用于从电极膜制造电极片的切割装置和方法与流程

本发明涉及用于从电极膜制造电极片的切割装置和方法。电极片尤其是在电池单体中、优选在二次电池单体中使用。

背景技术：

1、电池、尤其是锂离子电池正越来越多地用于驱动机动车。电池通常由单体组成，其中，每个单体都具有电极片的堆叠、即阳极片、阴极片和隔板片的堆叠。阳极板和阴极板中的至少一部分实施为电流导出体，用于将由单体提供的电流向着布置在单体之外的耗电器导出。

2、在制造锂离子电池单体时，所谓的载体材料、尤其是带形的载体材料、例如载体膜，优选在两侧涂覆有至少一种活性材料。载体膜形成电池单体的电流导出体。经涂覆的载体材料形成电极膜。电极膜在此是一种连续材料，该连续材料可通过切割工艺分割成电极片。这些电极片可在电池单体中使用。

3、在切割锂离子电池电极时通常使用剪切原理，在该剪切原理中上切割刀具与下切割刀具接触。这会导致高摩擦，并且因此导致更快的工具磨损。带有高的速度的切缝(也称为“割缝”；切割线平行于输送方向伸延；从电极膜制造出多个带有减小的宽度的电极膜)增大该问题。因此，目前切缝速被限制于最大120米/分钟。例如，切缝过程通过由碳化钨制成的上圆形刀具和下圆形刀具来实施。这些刀具必须在约200千米的切割线长度后重新磨削。由于所述刀具的重新磨削，通常产生高的运行成本。

4、切槽(也称为“开槽”，即导出体旗状部的制造，导出体旗状部作为电极膜的未涂覆组成部分从电极膜的涂覆部分沿侧向突起)以及电极分离(也称“分离”，即从电极膜制造电极片)作为切割后的单独的工序来执行。这些工序要么机械地进行要么通过激光进行。由于对于切缝和切槽或分离需要单独的机器，因此需要较高的投资和占地面积。

5、激光切槽是一种能源密集型工艺(大约6千瓦的设备功率需求)，并且产生热影响区。激光工艺效率不高，因为大部分集中的光束被电极膜的铜表面反射。尤其是需要一种特殊的绿光激光器来实现铜对光的更好吸收。这种激光器类型是昂贵的并且不允许高于80米/分钟的速度。

6、机械切槽具有高的工具磨损。此外，电极膜线圈的进给必须以规则的间隔停下，以便实施工艺步骤。这导致减少的切槽速度。

7、在切缝过程期间电极膜在z方向(电极膜的厚度方向，横向于输送方向)上的运动在切缝棱边处引起波状部。由于不存在配对工具，因此无法控制这种波纹。

8、电极膜在y方向(宽度方向，横向于输送方向和厚度方向)上的运动不受限制。这导致了y方向上的波纹。

9、由于在切缝和机械切槽时缺乏反作用力发生毛刺形成。

10、不仅切缝而且切槽都是电极制造工艺中最大的颗粒来源。对于这两种过程都必须安装幅面清洁设备、棱边清洁设备和工具清洁设备，这导致成本翻倍。

11、由ep2648264b1已知一种用于切割电极膜的装置。该装置包括刀具，该刀具由于横向于电极膜表面指向的运动而切开电极膜。

12、由jp3619618b2和kr101211804b1分别已知一种用于电极膜的切割装置。在此，电极膜的连续材料被引导通过两个具有圆形切割部的辊子。圆形切割部共同作用以用于执行切割线，从而可以将电极膜划分成较窄的带。

13、由kr2006-0080092a已知一种用于电极膜的切割装置。电极膜在引导通过辊子对，其中，一个辊子实施成柱状的并且用作用于电极膜的支撑面。另一个辊子具有切割轮廓和间距保持件。经由间距保持件使辊子相对彼此的间距固定。切割轮廓在电极膜处产生纵向于或横向于输送方向伸延的切割线。切割轮廓不接触相对置的辊子的支撑面。

技术实现思路

1、本发明的任务是至少部分解决关于现有技术所阐述的问题。尤其是，要提出一种用于从电极膜制造电极片的切割装置和方法，通过所述切割装置和方法，在低成本和高产品质量的同时实现制造工艺的高效率。

2、具有根据权利要求1的特征的切割装置和具有根据权利要求10的特征的方法有助于解决所述任务。从属权利要求的主题是有利的改进方案。在权利要求中单个列出的特征能以技术上有意义的方式相互组合并且可以通过说明书中的解释性事实和/或图中的细节进行补充，其中，示出本发明的其他实施变型方案。

3、提出了一种用于从电极膜制造电极片的切割装置。所述切割装置至少包括具有第一转动轴线的第一辊子和与所述第一辊子相对置地布置的具有第二转动轴线的至少一个第二辊子，所述第二转动轴线与第一转动轴线平行。所述第一辊子具有连贯柱状的第一支撑面，所述第一支撑面用于接触能引导穿过在所述辊子之间的第一间隙的电极膜。所述至少一个第二辊子具有切割轮廓，通过所述切割轮廓能够将至少一个切割线引入到在所述辊子旋转时引导穿过所述第一间隙的电极膜中。所述第二辊子具有包围所述切割轮廓的第二支撑面，所述第二支撑面用于接触能引导穿过所述第一间隙的电极膜，其中，所述第二支撑面至少相对于横向于所述第二转动轴线伸延的径向方向是可弹性变形的。

4、切割装置尤其是用于加工经涂覆的电极膜。覆层包括至少一种用于存储离子、尤其是锂离子的活性材料。

5、在电极膜上的涂覆可以在单侧处或在两侧处实施。尤其是，覆层具有至少5μm[微米]，尤其是介于5μm至40μm之间，优选介于8μm至25μm之间，特别优选至多40μm或甚至至多25μm的厚度。

6、电极膜尤其作为连续材料供应给切割装置。电极膜沿着输送方向引导穿过切割装置。输送方向尤其横向于辊子的转动轴线伸延并且伸延穿过在辊子之间的第一间隙。

7、利用切割装置从连续材料制造多个电极片。利用切割装置制造的电极片尤其是具有以下几何形状，所述几何形状实施成设置和适用于在电池单体中使用。

8、覆层沿着输送方向尤其是连贯地(优选在两侧处)布置在电极膜的载体材料上。在实施为连续材料的电极膜的侧面处可以(如有可能也连贯地沿着输送方向)设置未涂覆区域。这些未涂覆区域可构造电极片的导出体旗状部。

9、第一间隙的宽度尤其如此实施，使得第一间隙的宽度大于电极膜的延伸部。第一间隙的高度与电极膜相协调。

10、尤其是，切割轮廓始终与第一支撑面间隔开地布置。尤其是，具有切割轮廓的第二辊子尤其是如此相对于第一辊子布置，使得切割轮廓在切割装置运行期间、即在辊子旋转时在任何时间点都不与第一辊子的(不可弹性变形的)第一支撑面接触。但是，尤其是切割轮廓如此程度地穿过第一间隙并且朝向第一辊子延伸，使得至少电极膜的载体材料被完全切开。尤其是，切割轮廓相对于第一支撑面的最小间距为至少5μm，尤其是至少10μm，优选至多40μm，特别优选至多25μm或甚至至多15μm。

11、第二辊子具有包围切割轮廓的第二支撑面。该第二支撑面沿着径向方向是可弹性变形的。未变形的第二支撑面沿着径向方向尤其是如此程度地向外延伸，使得通过布置在第一间隙中的电极膜实现第二支撑面的变形。第二支撑面在第一间隙的区域中被电极膜朝向第二转动轴线排挤。

12、在第一间隙之外、例如沿着围绕第二转动轴线的周向方向，在电极膜与第二支撑面不接触的区域中，第二支撑面尤其是在未变形情况下存在。

13、由于第二支撑面的变形，切割装置在径向方向上延伸超过第二支撑面，并且由此可以在电极膜中产生所述至少一个切割线。

14、尤其是，未变形的第二支撑面在径向方向上至少与切割轮廓程度一样地延伸，或者甚至延伸超过切割轮廓。

15、尤其是，第一支撑面至少相对于径向方向是可弹性变形的。第一支撑面可以实施成由与第二支撑面相同类型的可弹性变形的材料制成，或者由不同地实施的可弹性变形的材料制成。未变形的第一支撑面沿着径向方向尤其是如此程度地向外延伸，使得通过布置在第一间隙中的电极膜实现第一支撑面的变形。第一支撑面在第一间隙的区域中被电极膜朝向第一转动轴线排挤。

16、可弹性变形的支撑面尤其是实现：在切割工艺期间，电极膜的覆层在切割线之外保持不受损伤。经由可弹性变形的支撑面可尽可能精确地调整由辊子作用到电极膜上的挤压力，其中，可以容易补偿公差、例如电极膜的公差或覆层厚度的公差。同时，经由至少一个被驱动的辊子可以均匀地传递在输送方向上作用到电极膜上的输送力。

17、尤其是，在第一支撑面可弹性变形的情况下，切割装置可以如此实施，使得电极膜完全被切割轮廓切开。然后，在此切割轮廓延伸穿过电极膜并且穿入到支撑膜的可弹性变形的材料中。因此，在此情况下，切割轮廓与第一支撑面尤其是不间隔开地布置。

18、经由调整在第一辊子和第二辊子之间的压靠力或通过选择(例如可弹性变形的支撑膜的和如有可能附加地第一支撑面的)可弹性变形的材料，可以调整切割轮廓从第二支撑面中出来的切割深度或投影。

19、尤其是，切割装置至少包括多个第二辊子，其中，每个第二辊子具有彼此不同的切割轮廓，通过所述切割轮廓可以将相应另一个切割线引入到电极膜中。第二辊子沿着电极膜的输送方向并且因此在周向方向上彼此间隔开地布置，并且与第一辊子一起构造相应的第一间隙。

20、在这里，电极膜尤其是至少部分地围绕第一辊子引导。因此，电极膜不仅在唯一的第一间隙的区域中与第一辊子接触，而且至少也在第二个第一间隙的区域中与第一辊子接触，如有可能还在第一辊子的第一支撑面的如下角度范围上与第一辊子接触，该角度范围在至少两个第一间隙之间延伸。

21、尤其是，至少在两个第二辊子之间、优选在相应两个第二辊子之间布置有无切割轮廓的第三辊子，其具有平行于第二转动轴线的第三转动轴线。第三辊子具有第三支撑面，其用于接触引导穿过在第三辊子和第一辊子之间的第二间隙的电极膜。

22、尤其是，至少一个第三辊子用于将电极膜压抵第一辊子，并且在电极膜的沿着输送方向(直接)位于第二间隙或第三辊子之前的区段中产生拉应力。

23、尤其是，多对相应第一辊子和第二辊子沿着输送方向依次布置，其中，通过每对辊子将预定的切割线引入到电极膜中。

24、尤其是，切割线关联于不同的切割线组。第一组的切割线可以例如仅仅关联于切缝(也称为“割缝”，切割线平行于输送方向伸延并且尤其是连续延伸；从电极膜制造出多个带有减小的宽度的电极膜)。

25、第二组的切割线可以例如仅仅关联于切槽(也称为“开槽”；即导出体旗状部的制造，导出体旗状部作为电极膜的未涂覆组成部分从电极膜的涂覆部分沿侧向突起)。这些切割线可以至少部分地横向于输送方向伸延，并且至少部分地平行于输送方向伸延。由此产生的导出体旗状部沿着输送方向彼此间隔开地布置在(作为连续材料存在的)电极膜处。沿着输送方向在导出体旗状部之间存在的电极膜的(尤其是未涂覆的)区域由于这些切割线而被分离和导出(并且尤其是不被用作电极片)。

26、例如，第三组的切割线可以例如仅仅关联于电极分离或分离(也称为“分离”；即从电极膜制造电极片)。这些切割线尤其是(至少部分地)横向于输送方向或平行于转动轴线伸延，其中，由于切割线从电极膜的连续材料中产生各个电极片。

27、尤其是，切割轮廓产生至少一个平行于转动轴线(第一转动轴线，至少一个第二转动轴线，如有可能第三转动轴线)伸延的切割线，通过这些切割线能够将电极膜分割成彼此分开的电极片。

28、尤其是，利用至少一对辊子(由第一辊子和第二辊子组成)沿着输送方向总是在另一对辊子之前进行切缝，该另一对辊子具有用于开槽和/或分离的切割轮廓。

29、尤其是，利用至少一对辊子沿着输送方向总是在另一对辊子之前进行开槽和/或切缝，该另一对辊子具有用于分离的切割轮廓。

30、尤其是，每对辊子或相应一个第二辊子仅关联于一组切割线。尤其是，每对辊子或相应一个第二辊子关联于恰好两组切割线上。优选地，仅设置一对辊子，通过这对辊子产生所有切割线组并且尤其是也产生所有为了制造电极片所需的切割线。

31、电极片尤其是具有为了布置在电池单体中所设置的几何形状。

32、尤其是，切割轮廓与第二辊子不可分开地实施，即与第二辊子一件式地实施。

33、尤其是，切割轮廓与第二辊子可分开地实施。因此能以简单的方式实现根据磨损更换切割轮廓。

34、尤其是，切割轮廓可以至少通过磁力固定在第二辊子上。

35、尤其是，形成所述支撑面中的至少一个支撑面的材料具有这样的纹理，使得在材料发生弹性变形时，远离相应的切割线指向的力从所述材料作用到所述电极膜上。例如，纹理可以螺旋形地实施，即围绕相应的辊子的转动轴线螺旋形地延伸。

36、形成支撑面的材料的可弹性变形性尤其是实现：通过切割线分开的电极膜区域由于弹性变形的材料的排挤而一同发生移位，从而支持切割轮廓的切割作用。利用材料的纹理还能增强这种效果。

37、可弹性变形的材料尤其包括聚合物，优选聚氨酯。这种材料可以实施为相应的辊子上的覆层。

38、否则，辊子实施成尤其是由钢(尤其是经镀铬)制成。

39、尤其是，切割轮廓包括一种众所周知的硬金属材料，优选碳化钨。

40、切割装置可以尤其布置在用于压延的装置中。在压延时，经涂覆的基底材料被引导穿过辊子组件，辊子组件如有可能被调温并且因此可以加热经涂覆的载体材料。经由辊压将覆层压实。通常实现至少20％的覆层密度的增加。尤其是，在此所述至少一个第一辊子可以实施为压延辊子。

41、切割装置优选设置用于加工完成涂覆的且完成压实的电极膜。尤其是，切割装置是用于加工电极膜的最后一个方法步骤，通过该方法步骤则可以提供各个电极片。但是，如有可能，切割装置也可与已知的切割装置组合。

42、由于多组切割线的结合，可以实现切割尺寸的提高的精确度，因为电极膜不进行重新定位，例如在切缝和开槽之间不进行重新定位。

43、通过由支撑面的可弹性变形的材料所引起的横向拉应力，可减少或甚至防止切割线附近区域中的波纹。

44、由于通过辊子引起压应力施加到电极膜上，可减少或防止切割线处形成毛刺。

45、切割装置可以容易地与用于制造单室单体的层压相结合，其中，阳极或阴极直接与隔板材料层压。替代将制造好的电极片堆叠和聚集在料仓中，每个单独的电极片都可以直接运输到层压工艺，以对隔板材料进行施覆。

46、无需在切缝、开槽和电极分离步骤之间运输电极膜。也省去了中间存放和包装。切割装置也可集成到压延中，其中，压延辊压件可作为第一辊子。

47、此外，还提出了一种用于利用切割装置、尤其是利用所描述的切割装置从电极膜制造多个电极片的方法。所述切割装置至少包括具有第一转动轴线的第一辊子和与所述第一辊子相对置地布置的具有第二转动轴线的至少一个第二辊子，所述第二转动轴线与第一转动轴线平行。所述第一辊子具有连贯柱状的第一支撑面，所述第一支撑面用于接触能引导穿过在所述辊子之间的第一间隙的电极膜。所述至少一个第二辊子具有切割轮廓，通过所述切割轮廓能够将至少一个切割线引入到在所述辊子旋转时引导穿过所述第一间隙的电极膜中。所述第二辊子具有包围所述切割轮廓的第二支撑面，所述第二支撑面用于接触能引导穿过所述第一间隙的电极膜。要么所述第二支撑面至少相对于横向于所述第二转动轴线伸延的径向方向是可弹性变形的，要么可弹性变形的支撑膜与所述电极膜一起被引导穿过所述第一间隙。所述方法至少包括以下步骤：

48、a)提供所述切割装置；

49、b)至少提供所述电极膜或附加地提供所述支撑膜；

50、c)至少将所述电极或附加地将所述支撑膜沿着输送方向输送通过所述切割装置的旋转的辊子；并且在此通过至少一个切割轮廓将所述切割线引入到所述电极膜中，其中，所述切割轮廓产生至少一个平行于所述转动轴线伸延的切割线，通过所述切割线能够将所述电极膜分割成彼此分开的电极片，从而制造出多个电极片。

51、所述切割装置包括：

52、-仅一个第一辊子和仅一个第二辊子；或

53、-仅一个第一辊子和多个第二辊子；或

54、-多个第一辊子和多个第二辊子。

55、尤其是，支撑膜专用地用于避免切割轮廓与(尤其是不可弹性变形的)第一支撑面接触。因此，支撑膜尤其只需置于第一辊子和第二辊子之间。如有可能，电极膜可在此之后单独进一步输送。

56、切割装置因此相应于所描述的切割装置，其中，可弹性变形的第二支撑面并不一定必须在所提出的方法中或在此处所使用的切割装置中实现。其功能可由可弹性变形的支撑膜满足。

57、尤其是，支撑膜布置在电极膜和第一辊子之间，从而至少一个切割轮廓可以延伸穿过电极膜并且延伸直到支撑膜中。

58、尤其是，在可弹性变形的支撑膜的情况下，切割装置可以如此实施，使得电极膜完全被切割轮廓切开。在此，然后切割轮廓延伸穿过电极膜并且穿入到支撑膜的可弹性变形的材料中。切割轮廓在此始终与第一支撑面间隔开地布置。

59、经由调整在第一辊子和第二辊子之间的压靠力或通过选择支撑膜的可弹性变形的材料，可以调整切割轮廓从电极膜中出来以及进入到支撑膜中的切割深度或投影。

60、还提出了一种电池单体，所述电池单体至少包括壳体和布置在该壳体中的至少一个电极片，所述电极片通过所描述的方法制造。

61、尤其是，电池单体包括围住容积的壳体和布置在容积中的至少一个第一电极类型的第一电极片、第二电极类型的第二电极片和布置在第一电极片与第二电极片之间的隔板材料以及电解质。

62、电池单体尤其是软包单体(具有由软包膜组成的可变形的壳体)或棱柱式单体(具有尺寸稳定的壳体)。软包膜是一种已知的可变形的壳体部件，其可用作用于所谓的软包单体的壳体。在此涉及一种复合材料，例如包括塑料和铝的复合材料。

63、电池单体尤其是锂离子电池单体。

64、多个电极片中的各个电极片相叠布置，并且尤其是形成堆叠。电极片分别关联于不同的电极类型，因此实施为阳极或阴极。在此，阳极和阴极交替布置并且相应地通过隔板材料彼此隔开地布置。

65、电池单体是一种电流存储器，该电流存储器例如在机动车中用于存储电能。尤其是，例如机动车具有用于驱动机动车的电机(牵引驱动器)，其中，电机可通过存储在电池单体中的电能来驱动。

66、还提出了一种机动车，该机动车至少包括牵引驱动器和带有所描述的至少一个电池单体的电池，其中，牵引驱动器可通过所述至少一个电池单体供应能量。

67、所述方法可尤其通过一种控制器来执行，该控制器配备、配置或编程为用于执行所描述的方法。利用控制器可以至少调节

68、-电极膜和如有可能附加地支撑膜沿着输送方向相对于辊子的速度；或

69、-至少一个被驱动的辊子的转动速度。

70、此外，所述方法也可以由计算机或利用控制单元的处理器来实施。

71、因此，还提出了一种用于处理数据的系统，该系统包括处理器，该处理器如此适配/配置，使得该处理器执行所述方法或所提出的方法的步骤的一部分。

72、可设置一种计算机可读的存储介质，该存储介质包括指令，所述指令在被计算机/处理器实施时促使计算机/处理器实施所述方法或所提出的方法的步骤的至少一部分。

73、对于切割装置的阐述内容尤其可转用于所述方法、电池单体、机动车、控制器以及转用于计算机实施的方法(即计算机或处理器、用于处理数据的系统、计算机可读的存储介质)，并且反之亦然。

74、尤其是在权利要求书和描绘权利要求书的说明书中使用不定冠词(“一个”、“一”)应理解为自身并且不应理解为数词。因此，由此引入的术语或部件应如此理解，即所述术语或部件存在至少一次，但是尤其是也可以存在多次。

75、为谨慎起见，要注意的是，这里使用的数词(“第一”、“第二”......)主要(仅)用于区分多个相同类型的对象、参量或过程，也就是说，尤其是不强制性地预设这些对象、参量或过程的依赖关系和/或顺序。如果需要依赖关系和/或顺序，则在此明确说明，或者对于本领域技术人员而言在研究具体描述的设计方案时显而易见地得到。如果一个构件可存在多次(“至少一个”)，则对这些构件中的一个构件的描述可同样适用于多个这些构件的一部分，但这不是强制性的。