(57)【要約】      （修正有）【課題】エネルギーセルの積層フォイルの切断に際し、切り子や層の剥がれ落ちの無い切断方法の提供。【解決手段】加工部位にエネルギーセルの複数のフォイルを配置し、レーザービームによってフォイルを切断する。その切断ヘッドはレーザー光源と、加工部位に向けられる液体のビーム（噴射流）を作り出すためのノズルとを持ち、この切断ヘッドは液体のビームの中へレーザー光源のレーザービームを導く様に作られているため、液体の噴射流がフォイルの切断エッジを冷却することができると同時に生じ得る溶融滴、切り子、及び／又は、切除物質の除去を行うことができる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
加工部位にエネルギーセルの複数のフォイルを配置するステップ、及び
一つの作業過程の中で複数のフォイルを切断するステップ、
を含むエネルギーセルの製造方法において、
フォイルの切断がレーザービームによって行われ、
このレーザービームが液体の中を案内される、
方法。
【請求項２】
複数のフォイルが加工部位の上で互いにスタックの形に積み重ねられて配置される、請求項１の方法。
【請求項３】
スタックの中の個々のフォイルそれぞれがセパレータによって互いに分離され或いは互いに間隔をあけて保持される、請求項２の方法。
【請求項４】
フォイルのスタックが本質的に柱状の形をしている、請求項２又は３の方法。
【請求項５】
液体がビームの形でフォイルに対して向けられ、切断の際にフォイルの切断エッジを冷却する、上記請求項の何れかの方法。
【請求項６】
レーザービームが液体ビームの中を加工部位の上のフォイル向けて案内される、上記請求項の何れかの方法。
【請求項７】
レーザービームがノズルによって液体ビームの中へ導かれる、上記請求項の何れかの方法。
【請求項８】
エネルギーセルがエネルギー貯蔵セル或いはバッテリー、又とりわけリチウム−イオンアキュムレータであり、又従ってフォイルがバッテリーフォイルであり、液体が溶媒或いはバッテリーの電解液を含んでいる、上記請求項の何れかの方法。
【請求項９】
切断の後のフォイルを乾燥するステップ、を含み、フォイル或いはスタックが、熱による又／或いは低い周囲圧力による液体の除去のために処理環境の中へ入れられ、又その処理環境が好ましくはチャンバ或いは容器として作られている、上記請求項の何れかの方法。
【請求項１０】
エネルギーセルの複数のフォイル（４）を互いにスタック(５)の形に積み重ねて配置するための加工部位（３）、及び
この加工部位（３）の上或いは傍に配置されている、一つの作業過程の中での複数のフォイル（４）を切断するための切断ヘッド（２）、
を備えたエネルギーセルの製造のための装置（１）において、
その切断ヘッド（２）がレーザー光源（８）と、加工部位（３）に向けられる液体ビーム（１４）を作り出すためのノズル（１７）とを有し、
この切断ヘッド（２）が液体ビーム（１４）の中へレーザー光源（８）のレーザービーム（１１）を導く様に作られている、
装置（１）。
【請求項１１】
加工部位（３）は、切断ヘッド（２）の下側にフォイル(４)を本質的に柱状の形に積み重ねるために形成されている、請求項１０の装置(１)。
【請求項１２】
加工部位(３)が切断ヘッド(２)に対して動くことができる様に取付けられており、又／或いは切断ヘッド(２)が加工部位(３)に対して動くことができる様に装着されている、請求項１０又は１１の装置(１)。
【請求項１３】
更に切断ヘッド(２)を用いて切断されたエネルギーセルのフォイル(４)から残っている液体を除去するための処理環境(７)を備えており、その処理環境(７)がフォイル(４)或いはフォイルのスタック(５)を収容するためのチャンバ或いは容器として作られている、請求項１０から１２までの何れかの装置(１)。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はエネルギーセル、とりわけバッテリーなどのエネルギー貯蔵セル、の製造のための方法並びにその実施のための装置に関する。本発明はとりわけリチウム−イオンアキュムレータ（蓄電池）の製造の中で用いられる。
【背景技術】
【０００２】
［技術水準］
バッテリー、とりわけリチウム−イオンアキュムレータ（蓄電池）、の組立てのためのバッテリーフォイルの製造の分野においてこれまで技術文献から知られているやり方は、例えば特許明細書ＤＥ１９７０５０３３Ａ１に記載されている様な、フォイルの機械的切断或いは押し抜きである。最近、ブリリアント（高輝度）なレーザービーム源、特にファイバーレーザー、を用いたバッテリーフォイルの切断も研究され又公開されている（例えば“先進的バッテリーのための電極の高速レーザー切断”ＩＣＡＬＥＯ，２０１０年９月２６−３０日、ハンス・ヘルフルト；シュテファン・ハイネマン）。
【０００３】
同じく噴射水流でガイドされたレーザー切断のためのプラント技術も知られており、市場で入手可能である(例えばＳｙｎｏｖａ社のレーザーマイクロジェット)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許明細書ＤＥ１９７０５０３３Ａ１
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００５】
［発明の開示］
本発明によって請求項１のステップを用いたエネルギーセルの製造のための方法と請求項１０のメルクマールを持つエネルギーセルの製造のための装置がもたらされる。本発明の好ましいメルクマールは諸従属請求項に述べられている。
それによると次のステップ、即ち、加工部位にエネルギーセルの複数のフォイルを配置し、及び一つの作業過程の中での複数のフォイルを切断し、フォイルの切断はレーザービームによって行われ、又レーザービームは液体の中を案内される、エネルギーセル、とりわけエネルギー貯蔵セル或いはバッテリー、の製造のための方法がもたらされる。
また、エネルギーセルの複数のフォイルを互いに積み重ねるための加工部位と、この加工部位の上或いは傍に配置されている、一つの作業過程の中での複数のフォイルの切断のための切断ヘッドとを持ち、その切断ヘッドはレーザー光源と、加工部位に向けられる液体のビーム（噴射流）を作り出すためのノズルとを持ち、この切断ヘッドは液体のビームの中へレーザー光源のレーザービームを導く様に作られている、エネルギーセルの製造のための装置がもたらされる。
【０００６】
［発明の利点］
本発明の或る好ましい実施態様では、液体はビーム（噴射流）の形でフォイルに対して向けられ、切断の際にフォイルの切断エッジを冷却する。好ましくは、レーザービームは液体ビームの中を加工部位のフォイルに向けて案内される。その際レーザービームはノズルによって、例えばレンズ及び／又は、例えばグラスファイバーの様な、ウェーブガイド（導波管）を含んでいる装置を用いて、液体ビームの中へ導かれる。液体ビームは好ましくは、レーザー光線を内部反射によって導き或いは案内する一種のウェーブガイド（導波管）となる。
【０００７】
本発明はフォイルが、とりわけフォイルの切断されたエッジが、本発明に基づく製造方法によって、他の製造、或いは組立て、方法の場合に見られる様に、汚損或いは損傷されることが殆どないと云う利点を持っている。切り子や層の剥がれ落ちはバッテリーに使用する場合フォイル間の短絡やそれによるバッテリーの故障をもたらす恐れがあるが、本発明に基づく製造方法によれば切断エッジの上に切り子が残らず又スタック層の剥がれ落ちも生じない。何故なら切断が丁度行われている時と場所で、液体のビームがレーザービームによる切断の際のフォイルのエッジの冷却だけでなく同時に、生じ得る溶融滴、切り子、及び／又は切除物質の除去に役立つからである。
【０００８】
本発明の或る好ましい実施態様ではレーザー光源はＤＰＳＳレーザー（“Ｄｉｏｄｅ  Ｐｕｍｐｅｄ  Ｓｏｌｉｄ  Ｓｔａｔｅ”レーザー或いはダイオード励起固体レーザーとも）、パルスレーザー及び／又はファイバーレーザーを含むことができる。その他の適当な種類のレーザーも当業者には知られている。バッテリーの製造に使用するためには幾つかのレーザービームを考えることができる。このレーザービームは例えば、電極フォイルの材料及び厚さに応じて、約５〜５０ワットの範囲或いは約１００〜１０００ワットの範囲の出力のものが考えられる。レーザービームの先端の大きさは好ましくは約５μｍ〜１００μｍの範囲内、更に好ましくは約１０μｍ〜２０μｍの範囲内、にある。
【０００９】
本発明の或る好ましい実施態様では複数のフォイルがスタックの形に重ね合わされて加工部位に配置される。個々のフォイルは好ましくはスタックの中でその時々の分離層或いはセパレータによって互いに分離され或いは絶縁されて保持される。好ましくは加工部位のフォイルのスタックは本質的に柱状の形、例えば角柱の形、をしている。これに関連して加工部位は好ましくは、本発明に基づく方法の切断ヘッドの下側に本質的に柱状の形にフォイルを積み重ねる様に作られている。
【００１０】
本発明の或る好ましい実施態様では、エネルギーセルはエネルギー貯蔵セル或いはバッテリー或いはアキュムレータ、とりわけリチウム−イオンアキュムレータ（蓄電池）であり、又フォイルはバッテリーフォイル或いは電極フォイルである。一般にこれ等のフォイルはそれぞれ約１０μｍ〜２００μｍの範囲内、好ましくは約１０μｍ〜１００μｍの範囲内の厚さを有している。例えば実際のリチウム−イオンアキュムレータ（蓄電池）の中の陽極フォイルは二つのグラファイト層の間の銅、層或いは、フォイルから成るサンドイッチ構造体を持っているのに対して、陰極フォイルは二層の金属酸化物、例えばＬｉＣｏＯ２、ＬｉＭｎ２Ｏ４、ＬｉＦｅＰｏ４、グラファイト(約５％まで)及び結合剤、の間のアルミ、層或いは、フォイルから成るサンドイッチ構造体を持っている。その際個々の陽極フォイルは好ましくは約５０μｍ〜１５０μｍの範囲内、更に好ましくは約８０μｍ〜１００μｍの範囲内、の厚さを持ち、又個々の陰極フォイルは約１００μｍ〜３００μｍの範囲内、好ましくは約１５０μｍ〜２００μｍの範囲内、の厚さを持っている。バッテリーのための複数のフォイルのスタックはそれ故約１ｍｍ〜５０ｍｍの範囲内、好ましくは約１ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内、の厚さとなることができる。その際レーザービームの案内のための液体は溶媒或いは又バッテリーの電解液とすることができる。バッテリー、或いは電極、フォイルを損傷させないその他の液体も使用することができる。それは後続の脱水プロセスで再びフォイルから或いは電極、又は陽極、陰極、材料から除去される水性の液体とすることができる。本発明の代替実施態様ではこのエネルギーセルは燃料電池とすることもでき、その場合このフォイルは燃料電池の電極となる。
【００１１】
従って本発明の或る好ましい実施態様ではこの方法は次のステップを含んでいる:残っている液体を除去するための、切断の後のフォイルの乾燥。このステップは例えば、熱或いは高温による及び／又は低い周囲圧力、従って負圧或いは部分真空、による液体の除去のための処理環境の中の、好ましくはスタックの形をした、フォイルの部位を含んでいる。この処理環境は好ましくはチャンバの中或いは容器の中にあることができる。
【００１２】
とりわけフォイルが柱状の場合の本発明のもう一つの製造技術的利点は、本発明は非常に均一で真直ぐな切断エッジを、分離層或いはセパレータを含めて、フォイルのスタック全体にわたって生み出すことができるということである。これができないと、パッキングの際に二つのバッテリーフォイルの接触又それによるバッテリー或いはアキュムレータの短絡や故障を引き起こすことがある。
【００１３】
本発明の或る好ましい実施態様では切断の間に加工部位のフォイルをレーザービームに対して動かし又／或いはレーザービームを加工部位のフォイルに対して動かすことができる。この観点からいえば加工部位は本発明に基づく装置の中の切断ヘッドに対して動くことができる様に取付けられている。代わりのやり方或いは追加として切断ヘッドは加工部位に対して動くことができる様に装着することができる。可動の加工部位及び／又は可動の切断ヘッドは好ましくは制御装置によって或いは一つ又は複数のステップモータを用いて制御される。フォイルスタック或いはフォイルは、生じ得る望ましくない動きを避けるために、好ましくは加工部位に固定或いは取付けられる。この様にすることによってフォイルスタックのエッジの切断は非常に精確に行われ且つ制御されることができる。
【００１４】
上に述べられた本発明の実施態様及び拡張例は、有意義である限り、互いに任意に組み合わされる。本発のその他の可能な実施態様及び実施の中には実施例に関してこれまでに或いは以下に記載される本発明の諸メルクマールの明示的に述べられていない組合せも含まれる。その場合とりわけ当業者は個々の実施態様を本発明のその時々の基本形態に対する改良或いは補足として追加することができるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
本発明が以下に図面の略図に示されている実施例に基づいて詳しく説明される。
【図１】図１は本発明の実施例に基づく方法及び装置を略示している。  添付の図面は本発明の実施例の別の理解を伝えるものである。その図面は一つの実施態様を示しており、本発明の原理とコンセプトの説明との関連で用いられている。その他の諸実施態様と掲げられている利点の多くはこの図面を見ることによって明らかとなる。図面に示されている諸要素は必ずしも互いに寸法通りに示されている訳ではない。
【実施例】
【００１６】
図１に基づいて本発明の一つの好ましい実施例に基づくエネルギー貯蔵セル或いはバッテリーの製造のための方法及び装置が詳しく説明される。図１に示されている装置１は加工部位３の上に配置された切断ヘッド２を備えている。切断ヘッド２の下側にある加工部位３は複数のフォイル４、即ちエネルギー貯蔵セル或いはバッテリーの電極フォイル、を配置するために作られている。フォイル４は加工部位３の上に互いに柱状のスタック、例えば矩形のスタック或いは、図１に示されている様に、円筒形のスタック５、の形に積み重ねられた薄いプレート或いは板の形をしている。スタック５の中の個々のフォイル４の間にはセパレート層６が配置されているので、隣接するフォイル４は互いに分離され或いは互いに間隔をあけて保持される。加工部位３には柱状の形に重ね合わされた電極フォイル４を切断ヘッド２の下に固定し又保持するために作られた支持台７が備えられている。
【００１７】
フォイル４とセパレート層６はバッテリーの用途に依存する異なる材料から作られている。陽極フォイルとしては、フォイルは例えば、厚さがそれぞれ３０〜４０μｍの２枚のグラファイト層の間に厚さが１０〜２０μｍの範囲内にある銅フォイルを持つラミネート或いはサンドイッチ構造体から成り立っているので、陽極フォイル全体の厚さは７０〜１００μｍの範囲内にある。陰極フォイルとしては、フォイルは例えば、厚さがそれぞれ７０〜８０μｍの範囲内にある２枚の金属酸化物層の間に厚さが２０〜３０μｍの範囲内にあるアルミフォイルを持つラミネート或いはサンドイッチ構造体から成り立っているので、陰極フォイル全体の厚さは１６０〜１９０μｍの範囲内にある。
【００１８】
切断ヘッド２はレーザー光源８を備えているが、このレーザー光源は例えばパルスレーザー或いはＣＷレーザー［連続波レーザー］として作ることができる。切断ヘッド２は更に、レーザー光源８によって生み出されたレーザー光線１１の中の一つを切断ヘッドのノズル装置１２の中へ或いはノズル装置を通して導くための少なくとも一枚のレンズ１０の付いた装置９を備えている。ノズル装置１２は加工部位３にあるフォイル４に合わせて液体ビーム１４を作り出すために、取入れ口１３を介して液体源と接続されている。換言すれば切断ヘッド２は、支持台７の上に取付けられているフォイルのスタック５に合わせて液体ビーム１４を生み出すためのノズル装置１２を含んでいる。この装置１２はチャンバ１６を備えた容器１５と、このチャンバ１６の出口として又液体ビーム１４の生成のために用いられるノズル１７とを含んでいる。
【００１９】
ノズル装置１２はレーザービーム１１の経路内に配置され、又ノズル容器１５の壁面にレーザービーム１１を投射することのできる窓１８を持っているが、この投射は、レーザービーム１１がノズル１７によって液体ビーム１４の中へ導かれる様に行われる。図１の詳細図“Ａ”に示されている様に、液体ビーム１４はレーザービーム１１のためのウェーブガイド（導波管）として働き、レーザービーム１１は内部反射により液体ビーム１４に沿ってフォイル４のスタック５に向けて導かれる。切断ヘッド２は加工部位３に対して、又とりわけ支持台７に対して少なくとも三つの次元の方向に（例えば空間軸ｘ、ｙ、ｚに沿って）動くことができる。更に切断ヘッド２の幾つかの部分、とりわけレーザー光源８、レンズ１０及び／又はノズル装置１２、は（例えば空間軸ｘ、ｙ、ｚに沿って）互いに相手に対して動くことができる様に取付けることができる。
【００２０】
本発明に基づくバッテリー或いはリチウム−イオン−アキュムレータ（蓄電池）の製造の際には積み重ねられた電極フォイル４が装置１の中の加工部位３に配置される。液体ビーム１４がノズル装置１２のノズル１７によって生み出され工作物、即ちフォイル４のスタック５、が、例えば支持台７の制御された動きによって及び／又は切断ヘッド２の制御された動きによって、この液体ビーム１４に向かって動かされる。フォイルのスタック５が液体ビーム１４との接触点に近づくと、レーザー光源８が、レーザービーム１１を発生させるために、スイッチオンされる。レーザービーム１１はレンズ１０によってノズル容器１５の窓１８を通して液体ビーム１４の中へ導かれ、液体ビーム１４に沿ってフォイル４の方へ案内される。スタック５が液体ビーム１４の中のレーザービーム１１と接触すると、レーザービーム１１は直ぐにフォイル４を切断し始める。支持台７と切断ヘッド２の動きは切断の間、フォイル４のスタック５の中の希望する形のエッジ１９を切断するために、持続される。液体とレーザーのビーム１１，１４の協働によって、フォイル４を通してとりわけクリーンで且つ真直ぐな切断面が生み出されるので、電極フォイル４の切断エッジ１９は殆ど全く溶融滴、切り子、或いはスタック層の剥がれ落ち無しに仕上げられる。
【００２１】
組み合わされた液体とレーザーのビーム１１，１４によるフォイルの切断が終わると、これ等のビームはスイッチオフされ、支持台７は切断されたフォイル４のスタック５と共に閉じた容器へと変えられ、フォイル４は乾燥、プロセス或いは、ステップを施される。支持台或いは容器７は、残っている液体があればこれをフォイルからこれを除去するために、例えば温風及び／又は負圧に曝される。次いでバッテリーの電極が、切断されたフォイル４から製造される。
【符号の説明】
【００２２】
１  発明の装置
２  切断ヘッド
３  加工部位
４  電極フォイル
５  フォイルのスタック
６  セパレート層
７  支持台
８  レーザー光源
９  レンズ付きの装置
１０  レンズ
１１  レーザービーム
１２  ノズル装置
１３  取入れ口
１４  液体ビーム
１５  容器
１６  チャンバ
１７  ノズル
１８  窓
１９  切断エッジ
【図１】
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