CN103229332A - 用于切割片状或板状物体的方法和系统 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种用于切割片状或板状物体的方法，特别是切割用于构造电化学能量储存器的电极和/或分隔物或者这种电极或分隔物的一部分的方法，其中切割方法具有以下步骤：(S1)将要切割的物体(1)引导到激光切割设备(2)处，(S2)通过激光切割设备(2)来切割物体(1)，以及(S3)在切割边缘(3)处执行处理过程以减少微短路。在切割边缘(3)处执行处理过程以减少微短路的步骤(S3)可以包括(S3a)构造切割边缘(3)和/或将辅助材料涂覆到切割边缘(3)。本发明还描述了一种用于切割片状或板状物体(1)，特别是切割用于构造电化学能量储存器的电极和/或分隔物或者这种电极或分隔物的一部分的系统(10)，其中切割系统(10)具有被设计为用于将要切割的物体(1)引导到激光切割设备(2)处的运输设备(5)、被设计为用于切割物体(1)的激光切割设备(2)，以及被设计为用于在切割边缘(3)处执行处理过程以减少微短路的处理设备(4、5)。

Description

用于切割片状或板状物体的方法和系统
描述
此处将优先申请DE102010053341.6和DE10201115118.8的全部内容通过引用的方式全部纳入本文。
本发明涉及用于切割片状或板状的物体的方法和系统，特别是切割用于构造电化学能量储存器的电极和/或分隔物或者此类电极或分隔物的一部分的方法和系统。
已知电池(初级储存器)和蓄电池(二级储存器)被用作电化学能量储存器，通过在其中施加充电电流，电能在电解质中的或在电解质之间的阴极和阳极之间的电化学充电反应中被转换为化学能并因此被储存，并通过在其中连接电负载，化学能在电化学放电反应中被转化为电能。其中，二级储存器容许多次(从几百次到超过10000个周期)充电和放电，而初级储存器通常仅充电一次并在放电之后被处理掉。应注意的是，特别是在交通工具领域，蓄电池也被称为电池。
需要有非常大量的电极和分隔物，所以对高品质的、高效的和廉价的制造工艺有需求。在制造电极和分隔物的过程中要注意的是，为了电极堆或单元的组装，这些组件被切割成相应的尺寸。对于连续的生产线，电极和分隔物是由电极带或分隔物带切割而成的。
因此，本发明的任务是，创造用于切割片状或板状的物体的、被改进的方法和被改进的系统。
该目的是通过根据权利要求1的用于切割片状或板状物体的方法，以及根据权利要求18的用于切割片状或板状物体的系统，以及根据权利要求23的电池被实现。有利的设计方案和改进方案是从属权利要求的主题。
根据第一个方面，本发明涉及一种切割方法。通过切割片状或板状物体的方法，特别是切割用于构造电化学能量储存器的电极和/或分隔物或者此类电极或分隔物的一部分的方法，这些目的将被实现，所述切割方法具有：将要切割的物体引导到激光切割设备，通过激光切割设备切割物体，以及在切割边缘执行处理过程以减少微短路。这些设计具有的优点是，可以快速执行切割过程，以及切割边缘具有为了进一步使用所需的质量，因为通过处理过程，可避免或充分减少在切割边缘处的微短路。
“电化学能量储存器”被理解为是指上述任何类型的能量储存器，从其可以提取电能，其中，在能量储存器的内部发生电化学反应。该术语包括所有类型的能量储存器，特别是初级电池和二级电池。电化学能量储存器具有至少一个电化学单元，优选为具有多个电化学单元。为了存储更大量的电荷，多个电化学单元可以并联连接，或为了实现所需的操作电压可以串联连接，或构造为并联和串联连接的组合。
“电化学单元”因此被理解成以用于输出电能为目的的设备，其中能量以化学形式被存储。在可充电的二级电池的情况下，单元也被构造为吸收电能，将其转换成化学能并储存。电化学单元的形态(即特别是尺寸和几何形状)能够取决于可用空间而被选择。优选的是，电化学单元基本上被构造为棱柱型或圆柱形。本发明特别地可按有利的方式使用电化学单元，其被描述为袋状电池(Pouchzellen)或咖啡袋电池(Coffeebagzellen)，而本发明的电化学单元不应该被限制在这些应用上。
这样的电化学单元通常具有电极堆，其至少部分地由壳体包围。此处“电极堆”应被理解为是指在至少两个电极和在其之间设置的电解质。电解质可部分地由分隔物所容纳，其中分隔物分隔电极。优选的是，电极堆具有多层的电极和分隔物，其中相同极性的电极每个都优选地彼此电连接，特别是并联连接。电极被构造为例如是板状的或箔状的，并且被优选地设置为基本上彼此平行(棱柱型能量存储单元)。电极堆也可是卷绕的，并具有基本上为圆柱形的形状(圆柱型能量存储单元)。术语“电极堆”还应该包括这种电极卷。电极堆可以具有锂或者同样离子形式的其它碱金属。
“片状或板状的物体”应在被发明的框架下被理解为实质上是扁平的物体，优选为是薄的扁平的物体。其中，扁平的物体是其在垂直于其表面的方向上(还称为厚度方向上)的尺寸显著地小于完全位于其表面上的最大延伸的尺寸的物体。
优选地，在该方法中，在切割边缘处执行处理过程以减少微短路的步骤包括切割边缘的构造。优选的是，在构造切割边缘的步骤的实施例中，通过激光构造设备(Laserstrukturierungsvorrichtung)来执行。这种设计方案的优点是，通过这种类型的构造，可以特别迅速且有效地避免微短路。
在优选的实施例中，在通过激光切割设备切割物体的步骤之后执行通过激光构造设备构造切割边缘的步骤。在另外一个优选的实施例中，通过激光构造设备构造切割边缘的步骤也可以在通过激光切割设备切割物体的步骤之前被执行。在这些实施例中，对于构造切割边缘的步骤，激光切割设备被优选地用作激光构造设备。
根据其他优选的实施例，通过激光构造设备构造切割边缘的步骤和通过激光切割设备切割物体的步骤将实质上被同时执行。
根据其他优选的实施例，在切割边缘处执行处理过程以减少微短路的步骤包括在切割边缘处涂覆辅助材料。这种设计方案的优点是，可以辅助通过激光束的切割。
优选地，在该方法中，在切割边缘处涂覆辅助材料的步骤和通过激光切割设备切割物体的步骤实质上被同时执行。特别优选的是，辅助材料包括相对于由激光切割设备所应用的波长具有被提高的吸收系数的成分。
优选地，在该方法中，通过激光切割设备切割的步骤被执行，使得在切割边缘处实现热塑性合成纤维的至少一部分的熔合。
优选地，在该方法中，热塑性合成纤维包括热塑性聚酯，特别是聚对苯二甲酸乙二酯(Polythylenterephthalat)。
优选地，在该方法中，由激光切割设备切割物体的步骤至少部分地通过脉冲激光来执行，所述脉冲激光具有下列特征中的至少一个：其最大波长在从400nm到1300nm的波长范围内，最大波长优选为1070nm；脉冲宽度在从5ps到200ns的脉冲宽度范围内，优选的脉冲宽度是30ns；频率在从40kHz到5000kHz的频率范围内，优选为从250kHz到1000kHz，且优选频率为500kHz；重叠超过50％，优选地重叠超过90％；光束质量＜2M2；在1kW到20kW功率范围内的功率，功率优选为5kW；和/或，激光焦斑尺寸小于1000μm，激光焦斑尺寸优选为小于300μm。
优选地，在该方法中，通过激光切割设备切割物体的步骤是以在从0.01m/s到20m/s的速度范围内的，优选为在从0.05m/s到6.0m/s的速度范围内的，以及特别优选为在从0.5m/s到4.0m/s的速度范围内的切割速度执行。
优选地，在该方法中，在切割物体的步骤中，物体的切割边缘位于被开槽的支架的槽处。
根据第二方面，本发明涉及切割系统。在用于切割片状或板状物体的系统上，特别是在用于切割用于构造电化学能量储存器的电极和/或分隔物或者这种电极或分隔物的一部分的系统上，该目的被解决为，切割系统具有被设计为用于将要切割的物体引导到激光切割设备处的运输设备、被设计为用于切割物体的激光切割设备、以及被设计用于在切割边缘处执行处理过程以减少微短路的处理设备。
优选地，处理设备具有激光构造设备，其被设计为用于构造切割边缘。可选地和/或额外地，处理设备可具有材料涂覆设备，其被设计为用于将辅助材料涂覆到切割边缘处。
优选地，在切割系统中，激光切割设备被设计为用于以如下方式切割物体，即在切割边缘处实现热塑性合成纤维的至少一部分的熔合。
优选地，在切割系统中，切割设备具有镱纤维激光器。
关于该切割系统的优点和所使用的术语，以相应的方式适用于上面关于根据本发明的切割方法所实现的实施方案。
本发明还涉及用于具有电极或分隔物的电化学能量储存器的电单元，该电极或分隔物根据上述的切割方法被切割和/或借助于上述的切割系统被制造。
本发明的其他的优点、特征和应用可能性将根据附图，由下面的描述所给出。其示出了：
图1示出了根据本发明的一个实施例的切割系统的示意性视图，以及
图2示出了根据本发明的一个实施例的切割方法的流程图。
接下来，本发明将关于电化学能量储存器的分隔物和电极的切割的示例来描述。
图1示出了根据本发明的一个实施例的切割系统10的示意性视图。切割系统10具有运输设备5，其被设计用于将要切割的分隔物带1或要切割的电极带1引导到激光切割设备1处。激光切割设备2通过激光束2a切割在切割边缘3处的分隔物带1或电极带。在图1中示出了，切割过程可通过材料涂覆设备6在切割边缘3处的材料束6a来辅助。此外，在图1中示出了激光构造设备4，其可以通过激光构造束4a在切割边缘3处构造分隔物带1或电极带。在切割过程后，从分隔物带1切割出的分隔物1’或从电极带切割出的电极通过运输设备7从切割系统10被运出。
图2示出了根据本发明的一个实施例的切割方法的流程图。要切割的分隔物带1将在步骤S1中被引导到激光切割设备处。在步骤S2中，分隔物1’将从分隔物带1切割出来，其中在步骤S3中，在切割边缘3处执行处理过程，以减少微短路。根据图2中所示的实施例，将在步骤S2之后实施步骤S3。根据在图2中未示出的另一个实施例，还可能的是，步骤S2和S3同时被执行。根据在图2中未示出的其他的另一个实施例，还可能的是，在步骤S2之前执行步骤S3。在图2中示出了，在切割边缘3处执行处理过程的步骤S2可以包括：构造切割边缘3，和/或将辅助材料涂覆到切割边缘3处。
参考标记列表
1     要切割的物体
2     激光切割设备
2a    激光切割束
3     切割边缘
4     激光构造设备
4a    激光构造束
5     运输设备
6     材料涂覆设备
6a    材料束
7     运出设备
10    切割系统
S1    引导要切割的物体
S2    物体的切割
S3    在切割边缘处执行处理过程
S3a   构造切割边缘
S3b   将辅助材料涂覆到切割边缘处
S4    运出被切割的物体

Claims (23)

1.一种用于切割片状或板状物体(1)的方法，所述方法特别是用于切割用于构造电化学能量储存器的的电极和/或分隔物或者这种电极或分隔物的一部分，其中所述切割方法具有以下步骤：
(S1)将要切割的物体(1)引导到激光切割设备(2)处，
(S2)通过所述激光切割设备(2)切割所述物体(1)，以及
(S3)在切割边缘(3)处执行处理过程以减少微短路。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述切割边缘(3)处执行处理过程以减少微短路的步骤(S3)具有：
(S3a)构造所述切割边缘(3)。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，执行通过激光构造设备(4)构造所述切割边缘(3)的步骤(S3a)。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在通过所述激光切割设备(2)切割所述物体(1)的步骤(S2)之后，执行通过所述激光构造设备(4)构造所述切割边缘(3)的步骤(S3a)。
5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，在通过所述激光切割设备(2)切割所述物体(1)的步骤(S2)之前，执行通过所述激光构造设备(4)构造所述切割边缘(3)的步骤(S3a)。
6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，对于构造所述切割边缘(3)的步骤(S3a)，步骤(S2)的所述激光切割设备(2)被用作激光构造设备。
7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，通过所述激光构造设备(4)构造所述切割边缘(3)的步骤(S3a)和通过激光切割设备(2)切割所述物体(1)的步骤(S2)实质上被同时执行。
8.如权利要求1到7中任一项所述的方法，其特征在于，在所述切割边缘(3)处执行处理过程以减少微短路的步骤(S3)包括：
(S3b)在所述切割边缘(3)处涂覆辅助材料。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，在所述切割边缘(3)处涂覆辅助材料的步骤(S3b)和通过所述激光切割设备(3)切割所述物体(1)的步骤(S2)实质上被同时执行。
10.如权利要求8或9所述的方法，其特征在于，所述辅助材料包括相对于由所述激光切割设备(2)所应用的波长具有被提高的吸收系数的成分。
11.如权利要求1到10中任一项所述的方法，其特征在于，所述片状或板状物体(1)具有作为承载材料的热塑性合成纤维。
12.如权利要求11所述的方法，其特征在于，通过所述激光切割设备(2)切割所述物体(1)的步骤(S2)以如下方式执行，即在所述切割边缘(3)处实现所述热塑性合成纤维的至少一部分的熔合。
13.如权利要求11或12所述的方法，其特征在于，所述热塑性合成纤维包括热塑性聚酯，特别是聚对苯二甲酸乙二酯。
14.如权利要求1到13中任一项所述的方法，其特征在于，由所述激光切割设备切割所述物体(1)的步骤(S2)至少部分地通过脉冲激光来执行，所述脉冲激光具有下列特性中的至少一个：
-最大波长在从400nm到1300nm的波长范围内，最大波长优选为1070nm；
-脉冲宽度在从5ps到200ns的脉冲宽度范围内，优选的脉冲宽度是30ns；
-频率在从40kHz到5000kHz的频率范围内，优选为从250kHz到1000kHz，且优选频率为500kHz；
-重叠超过50％，优选地重叠超过90％；
-光束质量＜2M2；
-功率在1kW到20kW的功率范围内，功率优选为5kW；
-激光焦斑尺寸小于1000μm，激光焦斑尺寸优选为小于300μm。
15.如权利要求1到14中任一项所述的方法，其特征在于，通过所述激光切割设备切割所述物体(1)的步骤(S2)是以在从0.01m/s到20m/s的速度范围内的，优选为在从0.05m/s到6.0m/s的速度范围内的，以及特别优选为在从0.5m/s到4.0m/s的速度范围内的切割速度执行。
16.如权利要求1到15中任一项所述的方法，其特征在于，在切割所述物体(1)的步骤(S2)中，所述物体(1)的所述切割边缘(3)位于被开槽的支架(8)的槽处。
17.如权利要求1到16中任一项所述的方法，其特征在于，在切割所述物体(1)的步骤(S2)中，使用镱纤维激光器。
18.一种用于切割片状或板状物体(1)的系统(10)，所述系统(10)特别是用于切割用于构造电化学能量储存器的电极和/或分隔物或者这种电极或分隔物的一部分，其中所述切割系统(10)包括：
-运输设备(5)，其被设计为用于将要切割的物体(1)引导到激光切割设备(2)处，
-激光切割设备(2)，其被设计为用于切割所述物体(1)，以及
-处理设备(4、5)，其被设计为用于在切割边缘(3)处执行处理过程以减少微短路。
19.如权利要求18所述的切割系统(10)，其特征在于，所述处理设备具有激光构造设备(4)，所述激光构造设备(4)被设计为用于构造所述切割边缘(3)。
20.如权利要求18或19所述的切割系统(10)，其特征在于，所述处理设备具有材料涂覆设备(6)，所述材料涂覆设备(6)被设计为用于将辅助材料涂覆到所述切割边缘(3)处。
21.如权利要求18到20中任一项所述的切割系统(10)，其特征在于，所述激光切割设备(2)被设计以如下方式切割所述物体(1)，即在所述切割边缘(3)处实现所述热塑性合成纤维的至少一部分的熔合。
22.如权利要求18到21中任一项所述的切割系统(10)，其特征在于，所述激光切割设备(2)具有镱纤维激光器。
23.一种电池，特别是被设计为在机动交通工具上使用的电池，所述电池具有应用了根据权利要求1到17中任一项所述的方法的和/或通过根据权利要求18到22中任一项所述的系统处理过的电极和/或分隔物。
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