(57)【要約】  シート状あるいはプレート状のオブジェクト、特に電気化学的エネルギー貯蔵器を構築するための電極および／あるいはセパレータまたはそのような電極あるいはセパレータの一部を切断する方法が記述され、当該切断法は以下のステップを備える。すなわち、（Ｓ１）切断されるべきオブジェクト（１）をレーザー切断装置（２）に誘導するステップと、（Ｓ２）レーザー切断装置（２）によってオブジェクト（１）を切断するステップと、（Ｓ３）マイクロショートを減らすために切断縁部（３）に加工プロセスを実行するステップとである。マイクロショートを減らすために切断縁部（３）に加工プロセスを実行するステップ（Ｓ３）は、（Ｓ３ａ）切断縁部（３）を構造化するステップおよび／あるいは切断縁部（３）に補助材料を塗布するステップを備えてよい。さらに、シート状あるいはプレート状のオブジェクト（１）を切断するシステム（１０）、特に電気化学的エネルギー貯蔵器を構築するための電極および／あるいはセパレータまたはそのような電極あるいはセパレータの一部を切断するシステム（１０）が記述され、当該切断システム（１０）は、切断されるべきオブジェクト（１）をレーザー切断装置（２）に誘導するために構成されている搬送装置（５）と、オブジェクト（１）を切断するために構成されているレーザー切断装置（２）と、マイクロショートを減らすために切断縁部（３）に加工プロセスを実行するために構成されている加工装置（４、６）と、を備える。
2014504429.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シート状あるいはプレート状のオブジェクト（１）、特に電気化学的エネルギー貯蔵器を構築するための電極および／あるいはセパレータまたはそのような電極あるいはセパレータの一部を切断する方法であって、該切断法は、
（Ｓ１）切断されるべき前記オブジェクト（１）をレーザー切断装置（２）に誘導するステップと、
（Ｓ２）該レーザー切断装置（２）によって前記オブジェクト（１）を切断するステップと、
（Ｓ３）マイクロショートを減らすために前記切断縁部（３）に加工プロセスを実行するステップと
を備える方法。
【請求項２】
マイクロショートを減らすために前記切断縁部（３）に加工プロセスを実行するステップ（Ｓ３）は、
（Ｓ３ａ）前記切断縁部（３）を構造化するステップ
を備えることを特徴とする請求項１に記載の方法。
【請求項３】
前記切断縁部（３）を構造化するステップ（Ｓ３ａ）は、レーザー構造化装置（４）によって実行されることを特徴とする請求項２に記載の方法。
【請求項４】
前記レーザー構造化装置（４）によって前記切断縁部（３）を構造化するステップ（Ｓ３ａ）は、前記レーザー切断装置（２）によって前記オブジェクト（１）を切断するステップ（Ｓ２）の後に実行されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項５】
前記レーザー構造化装置（４）によって前記切断縁部（３）を構造化するステップ（Ｓ３ａ）は、前記レーザー切断装置（２）によって前記オブジェクト（１）を切断するステップ（Ｓ２）の前に実行されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項６】
前記切断縁部（３）を構造化するステップ（Ｓ３ａ）のために、レーザー構造化装置として、ステップ（Ｓ２）の前記レーザー切断装置（２）が用いられることを特徴とする請求項４あるいは５に記載の方法。
【請求項７】
前記レーザー構造化装置（４）によって前記切断縁部（３）を構造化するステップ（Ｓ３ａ）と、レーザー切断装置（２）によって前記オブジェクト（１）を切断するステップ（Ｓ２）とは、ほぼ同時に実行されることを特徴とする請求項３に記載の方法。
【請求項８】
マイクロショートを減らすために前記切断縁部（３）に加工プロセスを実行するステップ（Ｓ３）は、
（Ｓ３ｂ）前記切断縁部（３）に補助材料を塗布するステップ
を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の方法。
【請求項９】
前記切断縁部（３）に補助材料を塗布するステップ（Ｓ３ｂ）と、前記レーザー切断装置（２）によって前記オブジェクト（１）を切断するステップ（Ｓ２）とは、ほぼ同時に実行されることを特徴とする請求項８に記載の方法。
【請求項１０】
補助材料は、前記レーザー切断装置（２）によって用いられる波長に対して吸収係数が高いコンポーネントを備えることを特徴とする請求項８あるいは９に記載の方法。
【請求項１１】
シート状あるいはプレート状の前記オブジェクト（１）は、支持材料として、熱可塑性のあるプラスチックファイバーを備えることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１２】
前記レーザー切断装置（２）によって前記オブジェクト（１）を切断するステップ（Ｓ２）は、前記切断縁部（３）で、熱可塑性のある前記プラスチックファイバーの少なくとも一部が溶融するように、実行されることを特徴とする請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
熱可塑性のある前記プラスチックファイバーは、熱可塑性のあるポリエステル特にポリエチレンテレフタレートを備えることを特徴とする請求項１１あるいは１２に記載の方法。
【請求項１４】
前記レーザー切断装置によって前記オブジェクト（１）を切断するステップ（Ｓ２）は、少なくとも部分的に、以下の特性、すなわち、
‐４００ｎｍから１３００ｎｍの波長領域における最大波長、好適には１０７０ｎｍの最大波長と、
‐５ｐｓから２００ｎｓのパルス幅領域におけるパルス幅、好適には３０ｎｓのパルス幅と、
‐４０ｋＨｚから５０００ｋＨｚ好適には２５０ｋＨｚから１０００ｋＨｚの周波数領域における周波数であって５００ｋＨｚの周波数と、
‐５０％を超えるオーバーラップ、好適には９０％を超えるオーバーラップと、
‐２Ｍ２未満のビーム品質と、
‐１ｋＷから２０ｋＷの出力範囲における出力、好適には５ｋＷの出力と、
‐１０００μｍより小さいレーザー焦点サイズ、好適には３００μｍより小さいレーザー焦点サイズと、
のうち少なくとも１つを備える、パルスを発するレーザーによって実行されることを特徴とする請求項１から１３のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１５】
前記レーザー切断装置によって前記オブジェクト（１）を切断するステップ（Ｓ２）は、０．０１ｍ／ｓから２０ｍ／ｓのスピード範囲、好適には０．０５ｍ／ｓから６．０ｍ／ｓのスピード範囲、特に好ましくは０．５ｍ／ｓから４．０ｍ／ｓのスピード範囲における切断スピードで実行されることを特徴とする請求項１から１４のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１６】
前記オブジェクト（１）を切断するステップ（Ｓ２）で、該オブジェクト（１）の前記切断縁部（３）は、スリットを入れられた支え台（８）のスリットの上に載置されていることを特徴とする請求項１から１５のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１７】
前記オブジェクト（１）を切断するステップ（Ｓ２）で、イッテルビウムファイバーレーザーが用いられることを特徴とする請求項１から１６のいずれか１項に記載の方法。
【請求項１８】
シート状あるいはプレート状のオブジェクト（１）を切断するシステム（１０）、特に電気化学的エネルギー貯蔵器を構築するための電極および／あるいはセパレータまたはそのような電極あるいはセパレータの一部を切断するシステム（１０）であって、該切断システム（１０）は、
‐切断されるべき前記オブジェクト（１）をレーザー切断装置（２）に誘導するために構成されている搬送装置（５）と、
‐前記オブジェクト（１）を切断するために構成されているレーザー切断装置（２）と、
‐マイクロショートを減らすために前記切断縁部（３）に加工プロセスを実行するために構成されている加工装置（４、６）と、
を備えるシステム（１０）。
【請求項１９】
前記加工装置は、前記切断縁部（３）を構造化するために構成されているレーザー構造化装置（４）を備えることを特徴とする請求項１８に記載の切断システム（１０）。
【請求項２０】
前記加工装置は、前記切断縁部（３）に補助材料を塗布するために構成されている材料塗布装置（６）を備えることを特徴とする請求項１８あるいは１９に記載の切断システム（１０）。
【請求項２１】
前記切断縁部（３）で、熱可塑性のあるプラスチックファイバーの少なくとも一部の溶融が実行されるように、前記オブジェクト（１）を切断するために、前記レーザー切断装置（２）が構成されていることを特徴とする請求項１８から２０のいずれか１項に記載の切断システム（１０）。
【請求項２２】
前記レーザー切断装置（２）は、イッテルビウムファイバーレーザーを備えることを特徴とする請求項１８から２１のいずれか１項に記載の切断システム（１０）。
【請求項２３】
バッテリー、特に自動車で使用するために構成されているバッテリーであって、請求項１から１７のいずれか１項に記載の方法が適用され、および／あるいは請求項１８から２２のいずれか１項に記載のシステムによって加工された電極および／あるいはセパレータを備えるバッテリー。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
これによって、優先出願ＤＥ１０２０１００５３３４１．６とＤＥ１０２０１１１５１１８．８の全内容が、関連付けによって、本願の構成要素となっている。
【背景技術】
【０００２】
本願発明は、シート状あるいはプレート状のオブジェクトを切断する方法およびシステム、特に電気化学的エネルギー貯蔵器を構築するための電極および／あるいはセパレータまたはそのような電極あるいはセパレータの一部を切断する方法およびシステムに関する。
【０００３】
電気化学的エネルギー貯蔵器として、１つあるいは複数の貯蔵セルから構成されているバッテリー（一次貯蔵器）と蓄電池（二次貯蔵器）とが知られており、当該貯蔵セルにおいては、充電電流の供給時には、電解質内もしくは電解質間でのカソードとアノードとの間の電気化学的充電反応において、電気エネルギーが化学エネルギーに変換されて貯蔵され、かつ、電気消費物の接続時には、電気化学的放電反応において化学エネルギーが電気エネルギーに変換される。その際一次貯蔵器は通常１度しか充電されず、その放電後には廃棄処理されるのに対し、二次貯蔵器は複数回（数百回から１万回以上）の充電と放電のサイクルが可能である。この関連において述べられるべきは、特に自動車分野においては、蓄電池もパッテリーと呼ばれることである。
【０００４】
電極とセパレータとは非常に数多く必要とされており、それゆえ高品質で効果的かつ低価格の製造法の需要がある。電極とセパレータとを製造する際に注意すべきは、これらのコンポーネントは、電極積重物もしくはセルを組み立てるために、対応する寸法に切断されなくてはならないということである。製造ラインを止めないために、電極とセパレータとは、電極ベルトもしくはセパレータベルトから切断される。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
それゆえ本願発明の課題は、シート状あるいはプレート状のオブジェクトを切断するための改善された方法と改善されたシステムとを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この課題は、請求項１に記載の、シート状あるいはプレート状のオブジェクトを切断する方法と、請求項１８に記載の、シート状あるいはプレート状のオブジェクトを切断するシステムと、請求項２３に記載のバッテリーとによって解決される。有利な構成とさらなる形態とは、従属請求項の対象である。
【０００７】
第１の態様によれば、本発明は切断法に関する。シート状あるいはプレート状のオブジェクト、特に電気化学的エネルギー貯蔵器を構築するための電極および／あるいはセパレータまたはそのような電極あるいはセパレータの一部を切断する方法では、この課題は、切断法が以下のステップを備えることによって解決される。すなわち、切断されるべきオブジェクトをレーザー切断装置に誘導するステップと、レーザー切断装置によってオブジェクトを切断するステップと、マイクロショートを減らすために切断縁部に加工プロセスを実行するステップとである。これらの構成には、切断プロセスを迅速に実行でき、かつ、切断縁部での加工プロセスによってマイクロショートを回避もしくは充分に減らすことができるので、切断縁部がさらなる使用に必要な品質を備えるという利点がある。
【０００８】
「電気化学的エネルギー貯蔵器」とは、本件では、電気エネルギーを取り出すことのできる各種のエネルギー貯蔵器と理解されるべきであり、その場合エネルギー貯蔵器の内部では電気化学的反応が起こる。この言葉は、あらゆる種類のエネルギー貯蔵器、特に一次バッテリーと二次バッテリーとを含む。電気化学的エネルギー貯蔵装置は、少なくとも１つの電気化学的セル好ましくは複数の電気化学的セルを備える。複数の電気化学的セルは、より大きな充電量を貯蔵するために、並列に接続されていてよく、あるいは望ましい駆動電圧を得るために直列に接続されていてよく、あるいは並列接続と直列接続との組み合わせを形成してよい。
【０００９】
「電気化学的セル」とはその際、電気エネルギーの放出に使われる装置と理解され得、その場合エネルギーは化学的形状で貯蔵される。再充電可能な二次バッテリーの場合には、セルは、電気エネルギーを受容しかつ化学エネルギーに変換して貯蔵するためにも形成されている。電気化学的セルの形（すなわち特に大きさと幾何学的形状）は、使用可能な空間に依存して選択され得る。好ましくは電気化学的セルは、ほぼ角柱形あるいは円柱形に形成されている。本願発明は特に、パウチセルあるいはコーヒーバッグセルと呼ばれる電気化学的セルのために、有利なやり方で使用可能であるが、本願発明の電気化学的セルは、このような適用に限定されるべきではない。
【００１０】
そのような電気化学的セルは通常、被覆体に少なくとも部分的に取り囲まれている電極積重物を備える。この関連において、「電極積重物」とは、少なくとも２つの電極とその間に設けられた電解質とから成る構造体と理解されるべきである。電解質は部分的にセパレータによって受容されていてよく、その際セパレータは電極を分離する。好ましくは電極積重物は、複数の層の電極とセパレータとを備え、同じ極性の電極がそれぞれ、好適には電気的に互いに接合され、特に並列に接続されている。電極は例えば、プレート状あるいはホイル状に形成されており、好ましくはほぼ互いに平行に設けられている（角柱形のエネルギー貯蔵セル）。電極積重物は巻回されていてもよく、ほぼ円柱形の形を有してよい（円柱形のエネルギー貯蔵セル）。「電極積重物」という言葉は、そのような電極巻回体も含むべきである。電極積重物は、リチウムあるいは別のアルカリ金属をイオン形状でも備えてよい。
【００１１】
「シート状あるいはプレート状のオブジェクト」とは、この発明の枠内においては、ほぼ平面状の対象物、好適には薄い平面状の対象物と理解されるべきである。その際平面状の対象物は、その面に対して垂直な方向（厚さ方向とも呼ばれる）の寸法が、完全に面の内部にある最大区間の寸法よりもはるかに小さい対象物である。
【００１２】
好ましくは、本方法では、マイクロショートを減らすために切断縁部に加工プロセスを実行するステップは、切断縁部を構造化するステップを備える。好ましくは、この実施例では、切断縁部を構造化するステップは、レーザー構造化装置によって実行される。この構成の１つの利点は、このような構造化によって、マイクロショートを特に迅速かつ効果的に回避できることにある。
【００１３】
好ましい一実施例では、レーザー構造化装置によって切断縁部を構造化するステップは、レーザー切断装置によってオブジェクトを切断するステップの後に実行される。別の好ましい一実施例では、レーザー構造化装置によって切断縁部を構造化するステップは、レーザー切断装置によってオブジェクトを切断するステップの前にも実行される。これらの実施例では、好ましくは切断縁部を構造化するステップのために、レーザー構造化装置としてレーザー切断装置が用いられる。
【００１４】
さらなる好ましい一実施例に従えば、レーザー構造化装置によって切断縁部を構造化するステップと、レーザー切断装置によってオブジェクトを切断するステップとは、ほぼ同時に実行される。
【００１５】
別の好ましい一実施例に従えば、マイクロショートを減らすために切断縁部に加工プロセスを実行するステップは、切断縁部に補助材料を塗布するステップを備える。この構成の１つの利点は、レーザービームによって切断を補助できることにある。
【００１６】
好ましくは、本方法では、切断縁部に補助材料を塗布するステップと、レーザー切断装置によってオブジェクトを切断するステップとは、ほぼ同時に実行される。特に好ましくは、補助材料は、レーザー切断装置によって用いられる波長に対して吸収係数が高いコンポーネントを備える。
【００１７】
好ましくは、本方法では、レーザー切断装置によってオブジェクトを切断するステップは、切断縁部で、熱可塑性のあるプラスチックファイバーの少なくとも一部が溶融するように、実行される。
【００１８】
好ましくは、本方法では、熱可塑性のあるプラスチックファイバーは、熱可塑性のあるポリエステル、特にポリエチレンテレフタレートを備える。
【００１９】
好ましくは、本方法では、レーザー切断装置によってオブジェクトを切断するステップは、少なくとも部分的に、以下の特性のうち少なくとも１つを備える、パルスを発するレーザーによって実行される。すなわち、４００ｎｍから１３００ｎｍの波長領域における最大波長、好適には１０７０ｎｍの最大波長と、５ｐｓから２００ｎｓのパルス幅領域におけるパルス幅、好適には３０ｎｓのパルス幅と、４０ｋＨｚから５０００ｋＨｚ好適には２５０ｋＨｚから１０００ｋＨｚの周波数領域における周波数であって５００ｋＨｚの周波数と、５０％を超えるオーバーラップ、好適には９０％を超えるオーバーラップと、２Ｍ２未満のビーム品質と、１ｋＷから２０ｋＷの出力範囲における出力、好適には５ｋＷの出力および／あるいは１０００μｍより小さいレーザー焦点サイズ、好適には３００μｍより小さいレーザー焦点サイズである。
【００２０】
好ましくは、本方法では、レーザー切断装置によってオブジェクトを切断するステップは、０．０１ｍ／ｓから２０ｍ／ｓのスピード範囲、好適には０．０５ｍ／ｓから６．０ｍ／ｓのスピード範囲、特に好ましくは０．５ｍ／ｓから４．０ｍ／ｓのスピード範囲における切断スピードで実行される。
【００２１】
好ましくは、本方法では、オブジェクトを切断するステップで、オブジェクトの切断縁部は、スリットを入れられた支え台のスリットの上に載置されている。
【００２２】
第２の態様によれば、本発明は切断システムに関する。シート状あるいはプレート状のオブジェクトを切断するシステム、特に電気化学的エネルギー貯蔵器を構築するための電極および／あるいはセパレータまたはそのような電極あるいはセパレータの一部を切断するシステムでは、この課題は、切断システムが、切断されるべきオブジェクトをレーザー切断装置に誘導するために構成されている搬送装置と、オブジェクトを切断するために構成されているレーザー切断装置と、マイクロショートを減らすために切断縁部に加工プロセスを実行するために構成されている加工装置とを備えることによって解決される。
【００２３】
好ましくは、加工装置は、切断縁部を構造化するために構成されているレーザー構造化装置を備える。代替的におよび／あるいは付加的に、加工装置は、切断縁部に補助材料を塗布するために構成されている材料塗布装置を備えてよい。
【００２４】
好ましくは、本切断システムでは、切断縁部で、熱可塑性のあるプラスチックファイバーの少なくとも一部の溶融が実行されるように、オブジェクトを切断するために、レーザー切断装置が構成されている。
【００２５】
好ましくは、本切断システムでは、レーザー切断装置は、イッテルビウムファイバーレーザーを備える。
【００２６】
この切断システムの利点と、用いられる用語とに関して、上記で本発明に係る切断法に関連する実施例が、対応するやり方で当てはまる。
【００２７】
本願発明は、先述の切断法に従って切断された、および／あるいは先述の切断システムを使って製造された電極もしくはセパレータを有する電気化学的エネルギー貯蔵装置のための電気セルにも関する。
【００２８】
本願発明のさらなる利点と特徴と適用可能性とは、図に関連して以下の記述からもたらされる。図に示されるのは以下である。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】本発明の一実施例に従った切断システムの概略図である。
【図２】本発明の一実施例に従った切断法のフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００３０】
本願発明は以下において、電気化学的エネルギー貯蔵器のためのセパレータと電極を切断する例で記述される。
【００３１】
図１は、本願発明の一実施例に従った切断システム１０の概略図を示している。切断システム１０は、切断されるべきセパレータベルト１あるいは切断されるべき電極ベルト１をレーザー切断装置２に誘導するために構成されている搬送装置５を備える。レーザー切断装置２は、レーザー切断ビーム２ａによって、切断縁部３でセパレータベルト１あるいは電極ベルトを切断する。図１において示されるのは、切断プロセスは、材料塗布装置６の材料ビーム６ａによって、切断縁部３で補助され得るということである。さらに図１においては、セパレータベルト１あるいは電極ベルトを、レーザー構造化ビーム４ａによって切断縁部３で構造化できるレーザー構造化装置４が示されている。切断プロセスの後に、セパレータベルト１から切断されたセパレータ１’もしくは電極ベルトから切断された電極は、搬出装置７によって、切断システム１０から搬出される。
【００３２】
図２は、本願発明の一実施例に従った切断法のフローチャートを示している。切断されるべきセパレータベルト１は、ステップＳ１において、レーザー切断装置に誘導される。ステップＳ２において、セパレータ１’はセパレータベルト１から切断され、マイクロショートを減らすために、ステップＳ３において切断縁部３に加工プロセスが実行される。図２において示された実施例に従えば、ステップＳ３はステップＳ２の後に実行される。しかし、図２において示されていない別の一実施例に従えば、ステップＳ２とステップＳ３とを同時に実行することも可能である。図２において示されていないさらなる別の一実施例に従えば、ステップＳ３をステップＳ２の前に実行することも可能である。図２において示されているのは、切断縁部３に加工プロセスを実行するステップＳ３は、切断縁部３を構造化するステップおよび／あるいは切断縁部３に補助材料を塗布するステップを備えてよいということである。
【符号の説明】
【００３３】
１  切断されるべきオブジェクト
２  レーザー切断装置
２ａ  レーザー切断ビーム
３  切断縁部
４  レーザー構造化装置
４ａ  レーザー構造化ビーム
５  搬送装置
６  材料塗布装置
６ａ  材料ビーム
７  搬出装置
１０  切断システム
Ｓ１  切断されるべきオブジェクトを誘導するステップ
Ｓ２  オブジェクトを切断するステップ
Ｓ３  切断縁部に加工プロセスを実行するステップ
Ｓ３ａ  切断縁部を構造化するステップ
Ｓ３ｂ  切断縁部に補助材料を塗布するステップ
Ｓ４  切断されたオブジェクトを運び出すステップ
【図１】
2014504429.tif 000003
【図２】
2014504429.tif 000004
【国際調査報告】
2014504429.tif 000005
2014504429.tif 000006
2014504429.tif 000007
2014504429.tif 000008
2014504429.tif 000009
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