專利名稱：用于切割片狀或板狀物體的方法和系統(tǒng)的制作方法
用于切割片狀或板狀物體的方法和系統(tǒng)描述此處將優(yōu)先申請DE102010053341.6和DE10201115118.8的全部內(nèi)容通過引用的
方式全部納入本文。本發(fā)明涉及用于切割片狀或板狀的物體的方法和系統(tǒng)，特別是切割用于構(gòu)造電化學(xué)能量儲存器的電極和/或分隔物或者此類電極或分隔物的一部分的方法和系統(tǒng)。已知電池(初級儲存器)和蓄電池(二級儲存器)被用作電化學(xué)能量儲存器，通過在其中施加充電電流，電能在電解質(zhì)中的或在電解質(zhì)之間的陰極和陽極之間的電化學(xué)充電反應(yīng)中被轉(zhuǎn)換為化學(xué)能并因此被儲存，并通過在其中連接電負(fù)載，化學(xué)能在電化學(xué)放電反應(yīng)中被轉(zhuǎn)化為電能。其中，二級儲存器容許多次(從幾百次到超過10000個周期)充電和放電，而初級儲存器通常僅充電一次并在放電之后被處理掉。應(yīng)注意的是，特別是在交通工具領(lǐng)域，蓄電池也被稱為電池。需要有非常大量的電極和分隔物，所以對高品質(zhì)的、高效的和廉價的制造工藝有需求。在制造電極和分隔物的過程中要注意的是，為了電極堆或單元的組裝，這些組件被切割成相應(yīng)的尺寸。對于連續(xù)的生產(chǎn)線，電極和分隔物是由電極帶或分隔物帶切割而成的。因此，本發(fā)明的任務(wù)是，創(chuàng)造用于切割片狀或板狀的物體的、被改進的方法和被改進的系統(tǒng)。該目的是通過根據(jù)權(quán)利要求1的用于切割片狀或板狀物體的方法，以及根據(jù)權(quán)利要求18的用于切割片狀或板狀物體的系統(tǒng)，以及根據(jù)權(quán)利要求23的電池被實現(xiàn)。有利的設(shè)計方案和改進方案是從屬權(quán)利要求的主題。

根據(jù)第一個方面，本 發(fā)明涉及一種切割方法。通過切割片狀或板狀物體的方法，特別是切割用于構(gòu)造電化學(xué)能量儲存器的電極和/或分隔物或者此類電極或分隔物的一部分的方法，這些目的將被實現(xiàn)，所述切割方法具有:將要切割的物體引導(dǎo)到激光切割設(shè)備，通過激光切割設(shè)備切割物體，以及在切割邊緣執(zhí)行處理過程以減少微短路。這些設(shè)計具有的優(yōu)點是，可以快速執(zhí)行切割過程，以及切割邊緣具有為了進一步使用所需的質(zhì)量，因為通過處理過程，可避免或充分減少在切割邊緣處的微短路?！半娀瘜W(xué)能量儲存器”被理解為是指上述任何類型的能量儲存器，從其可以提取電能，其中，在能量儲存器的內(nèi)部發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)。該術(shù)語包括所有類型的能量儲存器，特別是初級電池和二級電池。電化學(xué)能量儲存器具有至少一個電化學(xué)單元，優(yōu)選為具有多個電化學(xué)單元。為了存儲更大量的電荷，多個電化學(xué)單元可以并聯(lián)連接，或為了實現(xiàn)所需的操作電壓可以串聯(lián)連接，或構(gòu)造為并聯(lián)和串聯(lián)連接的組合?！半娀瘜W(xué)單元”因此被理解成以用于輸出電能為目的的設(shè)備，其中能量以化學(xué)形式被存儲。在可充電的二級電池的情況下，單元也被構(gòu)造為吸收電能，將其轉(zhuǎn)換成化學(xué)能并儲存。電化學(xué)單元的形態(tài)(即特別是尺寸和幾何形狀)能夠取決于可用空間而被選擇。優(yōu)選的是，電化學(xué)單元基本上被構(gòu)造為棱柱型或圓柱形。本發(fā)明特別地可按有利的方式使用電化學(xué)單元，其被描述為袋狀電池(Pouchzellen)或咖啡袋電池(Coffeebagzellen),而本發(fā)明的電化學(xué)單元不應(yīng)該被限制在這些應(yīng)用上。
這樣的電化學(xué)單元通常具有電極堆，其至少部分地由殼體包圍。此處“電極堆”應(yīng)被理解為是指在至少兩個電極和在其之間設(shè)置的電解質(zhì)。電解質(zhì)可部分地由分隔物所容納，其中分隔物分隔電極。優(yōu)選的是，電極堆具有多層的電極和分隔物，其中相同極性的電極每個都優(yōu)選地彼此電連接，特別是并聯(lián)連接。電極被構(gòu)造為例如是板狀的或箔狀的，并且被優(yōu)選地設(shè)置為基本上彼此平行(棱柱型能量存儲單元)。電極堆也可是卷繞的，并具有基本上為圓柱形的形狀(圓柱型能量存儲單元)。術(shù)語“電極堆”還應(yīng)該包括這種電極卷。電極堆可以具有鋰或者同樣離子形式的其它堿金屬。“片狀或板狀的物體”應(yīng)在被發(fā)明的框架下被理解為實質(zhì)上是扁平的物體，優(yōu)選為是薄的扁平的物體。其中，扁平的物體是其在垂直于其表面的方向上(還稱為厚度方向上)的尺寸顯著地小于完全位于其表面上的最大延伸的尺寸的物體。優(yōu)選地，在該方法中，在切割邊緣處執(zhí)行處理過程以減少微短路的步驟包括切割邊緣的構(gòu)造。優(yōu)選的是，在構(gòu)造切割邊緣的步驟的實施例中，通過激光構(gòu)造設(shè)備(Laserstrukturierungsvorrichtung)來執(zhí)行。這種設(shè)計方案的優(yōu)點是，通過這種類型的構(gòu)造，可以特別迅速且有效地避免微短路。在優(yōu)選的實施例中，在通過激光切割設(shè)備切割物體的步驟之后執(zhí)行通過激光構(gòu)造設(shè)備構(gòu)造切割邊緣的步驟。在另外一個優(yōu)選的實施例中，通過激光構(gòu)造設(shè)備構(gòu)造切割邊緣的步驟也可以在通過激光切割設(shè)備切割物體的步驟之前被執(zhí)行。在這些實施例中，對于構(gòu)造切割邊緣的步驟，激光切割設(shè)備被優(yōu)選地用作激光構(gòu)造設(shè)備。根據(jù)其他優(yōu) 選的實施例，通過激光構(gòu)造設(shè)備構(gòu)造切割邊緣的步驟和通過激光切割設(shè)備切割物體的步驟將實質(zhì)上被同時執(zhí)行。根據(jù)其他優(yōu)選的實施例，在切割邊緣處執(zhí)行處理過程以減少微短路的步驟包括在切割邊緣處涂覆輔助材料。這種設(shè)計方案的優(yōu)點是，可以輔助通過激光束的切割。優(yōu)選地，在該方法中，在切割邊緣處涂覆輔助材料的步驟和通過激光切割設(shè)備切割物體的步驟實質(zhì)上被同時執(zhí)行。特別優(yōu)選的是，輔助材料包括相對于由激光切割設(shè)備所應(yīng)用的波長具有被提高的吸收系數(shù)的成分。優(yōu)選地，在該方法中，通過激光切割設(shè)備切割的步驟被執(zhí)行，使得在切割邊緣處實現(xiàn)熱塑性合成纖維的至少一部分的熔合。優(yōu)選地，在該方法中，熱塑性合成纖維包括熱塑性聚酯，特別是聚對苯二甲酸乙二酉旨(Polythylenterephthalat)。優(yōu)選地，在該方法中，由激光切割設(shè)備切割物體的步驟至少部分地通過脈沖激光來執(zhí)行，所述脈沖激光具有下列特征中的至少一個:其最大波長在從400nm到1300nm的波長范圍內(nèi)，最大波長優(yōu)選為1070nm ;脈沖寬度在從5ps到200ns的脈沖寬度范圍內(nèi)，優(yōu)選的脈沖寬度是30ns ;頻率在從40kHz到5000kHz的頻率范圍內(nèi)，優(yōu)選為從250kHz到1000kHz，且優(yōu)選頻率為500kHz ;重疊超過50%，優(yōu)選地重疊超過90% ;光束質(zhì)量< 2M2 ;在IkW到20kff功率范圍內(nèi)的功率，功率優(yōu)選為5kW ;和/或，激光焦斑尺寸小于1000 μ m,激光焦斑尺寸優(yōu)選為小于300 μ m。優(yōu)選地，在該方法中，通過激光切割設(shè)備切割物體的步驟是以在從0.0lm/s到20m/s的速度范圍內(nèi)的，優(yōu)選為在從0.05m/s到6.0m/s的速度范圍內(nèi)的，以及特別優(yōu)選為在從0.5m/s到4.0m/s的速度范圍內(nèi)的切割速度執(zhí)行。
優(yōu)選地，在該方法中，在切割物體的步驟中，物體的切割邊緣位于被開槽的支架的槽處。根據(jù)第二方面，本發(fā)明涉及切割系統(tǒng)。在用于切割片狀或板狀物體的系統(tǒng)上，特別是在用于切割用于構(gòu)造電化學(xué)能量儲存器的電極和/或分隔物或者這種電極或分隔物的一部分的系統(tǒng)上，該目的被解決為，切割系統(tǒng)具有被設(shè)計為用于將要切割的物體引導(dǎo)到激光切割設(shè)備處的運輸設(shè)備、被設(shè)計為用于切割物體的激光切割設(shè)備、以及被設(shè)計用于在切割邊緣處執(zhí)行處理過程以減少微短路的處理設(shè)備。優(yōu)選地，處理設(shè)備具有激光構(gòu)造設(shè)備，其被設(shè)計為用于構(gòu)造切割邊緣?？蛇x地和/或額外地，處理設(shè)備可具有材料涂覆設(shè)備，其被設(shè)計為用于將輔助材料涂覆到切割邊緣處。優(yōu)選地，在切割系統(tǒng)中，激光切割設(shè)備被設(shè)計為用于以如下方式切割物體，即在切割邊緣處實現(xiàn)熱塑性合成纖維的至少一部分的熔合。優(yōu)選地，在切割系統(tǒng)中，切割設(shè)備具有鐿纖維激光器。關(guān)于該切割系統(tǒng)的優(yōu)點和所使用的術(shù)語，以相應(yīng)的方式適用于上面關(guān)于根據(jù)本發(fā)明的切割方法所實現(xiàn)的實施方案 。本發(fā)明還涉及用于具有電極或分隔物的電化學(xué)能量儲存器的電單元，該電極或分隔物根據(jù)上述的切割方法被切割和/或借助于上述的切割系統(tǒng)被制造。本發(fā)明的其他的優(yōu)點、特征和應(yīng)用可能性將根據(jù)附圖，由下面的描述所給出。其示出了:

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的切割系統(tǒng)的示意性視圖，以及圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的切割方法的流程圖。接下來，本發(fā)明將關(guān)于電化學(xué)能量儲存器的分隔物和電極的切割的示例來描述。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的切割系統(tǒng)10的示意性視圖。切割系統(tǒng)10具有運輸設(shè)備5，其被設(shè)計用于將要切割的分隔物帶I或要切割的電極帶I引導(dǎo)到激光切割設(shè)備I處。激光切割設(shè)備2通過激光束2a切割在切割邊緣3處的分隔物帶I或電極帶。在圖1中示出了，切割過程可通過材料涂覆設(shè)備6在切割邊緣3處的材料束6a來輔助。此夕卜，在圖1中示出了激光構(gòu)造設(shè)備4，其可以通過激光構(gòu)造束4a在切割邊緣3處構(gòu)造分隔物帶I或電極帶。在切割過程后，從分隔物帶I切割出的分隔物I’或從電極帶切割出的電極通過運輸設(shè)備7從切割系統(tǒng)10被運出。圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的切割方法的流程圖。要切割的分隔物帶I將在步驟SI中被引導(dǎo)到激光切割設(shè)備處。在步驟S2中，分隔物I’將從分隔物帶I切割出來，其中在步驟S3中，在切割邊緣3處執(zhí)行處理過程，以減少微短路。根據(jù)圖2中所示的實施例，將在步驟S2之后實施步驟S3。根據(jù)在圖2中未示出的另一個實施例，還可能的是，步驟S2和S3同時被執(zhí)行。根據(jù)在圖2中未示出的其他的另一個實施例，還可能的是，在步驟S2之前執(zhí)行步驟S3。在圖2中示出了，在切割邊緣3處執(zhí)行處理過程的步驟S2可以包括:構(gòu)造切割邊緣3，和/或?qū)⑤o助材料涂覆到切割邊緣3處。參考標(biāo)記列表I 要切割的物體2 激光切割設(shè)備2a 激光切割束
3切割邊緣4激光構(gòu)造設(shè)備4a激光構(gòu)造束5運輸設(shè)備6材料涂覆設(shè)備6a材料束7運出設(shè)備10切割系統(tǒng)SI引導(dǎo)要切割的物體S2物體的切割S3在切割邊緣處執(zhí)行處理過程S3a構(gòu)造切割邊緣S3b將輔助材料涂覆到切割邊緣處S4運出 被切割的物體
權(quán)利要求
1.一種用于切割片狀或板狀物體(I)的方法，所述方法特別是用于切割用于構(gòu)造電化學(xué)能量儲存器的的電極和/或分隔物或者這種電極或分隔物的一部分，其中所述切割方法具有以下步驟: (51)將要切割的物體(I)引導(dǎo)到激光切割設(shè)備(2)處， (52)通過所述激光切割設(shè)備(2)切割所述物體(I)，以及 (53)在切割邊緣(3)處執(zhí)行處理過程以減少微短路。
2.如權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在所述切割邊緣(3)處執(zhí)行處理過程以減少微短路的步驟(S3)具有: (S3a)構(gòu)造所述切割邊緣(3)。
3.如權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，執(zhí)行通過激光構(gòu)造設(shè)備(4)構(gòu)造所述切割邊緣(3)的步驟(S3a)。
4.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在通過所述激光切割設(shè)備(2)切割所述物體(I)的步驟(S2)之后，執(zhí)行通過所述激光構(gòu)造設(shè)備(4)構(gòu)造所述切割邊緣(3)的步驟(S3a)。
5.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，在通過所述激光切割設(shè)備(2)切割所述物體(I)的步驟(S2)之前，執(zhí)行通過所述激光構(gòu)造設(shè)備(4)構(gòu)造所述切割邊緣(3)的步驟(S3a)。
6.如權(quán)利要求4或5所述的方法，其特征在于，對于構(gòu)造所述切割邊緣(3)的步驟(S3a)，步驟(S2)的所述激光 切割設(shè)備(2)被用作激光構(gòu)造設(shè)備。
7.如權(quán)利要求3所述的方法，其特征在于，通過所述激光構(gòu)造設(shè)備(4)構(gòu)造所述切割邊緣(3)的步驟(S3a)和通過激光切割設(shè)備(2)切割所述物體(I)的步驟(S2)實質(zhì)上被同時執(zhí)行。
8.如權(quán)利要求1到7中任一項所述的方法，其特征在于，在所述切割邊緣(3)處執(zhí)行處理過程以減少微短路的步驟(S3)包括: (S3b)在所述切割邊緣(3)處涂覆輔助材料。
9.如權(quán)利要求8所述的方法，其特征在于，在所述切割邊緣(3)處涂覆輔助材料的步驟(S3b)和通過所述激光切割設(shè)備(3)切割所述物體(I)的步驟(S2)實質(zhì)上被同時執(zhí)行。
10.如權(quán)利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述輔助材料包括相對于由所述激光切割設(shè)備(2)所應(yīng)用的波長具有被提高的吸收系數(shù)的成分。
11.如權(quán)利要求1到10中任一項所述的方法，其特征在于，所述片狀或板狀物體(I)具有作為承載材料的熱塑性合成纖維。
12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，通過所述激光切割設(shè)備(2)切割所述物體(I)的步驟(S2)以如下方式執(zhí)行，即在所述切割邊緣(3)處實現(xiàn)所述熱塑性合成纖維的至少一部分的熔合。
13.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述熱塑性合成纖維包括熱塑性聚酯，特別是聚對苯二甲酸乙二酯。
14.如權(quán)利要求1到13中任一項所述的方法，其特征在于，由所述激光切割設(shè)備切割所述物體(I)的步驟(S2)至少部分地通過脈沖激光來執(zhí)行，所述脈沖激光具有下列特性中的至少一個:-最大波長在從400nm到1300nm的波長范圍內(nèi)，最大波長優(yōu)選為1070nm ； -脈沖寬度在從5ps到200ns的脈沖寬度范圍內(nèi)，優(yōu)選的脈沖寬度是30ns ； -頻率在從40kHz到5000kHz的頻率范圍內(nèi)，優(yōu)選為從250kHz到1000kHz，且優(yōu)選頻率為 500kHz ； -重疊超過50%，優(yōu)選地重疊超過90% ； -光束質(zhì)量< 2M2 ； -功率在IkW到20kW的功率范圍內(nèi)，功率優(yōu)選為5kW ； -激光焦斑尺寸小于1000 μ m，激光焦斑尺寸優(yōu)選為小于300 μ m。
15.如權(quán)利要求1到14中任一項所述的方法，其特征在于，通過所述激光切割設(shè)備切割所述物體(I)的步驟(S2)是以在從0.0lm/s到20m/s的速度范圍內(nèi)的，優(yōu)選為在從0.05m/s到6.0m/s的速度范圍內(nèi)的，以及特別優(yōu)選為在從0.5m/s到4.0m/s的速度范圍內(nèi)的切割速度執(zhí)行。
16.如權(quán)利要求1到15中任一項所述的方法，其特征在于，在切割所述物體(I)的步驟(S2)中，所述物體⑴的所述切割邊緣(3)位于被開槽的支架⑶的槽處。
17.如權(quán)利要求1到16中任一項所述的方法，其特征在于，在切割所述物體(I)的步驟(S2)中，使用鐿纖維激光器。
18.一種用于切割片狀或板狀物體(I)的系統(tǒng)(10)，所述系統(tǒng)(10)特別是用于切割用于構(gòu)造電化學(xué)能量儲存器的電極和/或分隔物或者這種電極或分隔物的一部分，其中所述切割系統(tǒng)(10)包括: -運輸設(shè)備(5)，其被設(shè)計為用于將要切割的物體⑴引導(dǎo)到激光切割設(shè)備(2)處， -激光切割設(shè)備(2)，其被設(shè)計為用于切割所述物體(1)，以及 -處理設(shè)備(4、5)，其被設(shè)計為用于在切割邊緣(3)處執(zhí)行處理過程以減少微短路。
19.如權(quán)利要求18所述的切割系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述處理設(shè)備具有激光構(gòu)造設(shè)備(4)，所述激光構(gòu)造設(shè)備(4)被設(shè)計為用于構(gòu)造所述切割邊緣(3)。
20.如權(quán)利要求18或19所述的切割系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述處理設(shè)備具有材料涂覆設(shè)備(6)，所述材料涂覆設(shè)備(6)被設(shè)計為用于將輔助材料涂覆到所述切割邊緣(3)處。
21.如權(quán)利要求18到20中任一項所述的切割系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述激光切割設(shè)備(2)被設(shè)計以如下方式切割所述物體(I)，即在所述切割邊緣(3)處實現(xiàn)所述熱塑性合成纖維的至少一部分的熔合。
22.如權(quán)利要求18到21中任一項所述的切割系統(tǒng)(10)，其特征在于，所述激光切割設(shè)備(2)具有鐿纖維激光器。
23.—種電池，特別是被設(shè)計為在機動交通工具上使用的電池，所述電池具有應(yīng)用了根據(jù)權(quán)利要求1到17中任一項所述的方法的和/或通過根據(jù)權(quán)利要求18到22中任一項所述的系統(tǒng)處理過的電極和/或分隔物。
全文摘要
本發(fā)明描述了一種用于切割片狀或板狀物體的方法，特別是切割用于構(gòu)造電化學(xué)能量儲存器的電極和/或分隔物或者這種電極或分隔物的一部分的方法，其中切割方法具有以下步驟(S1)將要切割的物體(1)引導(dǎo)到激光切割設(shè)備(2)處，(S2)通過激光切割設(shè)備(2)來切割物體(1)，以及(S3)在切割邊緣(3)處執(zhí)行處理過程以減少微短路。在切割邊緣(3)處執(zhí)行處理過程以減少微短路的步驟(S3)可以包括(S3a)構(gòu)造切割邊緣(3)和/或?qū)⑤o助材料涂覆到切割邊緣(3)。本發(fā)明還描述了一種用于切割片狀或板狀物體(1)，特別是切割用于構(gòu)造電化學(xué)能量儲存器的電極和/或分隔物或者這種電極或分隔物的一部分的系統(tǒng)(10)，其中切割系統(tǒng)(10)具有被設(shè)計為用于將要切割的物體(1)引導(dǎo)到激光切割設(shè)備(2)處的運輸設(shè)備(5)、被設(shè)計為用于切割物體(1)的激光切割設(shè)備(2)，以及被設(shè)計為用于在切割邊緣(3)處執(zhí)行處理過程以減少微短路的處理設(shè)備(4、5)。
文檔編號H01M4/04GK103229332SQ201180057503
公開日2013年7月31日 申請日期2011年11月29日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月3日
發(fā)明者蒂姆·謝弗 申請人:鋰電池科技有限公司