist, welcher den zur Spannungsversorgung notwendigen Ionenstrom ermöglicht. However, the method can also be a full-surface printing of the third substance and forming at least one separator 31 on the surface 13 the anode 11 and / or the surface 23 the cathode 21 include. In this connection, the third substance has, for example, a superabsorbent polymer substance. This will be a separator 31 formed, which has a kind of rugged structure, which is designed such that even with a full-surface coverage of the surface 13 the anode 11 and / or the surface 23 cathode 21 enough rooms for an electrolyte 51 is, which allows the necessary for power supply ion current.

In einem weiteren Schritt S9 wird zum Beispiel eine vierte Substanz auf die Oberfläche 5 der Substratschicht 3 gedruckt, die eine adhäsive Eigenschaft aufweist. Durch Aufdrucken der vierten Substanz wird die Klebeschicht 41 ausgebildet, die die Anode 11 und/oder die Kathode 21 ganz oder nur teilweise umgibt.In a further step S9, for example, a fourth substance is applied to the surface 5 the substrate layer 3 printed, which has an adhesive property. By printing the fourth substance is the adhesive layer 41 formed the anode 11 and / or the cathode 21 completely or partially surrounds.

Mittels der Klebeschicht 41 wird ein einfaches Versiegeln des hergestellten Batterieelements oder der zu einem späteren Zeitpunkt aktivierten Batterie ermöglicht. Die aufgedruckte Klebeschicht 41 kann beispielsweise beabstandet zu der Anode 11 und/oder der Kathode 21 ausgebildet sein oder kann teilweise oder vollständig direkt an diesen angrenzen. Für eine spätere Anwendung der Klebeschicht 41 wird diese zum Beispiel mit Silikonpapier bedeckt.By means of the adhesive layer 41 a simple sealing of the manufactured battery element or the later activated battery is made possible. The printed adhesive layer 41 For example, it may be spaced from the anode 11 and / or the cathode 21 be formed or may be partially or completely directly adjacent to this. For a later application of the adhesive layer 41 this is covered with silicone paper, for example.

In einem weiteren Schritt S11 wird zum Beispiel eine fünfte Substanz, die elektrische Leitfähigkeit aufweist, auf die Oberfläche 13 der Anode 11 und/oder die Oberfläche 23 der Kathode 21 aufgedruckt und so der Elektrolyt 51 ausgebildet. Die fünfte Substanz und der daraus ausgebildete Elektrolyt 51 kann flüssig oder gelartig sein und ermöglicht dadurch eine gute Benetzung der Oberfläche 13 der Anode 11 und/oder der Oberfläche 23 der Kathode, die sich vorteilhaft auf den Ionenstrom in einem Betrieb des aktivierten Batterieelements auswirken kann.In a further step S11, for example, a fifth substance, which has electrical conductivity, is applied to the surface 13 the anode 11 and / or the surface 23 the cathode 21 imprinted and so the electrolyte 51 educated. The fifth substance and the electrolyte formed therefrom 51 can be liquid or gel-like and thus enables a good wetting of the surface 13 the anode 11 and / or the surface 23 the cathode, which can advantageously affect the ion current in an operation of the activated battery element.

Alternativ kann der Elektrolyt 51 auch in einem Druckvorgang zusammen mit dem Separator 31 aufgedruckt werden, sodass die dritte Substanz zum Beispiel eine superabsorbierende Polymersubstanz und die fünfte Substanz umfasst. Die dadurch ausgebildete Schicht weist dann elektrisch isolierende und elektrisch leitfähige Abschnitte auf, wobei die elektrisch isolierenden Abschnitte in einem aktivierten Zustand der Batterie einen gegebenen Abstand 35 zwischen Anode 11 und Kathode 21 realisieren und die elektrisch leitfähigen Abschnitte den Ionenstrom leiten, um eine Spannungsversorgung für angeschlossene Produkte bereitzustellen.Alternatively, the electrolyte 51 also in one printing process together with the separator 31 are printed such that the third substance comprises, for example, a superabsorbent polymer substance and the fifth substance. The layer formed thereby then has electrically insulating and electrically conductive portions, wherein the electrically insulating portions in an activated state of the battery by a given distance 35 between anode 11 and cathode 21 and the electrically conductive sections conduct the ion current to provide power to connected products.

Mittels des beschriebenen Verfahrens wird abgesehen von der Substratschicht 3 ein vollständig druckbares Batterieelement ermöglicht, das zum Beispiel zwei Stromableiter 15 und 25, eine Anode 11, eine Kathode 21, mindestens einen Separator 31, einen Elektrolyten 51 und eine Klebeschicht 41 umfasst. By means of the described method is apart from the substrate layer 3 a fully printable battery element allows, for example, two current conductors 15 and 25 , an anode 11 , a cathode 21 , at least one separator 31 , an electrolyte 51 and an adhesive layer 41 includes.

Somit wird auf einfache Weise ein kostengünstiges Herstellen eines Batterieelements ermöglicht, das zum Beispiel mittels eines einzigen Druckvorgangs gefertigt werden kann. Das Verfahren umfasst zum Beispiel ein Aufdrucken mittels eines Siebdruckverfahrens oder eines Inkjetsystems. Ein Siebdruckverfahren ermöglicht zum Beispiel unter Verwendung eines maschenartigen Siebs ein einfaches Auftragen des Separators 31 auf die Oberfläche 13 der Anode 11 und/oder die Oberfläche 23 der Kathode 21 unter anderem in den beschriebenen geometrischen Formen der Ausführungsbeispiele aus 1 bis 8. Abgesehen von dem Separator 31 können die anderen Schichten auch mittels anderer Druckverfahren, wie Tiefdruck oder Flexodruck, aufgedruckt werden.Thus, a cost-effective production of a battery element is made possible in a simple manner, which can be manufactured for example by means of a single printing operation. The method includes, for example, printing by means of a screen printing method or an inkjet system. For example, a screen printing method allows easy application of the separator using a mesh-like screen 31 on the surface 13 the anode 11 and / or the surface 23 the cathode 21 inter alia in the described geometric shapes of the embodiments 1 to 8th , Apart from the separator 31 The other layers can also be printed by other printing methods, such as gravure printing or flexographic printing.

Claims

Method for producing a battery element, comprising - providing a substrate layer ( 3 ) with a surface ( 5 ), a first substance, a second substance and a third substance, which has an electrically insulating property, - printing the first substance on the surface ( 5 ) of the substrate layer ( 3 ) and thereby forming an anode ( 11 ) with a surface ( 13 ), the substrate layer ( 3 ), - printing the second substance on the surface ( 5 ) of the substrate layer ( 3 ) and thereby forming a cathode ( 21 ) with a surface ( 23 ), the substrate layer ( 3 ) is remote, wherein the cathode ( 21 ) on the surface ( 5 ) of the substrate layer ( 3 ) spaced from the anode ( 11 ), and - printing the third substance on the surface ( 13 ) of the anode ( 11 ) and / or the surface ( 23 ) the cathode ( 21 ) and thereby forming at least one separator ( 31 ) with a surface ( 33 ) facing the surface ( 13 ) of the anode ( 11 ) or the surface ( 23 ) the cathode ( 21 ) is sublime.

The method of claim 1, comprising printing the third substance and forming the separator ( 31 ) in the form of a grid structure and / or honeycomb structure and / or dot structure and / or hatching.

The method of claim 1, wherein printing the third substance and forming the separator ( 31 ), the surface ( 13 ) of the anode ( 11 ) and / or the surface ( 23 ) the cathode ( 21 ) is covered over the entire surface.

The method of any one of claims 1 to 3, wherein the third substance comprises a superabsorbent polymeric substance.

A method according to claim 3 or 4, wherein the third substance comprises an electrolyte ( 51 ).

Method according to one of claims 1 to 5, comprising printing on a first current conductor ( 15 ) and a second current conductor ( 25 ) on the surface ( 5 ) of the substrate layer ( 3 ), the first current conductor ( 15 ) with the anode ( 11 ) and the second current collector ( 25 ) with the cathode ( 21 ) is electrically connected.

Method according to one of claims 1 to 6, comprising - providing a fourth substance which has an adhesive property, - printing the fourth substance on the surface ( 5 ) of the substrate layer ( 3 ) and thereby forming an adhesive layer ( 41 ), which is the anode ( 11 ) and / or the cathode ( 21 ) surrounds.

Method according to one of claims 1 to 7, comprising - providing a fifth substance having electrical conductivity, - printing the fifth substance on the surface ( 13 ) of the anode ( 11 ) and / or the surface ( 23 ) the cathode ( 21 ) and thereby forming an electrolyte ( 51 ).

The method of any one of claims 1 to 8, wherein the printing of the third substance comprises a screen printing process.

The method of any one of claims 1 to 9, wherein the printing of the third substance comprises a stencil printing process.

Method according to one of claims 1 to 10, comprising printing the third substance by means of an inkjet system.

Arrangement ( 1 ) for a battery, comprising - a substrate layer ( 3 ) with a surface ( 5 ), - an anode ( 11 ), which are on the surface ( 5 ) of the substrate layer ( 3 ) and the one surface ( 13 ), the substrate layer ( 3 ), - a cathode ( 21 ), which are on the surface ( 5 ) of the substrate layer ( 3 ) and the one surface ( 23 ), the substrate layer ( 3 ) is remote, wherein the cathode ( 21 ) on the surface ( 5 ) of the substrate layer ( 3 ) spaced from the anode ( 11 ), - at least one separator ( 31 ) on the surface ( 13 ) of the anode ( 11 ) and / or the surface ( 23 ) the cathode ( 21 ) and which has an electrically insulating property and which has a surface ( 33 ), which are opposite the surface ( 13 ) of the anode ( 11 ) or the surface ( 23 ) the cathode ( 21 ), and wherein - the anode ( 11 ), the cathode ( 21 ) and the separator ( 31 ) each on the substrate layer ( 3 ) are printed.

Arrangement ( 1 ) according to claim 12, wherein the separator ( 31 ) has a grid structure and / or a dot structure and / or a honeycomb structure and / or hatching.

Arrangement ( 1 ) according to claim 12 or 13, wherein the separator ( 31 ) the surface ( 13 ) of the anode ( 11 ) and / or the surface ( 23 ) the cathode ( 21 ) completely covered.

Arrangement ( 1 ) according to one of claims 12 to 14, in which the separator ( 31 ) comprises a superabsorbent polymeric substance.

Arrangement ( 1 ) according to one of claims 12 to 15, comprising a first current collector ( 15 ) and a second current collector ( 25 ) on the surface ( 5 ) of the substrate layer ( 3 ), wherein the first current conductor ( 15 ) with the anode ( 11 ) and the second current collector ( 25 ) with the cathode ( 21 ) is coupled.

Arrangement ( 1 ) according to one of claims 12 to 16, comprising an adhesive layer ( 41 ), which are on the substrate layer ( 3 ) and which the anode ( 11 ) and / or the cathode ( 21 ) surrounds.

Arrangement ( 1 ) according to one of claims 12 to 17, comprising an electrolyte ( 51 ) on the surface ( 13 ) of the anode ( 11 ) and / or the surface ( 23 ) the cathode ( 21 ) is printed.

Arrangement ( 1 ) according to one of claims 12 to 18, in which the substrate layer ( 3 ) between the anode ( 11 ) and the cathode ( 21 ) a perforation ( 7 ) having.

A method of activating a battery using a device according to any one of claims 12 to 19, comprising folding the substrate layer ( 3 ) between the anode ( 11 ) and the cathode ( 21 ) and thereby arranging the at least one separator ( 31 ) between the anode ( 11 ) and the cathode ( 21 ).