(57)【要約】本発明は、電池セルのための膜スタックを製造する方法であって、以下の工程、即ち、ポリオレフィンを有する少なくとも１つの第１の層（６）と、少なくとも１つのセラミック層（８）と、を含むセパレータ膜（４）を準備する工程と、セパレータ膜（４）の所定の場所（１０）で、レーザを用いてセラミック層（８）を除去する工程と、セパレータ膜（４）に第１の電極膜を載置する工程と、第１の電極膜がその中に配置されたパウチを形成するために、セラミック層（８）が除去された場所で、セパレータ膜（４）を、更なる別のセパレータ膜と結合し、又は折り畳んだ後に自身と結合する工程と、このように作成されたパウチと第２の電極膜とを配置して膜スタックを形成する工程と、を含む、上記方法に関する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池セルのための膜スタック（２）を製造する方法であって、以下の工程、即ち、
ａ）ポリオレフィンを有する少なくとも１つの第１の層（６）と、少なくとも１つのセラミック層（８）と、を含むセパレータ膜（４）を準備する工程と、
ｂ）前記セパレータ膜（４）の所定の場所（１０）で、レーザを用いて前記セラミック層（８）を除去する工程と、
ｃ）前記セパレータ膜（４）に第１の電極膜（１４）を載置する工程と、
ｄ）前記第１の電極膜（１４）がその中に配置されたパウチ（２０）を形成するために、前記セラミック層（８）が除去された前記所定の場所（１０）で、前記セパレータ膜（４）を、
ｄ１）更なる別のセパレータ膜（４０）と結合し、又は、
ｄ２）折り畳んだ後に自身と結合する工程と、
ｅ）このように作成されたパウチ（２０）と第２の電極膜（２２）とを配置して膜スタック（２）を形成する工程と、
を含む、方法。
【請求項２】
前記レーザは、パルス幅が８０ｆｓ〜１００ｐｓのパルス状レーザ光線を有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記レーザは、波長が３００ｎｍ〜１１００ｎｍ、好適に、３４３ｎｍ、５１５ｎｍ、又は、１０３０〜１０６４ｎｍであり、又は、
前記レーザは、波長が１００ｎｍ〜３００ｎｍ、好適に、１５７ｎｍ、１９３ｎｍ、又は２４８ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
前記セパレータ膜（４）の前記所定の場所（１０）は、前記工程ｂ）において、１ｍｍ２〜１０ｃｍ２の大きさに形成され、好適に、５ｍｍ×５ｍｍ〜１０ｍｍ×１０ｍｍの方形に、５ｍｍ×１０ｍｍ〜１０ｍｍ×２０ｍｍの矩形に、若しくは、半径が１ｍｍ〜１０ｍｍの円形に形成され、又は、線形状に形成されることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項５】
前記セパレータ膜（４）の前記所定の場所（１０）は、前記工程ｂ）において、前記セパレータ膜（４）の主軸に対して互いに鏡面対称に配置されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
パウチ（２０）ごとの、前記所定の場所（１０）の数は３〜２０個であり、好適に４〜１２個であることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項７】
前記所定の場所（１０）は、重合体‐超音波溶接、レーザ溶接、溶封、熱接合、縫製、ローレット加工、及び／又は、ニードリングによって互いに結合される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
前記所定の場所（１０）は、レーザ透過溶接により互いに結合されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記セパレータ膜（４）及び前記更なる別のセパレータ膜（４０）は、セパレータ膜帯状体（２６、２８）として提供されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１０】
第１の工程において、請求項１〜９のいずれか１項に係る膜スタック（２）を製造し、更なる別の工程において、前記膜スタック（２）を電池セルハウジングの内部に配置し、前記電池セルハウジングに電解質を充填して密閉する、方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池セルのための膜スタックを製造する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
米国特許出願公開第２０１５／０２０２６４７号明細書には、電池セルを製造する方法が示されている。ここでは、セパレータ膜が形成され、このセパレータ膜は、多孔質ポリオレフィン樹脂フィルムから成る基材と、その上に配置された耐熱性セラミック層と、を有する。セパレータが溶着される領域では、上記の耐熱性層が省かれている。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
本発明の課題は、電池セルのための膜スタックを製造する際の積層速度及び位置決め精度を向上させることである。更なる課題は、膜スタックにおけるセパレータ膜の安価な結合技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
電池セルのための膜スタックを製造するための本発明に係る方法は、以下の工程、即ち、
ａ）ポリオレフィンを有する少なくとも１つの第１の層と、少なくとも１つのセラミック層と、を含むセパレータ膜を準備する工程と、
ｂ）セパレータ膜の所定の場所で、レーザを用いてセラミック層を除去する工程と、
ｃ）セパレータ膜に第１の電極膜を載置する工程と、
ｄ）第１の電極膜がその中に配置されたパウチを形成するために、セラミック層が除去された上記場所で、セパレータ膜を、
ｄ１）更なる別のセパレータ膜と結合し、又は、
ｄ２）折り畳んだ後に自身と結合する工程と、
ｅ）このように作成されたパウチと第２の電極膜とを配置して膜スタックを形成する工程と、を含む。
【０００５】
「膜」（Ｆｏｌｉｅ）という用語によって、基本的に平坦に形成された電極又はセパレータ層が表される。平坦な電極又はセパレータ層の場合には、２つの空間的次元が、第３の空間的次元よりも、一桁又は好適に数桁分大きく形成される。膜は、平面が任意の形状を有していてもよく、例えば、方形、矩形、丸みを付けられた角、楕円形、円形等の形状を有していてもよい。
【０００６】
「パウチ」（Ｔａｓｃｈｅ）という用語では、２つのセパレータ膜の間に電極膜がサンドイッチの形態で配置された構成が表される。このパウチは、一辺、二辺、三辺、又は、四辺で点状に又は完全に閉鎖されうる。点状の閉鎖とは、一箇所、二箇所、三箇所、四箇所、又はそれより多い箇所での点状の閉鎖を意味する。
【０００７】
第１の実施形態によれば、最初に、第１の電極膜が、セパレータ膜とほぼ同じ大きさで形成されて準備されて、このセパレータ膜に載置される。ここで、「ほぼ同じ大きさ」という概念は、セラミック層が除去される又は除去された所定の場所まで、第１の電極膜が大きな面によりセパレータ膜を覆うことを意味する。例えば、第１の電極膜は、上記所定の場所が存在する縁部領域の分だけ小さく形成される。セパレータ膜と好適に鏡面対称的に同一に形成された更なる別のセパレータ膜が準備され、セパレータ膜及び第１の電極膜を含む構成へと供給されて、この構成に載置される。セラミック層が除去された場所でセパレータ膜同士を結合することによって、第１の電極がその中に配置されたパウチが形成される。本実施形態では、上記膜は、製造ラインから連続的に提供されうる。その際に、パウチは、組立ラインで製造されて、更なる別の工程で個別化されうる。
【０００８】
第２の実施形態によれば、第１の電極膜が、ハーフ・セパレータ膜とほぼ同じ大きさに形成されることが構想される。「ほぼ同じ大きさ」という概念は、ここでも同様に、セラミック層が除去される又は除去された所定の場所まで、第１の電極膜が大きな面によりハーフ・セパレータ膜を覆うことを意味する。例えば、第１の電極膜は、上記所定の場所が存在する縁部領域の分だけ小さく形成される。第１の電極膜は、１のハーフ・セパレータ膜に載置され、この後にセパレータ膜が真ん中で折り畳まれ、従って、第１の電極膜が載置されていないハーフ・セパレータ膜が畳まれて、第１の電極膜が載置されているハーフ・セパレータ膜に重ねられる。セラミック層が除去された場所で、上記２つのハーフ・セパレータ膜を結合することによって、第１の電極膜がその中に配置されたパウチが形成される。ここでも、組立ラインからの上記膜の供給が行われうる。有利に、上記膜は、折り畳まれる前に個別化される。
【０００９】
従って、電極膜とセパレータ膜とが連続的に供給され、レーザにより除去された所定の領域が覆われて、この後に互いに結合されることが構想されうる。セパレータ膜及び電極膜を、上記結合の前に切断し又は上記結合の後で切断することが構想されうる。
【００１０】
セラミック塗膜は、少なくともパウチの内側に存在する。パウチは、製造後に第１の電極膜を含み、更なる別の工程で迅速に、各第２の電極膜と交互に積み上げられて１つの電極スタックへと組み立てられうる。ここで、第２の電極膜は、ここでは好適にパウチの内部には配置されておらず、即ち「包装されていない」。
【００１１】
セパレータ膜の第１の層はポリオレフィンを有し、好適に、二軸延伸ＰＰ（ポリプロピレン）又はＰＥ（ポリエチレン）が使用される。第１の層の厚さは、好適に１０〜３０μｍである。
【００１２】
セパレータ膜の第２の層はセラミックを含み、好適に、Ａｌ２Ｏ３又はベーマイトを含む。セラミック層の厚さは、好適に１〜５μｍである。
【００１３】
セラミック層の除去は、好適にレーザを用いて行われ、その際には、好適に、低温材料除去（ｋａｌｔｅｒ  Ｍａｔｅｒｉａｌａｂｔｒａｇ）とも呼ばれる多光子吸収過程によりセラミック塗膜を蒸散させるようそのレーザ光線が構成されたレーザが使用される。レーザは、コーティングされたセパレータ表面に焦点が合わせられ、そこでセラミック塗膜が合目的的に除去される。
【００１４】
レーザは、好適に、ポリオレフィン基材を含む第１の層を傷つけないように調整される。特に、レーザ光線は、当該レーザ光線が作用する際に第１の層の電気化学的な特性、特に、第１の層の孔径、ガーレー（Ｇｕｒｌｅｙ）値、及びマクミラン（ＭａｃＭｕｌｌｉｎ）数が変更されないように、形成される。
【００１５】
好適に、このために、パルス状のレーザ光線を有するレーザが使用される。特に好適に、このために、パルス幅が８０ｆｓ〜１００ｐｓのパルス状レーザ光線を有するレーザが使用される。超短パルスレーザ光線と、上記超短パルスレーザ光線から得られる、コーティングされたセパレータ表面での高い光線強度と、を利用することによって、セラミック塗膜を非常に効率良く蒸散させることが可能である。
【００１６】
レーザは好適に、０．１〜４００Ｗのレーザ出力を有する。代替的に、レーザは、４００Ｗよりも大きな中程度のレーザ出力を有する。好適に、レーザ走査速度が０．１〜２０ｍ／ｓのレーザが使用される。特に好適には、走査速度が２０ｍ／ｓよりも速いレーザが使用される。好適に、材料表面での焦点の直径が５〜１００μｍのレーザが使用される。代替的に、好適に、材料表面での焦点の直径が１００μｍよりも大きいレーザが使用される。
【００１７】
レーザとして、好適に、波長が３００ｎｍ〜１１００ｎｍのレーザ、即ち、ＵＶ（紫外線）領域から近赤外線領域までのレーザが使用される。特に好適に、波長が３４３ｎｍ、５１５ｎｍ、又は、１０３０〜１０６４ｎｍのレーザが使用される。
【００１８】
代替的な実施形態において、波長が１００ｎｍ〜３００ｎｍ、特に好適に、１５７ｎｍ、１９３ｎｍ、又は２４８ｎｍのエクシマレーザを使用することが構想されうる。エクシマレーザは、好適に、フラトップ（Ｆｌａｔｔｏｐ）・ビームプロファイルを含む。更に好適に、エクシマレーザは、ナノ秒範囲のパルス長を有する。エクシマレーザは、コーティングされたセパレータ表面に焦点が合わされ、光化学的又は光熱的な除去が行われる。
【００１９】
好適な実施形態によれば、セパレータ膜の所定の場所は、１ｍｍ２〜１０ｃｍ２の大きさに形成される。所定の場所の大きさ及び形状は、工程ｄ）での所定の場所の結合方法に対して調整される。所定の場所は、例えば、方形に、矩形に、円形に、楕円形に、又は、線形状に形成されうる。方形の上記場所の好適な大きさは、５ｍｍ×５ｍｍ〜１０ｍｍ×１０ｍｍである。矩形に形成された、セラミック層が除去される場所の好適な大きさは、５ｍｍ×１０ｍｍ〜１０ｍｍ×２０ｍｍである。円形の上記場所は、好適に、１ｍｍ〜１０ｍｍの半径を有する。線形状の上記場所は、レーザ光線によって幅が予め設定されており、例えば、１ｍｍ〜２０ｃｍの長さに亘って延在しうる。
【００２０】
工程ｂ）でセラミック層が除去される所定の場所は、好適に対称に配置されている。特に、好適に、上記所定の場所は、セパレータ膜の主軸に対して鏡面対称に配置されている。後者の実施形態が、特に折り畳み技術では優先される。
【００２１】
所定の場所の数は、パウチごとに例えば３〜２０個であり、好適に４〜１２個である。３個又は４個の所定の場所を正三角形又は正方形の形に従って配置することが構想されうる。方形又は矩形に、更なる別の所定の場所を付け加えること、例えば、内角の間に更なる別の点を設けて、ここでは結果として８個の所定の場所１０を設けることが構想されうる。
【００２２】
所定の場所は、例えば、重合体‐超音波溶接、レーザ溶接、溶封、熱接合、縫製、ローレット加工、及び／又は、ニードリング（Ｎａｄｅｌｎ）によって互いに結合される。
【００２３】
最初に、幾つかの所定の場所を互いに結合し、続いて電極を挿入し、その後に、他の所定の場所を互いに結合することが構想されうる。
【００２４】
代替的な実施形態において、所定の場所はレーザ透過溶接により互いに結合される。このためには、例えばダイオードレーザ照射が適しており、その際には、所定の場所が、即ち、ここでは溶着される領域が、透明な押さえ部（Ｎｉｅｄｅｒｈａｌｔｅｒ）によって保持され、続いて熱的に接合される。このような方法は、例えば、国際公開第２００６／０００２７３号明細書に開示されている。
【００２５】
電池セルを製造するための本発明に係る方法では、第１の工程において、膜スタックを上記のように製造し、更なる別の工程において、膜スタックを電池セルハウジングの内部に配置する。電池セルハウジングは電解質が充填されて、密閉される。
【００２６】
電池セルは、一次電池セルと、電気エネルギーを蓄え、化学的な反応エネルギーを電気エネルギーに変換し及び電気エネルギーを化学的な反応エネルギーに変換するよう構成された二次電池セル若しくは蓄電池セルと、の双方であってもよい。
【００２７】
本発明は、個々の膜から組み立てられたあらゆる形態によるセルに適用可能であり、例えば、リチウムイオン電池、リチウム硫黄電池、マグネシウム電池に適用可能である。特に、電池セルは、典型的に特に高いエネルギー密度、熱安定性、及び低い自己放電率により卓越したリチウムイオンセルであってもよい。提案される電池セルのための応用目的は、特に、電気自動車、ハイブリッド自動車、及びプラグイン（Ｐｌｕｇ−Ｉｎ）ハイブリッド自動車等の自動車でありうる。
【００２８】
リチウムイオンセルのための第１の電極として、好適に、両側にコーティングされた電極が使用される。特に、例えば、ＬｉＮｉｘＭｎｙＣｏｚＯ２、ＬｉＮｉＣｏＡｌＯ２、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＦｅＰＯ４、又はこれらからの変更（Ｍｏｄｉｆｉｋａｔｉｏｎ）の形態によるカソードを利用することが提案される。アノードとして、好適に、インタカレーションアノード（Ｉｎｔｅｒｋａｌａｔｉｏｎｓａｎｏｄｅ）が使用され、特に、黒鉛、炭素、ナノチューブ（Ｎａｎｏｔｕｂｅ）、又はバッキーボール（Ｂｕｃｋｙｂａｌｌ）が使用される。代替的に、変換アノード（Ｋｏｎｖｅｒｓｉｏｎｓａｎｏｄｅ）が使用され、例えば、Ｓｉ、Ｓｎが利用されうる。
【００２９】
本発明に基づき製造される電極スタックの利用場所は、例えば、積層されたリチウムイオンポーチセル、ハードケースセル（Ｈａｒｄｃａｓｅ‐Ｚｅｌｌｅ）、特に角柱形状のハードケースセル、ＢＥＶ（ｂａｔｔｅｒｙ  ｃｅｌｌｓ  ｆｏｒ  ｂａｔｔｅｒｙ  ｅｌｅｃｔｒｉｃ  ｖｅｈｉｃｌｅ）、ナッツシェルセル（Ｎｕｔｓｈｅｌｌ‐Ｚｅｌｌｅ）、及びマイクロセル（Ｍｉｋｒｏｚｅｌｌｅ）である。
【発明の効果】
【００３０】
セラミック塗布セパレータの使用によって、例えば自動車での適用における実装について、リチウムイオンセルのより高い安全性及び信頼性が約束される。セラミック塗布ポリオレフィンセパレータは、高電圧安定性に関する利点を更に有する。
【００３１】
有利に、温度作用下でのセパレータの収縮が回避される。
【００３２】
本発明によって、セラミック塗布セパレータの利点の獲得が保証され、接着剤又は接着テープ等の追加の接着材料を使用することなく、安価な結合技術が可能となる。
【００３３】
本発明によって、膜スタックの製造時に、従来技術に比べて積層速度を上げることが可能となる。積層過程を、技術的には更に高速積層の方向に最適化させることが可能である。積層速度を上げることによって、セル生産を向上させることが可能である。
【００３４】
更に有利に、個々の層同士の位置変化が回避され、従って、セル結合体の内部での信頼性の高い固定が達成される。
【００３５】
電極が内部に存在すると共に固定されているパウチへと、セパレータ膜を事前処理することによって、例えば、リチウムイオンセルスタックを、迅速に、かつ正しい位置で組み立てることが可能である。カソード膜、セパレータ膜、及びアノード膜が交互に相前後して重ねられるピックアンドプレイス（Ｐｉｃｋ＆Ｐｌａｃｅ）技術に典型的に基づく、現在利用されている積層プロセスでは、クロック時間は１０Ｈｚを下回り、位置決め精度は０．５ｍｍでしかないが、提案される技術によって、クロック時間を上記数値より上回って上げること、及び、位置決め精度を上記の数値より更に向上させることが可能である。
【００３６】
本発明によって、セルハウジングの容積活用の向上、即ち、セルの空間的容量の増大が約束される。更に、本発明によって、廃材の低減も可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
本発明の実施形態が、添付の図面、及び、以下の明細書に記載によって詳細に解説される。
【図１】本発明に基づき準備されたセパレータ膜の上面図を示す。
【図２】本発明に基づき準備されたセパレータ膜、及び、第１の電極膜を含む構成の上面図を示す。
【図３】第１の電極がその中に配置された本発明に係るパウチを透視した上面図を示す。
【図４】本発明に係る製造方法における２つの工程を示す。
【図５】本発明に基づき準備されたセパレータ膜、その上に配置された第１の電極、及び、更なる別のセパレータ膜を含む構成の上面図を示す。
【図６】第１の電極がその中に配置された本発明に係るパウチを透視した上面図を示す。
【図７】膜スタックを製造する処理工程の概略図を示す。
【発明を実施するための形態】
【００３８】
本発明の実施例についての以下の明細書の記載において、同じ又は類似した構成要素は、同じ又は類似した符号で示され、個別ケースでの上記構成要素の説明は反復されない。図は、本発明の主題を概略的に示しているに過ぎない。
【００３９】
図１は、本発明に係る方法での利用のために準備されたセパレータ膜４を示している。
【００４０】
セパレータ膜４は矩形の輪郭を有し、例えば方形の輪郭をそれぞれが有する第１のハーフ・セパレータ膜４ａ及び第２のハーフ・セパレータ膜４ｂを含む。第１のハーフ・セパレータ膜４ａと第２のハーフ・セパレータ膜４ｂとは、セパレータ膜４の主軸を成す軸ｙに対して鏡面対称に形成されている。
【００４１】
セパレータ膜４は、第１の層６を有し、この第１の層６は、高分子材料を含み、特に、二軸延伸ＰＰ（ポリプロピレン）、二軸延伸ＰＥ（ポリエチレン）等のポリオレフィン膜を含む。第１の層６は、片面にセラミックが塗布されており、例えば、Ａｌ２Ｏ３又はベーマイトが塗布されている。このセラミック層８は、まず、セパレータ膜４の第１の層６全体を被覆するが、このことは図示されていない。図１に示されているのは、所定の場所１０でセラミック層８の局所的な除去が行われた後の、セパレータ膜４である。上記の局所的な除去は、例えばファイバーレーザを用いて、好適にはパルス状のレーザ光線を用いて、最も好適には、ピコ秒若しくはフェンド秒の範囲のパルス長を有する超短パルスレーザ光線を用いて、又は、エクシマレーザを用いて行うことが可能である。
【００４２】
セラミック層８が除去された所定の場所１０は、軸ｙに対して対称に配置されており、即ち、第１のハーフ・セパレータ膜４ａと第２のハーフ・セパレータ膜４ｂとは、鏡面対称に定められた場所１０を有し、当該場所１０では、セラミック層８が除去されている。
【００４３】
第１のハーフ・セパレータ膜４ａ及び第２のハーフ・セパレータ膜４ｂの上記の鏡面対称な構成は、以下のことによりもたらされ、即ち、第１のハーフ・セパレータ膜４ａが、膜スタック２の製造処理の間に、軸ｙと一致する折り畳み線１２に沿って折り畳まれて、第２のハーフ・セパレータ膜４ｂに重ねられることによって、もたらされる。図１では、このことが２つの矢印によって示唆されている。所定の場所１０は、セパレータ膜４の縁部に存在する。示される実施例では、第１のハーフ・セパレータ膜４ａと第２のハーフ・セパレータ膜４ｂとはそれぞれ、縁部に沿って配置された７個の所定の場所１０を有する。ここでは、４個の所定の場所１０が、方形の輪郭の角に配置され、他の３個の所定の場所１０はそれぞれ、辺の中央に配置されている。代替的な実施形態が同然のことながら可能であり、例えば、角に配置された所定の場所１０が存在しなくてもよく、又は、例えば、上記辺に配置された所定の場所１０が存在しなくてもよい。当然のことながら、更なる別の場所１０を設けることが可能であり、例えば、角に加えて側端ごとに２個以上の所定の場所１０を設けることが可能である。中央に、即ち、ハーフ・セパレータ膜４ａ、４ｂの真ん中にそれぞれ、第８の所定の場所１０を設けることが可能である。
【００４４】
図２は、図１のセパレータ膜４を示しており、ここでは、第２のハーフ・セパレータ膜４ｂに第１の電極膜１４が載置されている。第１の電極膜１４は、活性層を含む例えば方形に形成された領域１６と、集電体１８と、を含む。活性層を含む上記領域１６は、第２のハーフ・セパレータ膜４ｂに関して中央に配置されており、所定の場所１０によって囲まれている。第１の電極膜１４は、その寸法が、第２のハーフ・セパレータ膜４ｂよりもやや小さく形成され、従って、全方向において、所定の場所１０が存在する縁部が張り出している。集電体１８は、小タブの形状に応じてセパレータ膜４から突き出ており、外部からの第１の電極膜１４への接触のために役立つ。
【００４５】
図３は、パウチ２０を示しており、このパウチ２０は、図２に示した第１の電極膜１４及びセパレータ膜４を含む構成が折り畳まれた後に生じる。その際には、図２の矢印が示唆するように、第１のハーフ・セパレータ膜４ａが、折り畳み線１２に沿って折り畳まれて、第２のハーフ・セパレータ膜４ｂに重ねられる。従って、パウチ２０は、セパレータ膜４の２つの層を含んでおり、即ち、第２のハーフ・セパレータ膜４ｂにより形成される下方の層であって、第２のハーフ・セパレータ膜４ｂに第１の電極膜１４が載置されている上記下方の層と、下方の層の上方にある、第１のハーフ・セパレータ膜４ａにより形成される上方の層と、を含んでいる。集電体１８は、パウチ２０よりも突き出ている。
【００４６】
所定の場所１０は、パウチ１０の角に配置されており、付加的に、上記角の間に付け加えられた３個の所定の場所１０が存在する。
【００４７】
図４は、膜スタック２の製造方法における１の工程を示しており、ここでは、図３に関して記載したパウチ２０が、最初に、所定の場所１０において処理される。所定の場所１０は、結合箇所を為しており、そこでは、セパレータ膜４の、セラミックが無い領域が重なり合っている。所定の場所１０では、該当する層が、超音波によって又は他の方法によって結合される。
【００４８】
所謂ピックアンドプレイス（Ｐｉｃｋ＆Ｐｌａｃｅ）技術を介して、例えば、スカラ（Ｓｃａｒａ）型又はデルタ（Ｄｅｌｔａ）型ロボットを介して、パウチ２０が、位置決めガイド部２４により示唆される組立形状に変えられる。位置決めガイド部２４は、パウチ２０と第２の電極膜２２とを交互に重ねて配置することで膜スタック２が形成されるように、配置されている。図４に示されるように、第２の電極膜２２は、パウチ２０とほぼ類似した寸法を有し、即ち、本実施形態では、第１のハーフ・セパレータ膜４ａ又は第２のハーフ・セパレータ膜４ｂと類似した寸法を有する。第２の電極膜２２の集電体１８の方向にのみ、位置決め間隙２５が存在する。
【００４９】
図１〜図４に関して提示され記載された実施例によって、１０Ｈｚ又はこれを上回るクロック時間と、セパレータ膜４と電極膜１４、２２との間の０．５ｍｍよりも小さな位置決め精度及び電極膜１４、２２同士に関して０．５ｍｍよりも小さな位置決め精度と、が可能となる。
【００５０】
電極膜１４、２２は、好適に両側に塗布された電極膜１４、２２であり、このことは、
カソードとアノードとの双方に当てはまる。代替的に、片面のみ塗布された電極膜１４、２２を設けてもよい。更に、好適に、カソード膜が第１の電極膜１４としてパウチ２０の内部に配置される。なぜならば、このカソード膜は一般にアノード膜よりもやや小さく形成されているからである。この場合、第２の電極膜２２は、対応してアノード膜として形成される。代替的に、アノード膜が第１の電極膜１４を形成しカソード膜が第２の電極膜２２を形成してもよい。
【００５１】
図１に関して提示され記載されたセパレータ膜４が、連続的に供給されるフィルムテープとして提供されることが構想されてもよい。個々のセパレータ膜４への裁断は、例えば、第１の電極膜１４の位置決めの後に行われてよく、又は、上記位置決めの前に行われてもよい。その際には、組み合わされた１つの組立工程において、折り畳み及び切断処理が行われる。
【００５２】
図５に関して、本発明に係る方法の他の実施形態が示されており、ここでは、最初に、セパレータ膜４が提供され、このセパレータ膜４は、図１に関して記載したように、第１の層６及びセラミック層８を有し（図５では特に示されていない）、ここでは、セラミック層８が所定の場所１０で除去されている。更に、更なる別のセパレータ膜４０が提供され、この更なる別のセパレータ膜４０は、当該更なる別のセパレータ膜４０がセパレータ膜４に重ねられた際に所定の場所１０が覆われるように、形成されている。
【００５３】
図５〜図７により提示され記載される方法には、折り畳み工程が含まれていない。その代わりに、セパレータ膜４及び更なる別のセパレータ膜４０が、セパレータ膜帯状体２６、２８として提供され、第１の電極膜１４及び第１のセパレータ膜帯状体２６を含む構成が作成され、その際に、第１の電極膜１４は、第１のセパレータ膜帯状体２６に載置される。その後で、第２のセパレータ膜帯状体２８が供給されて、第１の電極膜１４及び第１のセパレータ膜帯状体２６を含む構成に載置される。
【００５４】
図６は、第２のセパレータ膜帯状体２８が第１のセパレータ膜帯状体２６に載置された後の、図５に関して記載した構成を示している。第２のセパレータ膜帯状体２８は、所定の場所１０の位置及び配置に関して、第１のセパレータ膜帯状体２６に対して鏡面対称に形成されており、従って、第２のセパレータ膜帯状体２８と第１のセパレータ膜帯状体２６とは、位置決めの際に重なり合う。
【００５５】
図６には、所定の場所１０で結合工程が、超音波によって又は上述の熱的方法によって、どのように行われるのかを示している。更に、切断線３２に沿ったレーザ切断３０によって、セパレータ膜帯状体２６、２８が個々のパウチ２０へと個別化されることが示されている。示される例では、パウチ２０は矩形に形成されている。
【００５６】
図７は、位置決めガイド部２４により示される組立工具にパウチ２０を配置し、及び第２の電極膜２２を配置して膜スタック２を形成する工程を示している。
【００５７】
図１〜図４に関しては、ほぼ方形に形成された膜スタック２を記載し、図５〜図７に関しては、矩形に形成された膜スタック２を記載した。当業者には、上記の方法が、提示された形状に限定されないことが分かるであろう。
【００５８】
本発明は、上記の実施例に限定されない。むしろ、示される範囲内で、当業者には分かる更なる変更及び補完が可能である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【手続補正書】
【提出日】令和1年5月20日(2019.5.20)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電池セルのための膜スタック（２）を製造する方法であって、以下の工程、即ち、
ａ）ポリオレフィンを有する少なくとも１つの第１の層（６）と、少なくとも１つのセラミック層（８）と、を含むセパレータ膜（４）を準備する工程と、
ｂ）前記セパレータ膜（４）の所定の場所（１０）で、レーザを用いて前記セラミック層（８）を除去する工程と、
ｃ）前記セパレータ膜（４）に第１の電極膜（１４）を載置する工程と、
ｄ）前記第１の電極膜（１４）がその中に配置されたパウチ（２０）を形成するために、前記セラミック層（８）が除去された前記所定の場所（１０）で、前記セパレータ膜（４）を、
ｄ１）更なる別のセパレータ膜（４０）と結合し、又は、
ｄ２）折り畳んだ後に自身と結合する工程と、
ｅ）このように作成されたパウチ（２０）と第２の電極膜（２２）とを配置して膜スタック（２）を形成する工程と、
を含む、方法。
【請求項２】
前記レーザは、パルス幅が８０ｆｓ〜１００ｐｓのパルス状レーザ光線を有することを特徴とする、請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記レーザは、波長が３００ｎｍ〜１１００ｎｍであり、又は、
前記レーザは、波長が１００ｎｍ〜３００ｎｍであることを特徴とする、請求項１〜２のいずれか１項に記載の方法。
【請求項４】
前記レーザは、波長が３４３ｎｍ、５１５ｎｍ、若しくは１０３０〜１０６４ｎｍであり、又は、
前記レーザは、波長が１５７ｎｍ、１９３ｎｍ、若しくは２４８ｎｍであることを特徴とする、請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記セパレータ膜（４）の前記所定の場所（１０）は、前記工程ｂ）において、１ｍｍ２〜１０ｃｍ２の大きさに形成されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項６】
前記セパレータ膜（４）の前記所定の場所（１０）は、前記工程ｂ）において、５ｍｍ×５ｍｍ〜１０ｍｍ×１０ｍｍの方形に、５ｍｍ×１０ｍｍ〜１０ｍｍ×２０ｍｍの矩形に、若しくは、半径が１ｍｍ〜１０ｍｍの円形に形成され、又は、線形状に形成されることを特徴とする、請求項５に記載の方法。
【請求項７】
前記セパレータ膜（４）の前記所定の場所（１０）は、前記工程ｂ）において、前記セパレータ膜（４）の主軸に対して互いに鏡面対称に配置されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項８】
パウチ（２０）ごとの、前記所定の場所（１０）の数は３〜２０個であることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
パウチ（２０）ごとの、前記所定の場所（１０）の数は４〜１２個であることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
前記所定の場所（１０）は、重合体‐超音波溶接、レーザ溶接、溶封、熱接合、縫製、ローレット加工、及び／又は、ニードリングによって互いに結合される、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１１】
前記所定の場所（１０）は、レーザ透過溶接により互いに結合されることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記セパレータ膜（４）及び前記更なる別のセパレータ膜（４０）は、セパレータ膜帯状体（２６、２８）として提供されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１３】
第１の工程において、請求項１〜１２のいずれか１項に係る膜スタック（２）を製造し、更なる別の工程において、前記膜スタック（２）を電池セルハウジングの内部に配置し、前記電池セルハウジングに電解質を充填して密閉する、方法。
【国際調査報告】
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