CN113387213B - 用于加工电极幅材的方法和对此的加工装置 - Google Patents

用于加工电极幅材的方法和对此的加工装置 Download PDF

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Abstract

本发明说明一种用于加工电极幅材(4)的方法,其中,电极幅材(4)具有载体层(6)和电极材料(9),该电极材料仅在电极幅材(4)的材料区域(10)中施覆到载体层(6)上,从而留下无电极材料(8)的空留区域(12),用于构造导体(14),其中,电极幅材(4)沿输送方向(F)被引导通过加工装置(2),从而使得材料区域(10)和空留区域(12)并排地伸延;其中,加工装置(2)具有压延机(20),电极幅材(4)被引导通过压延机(20)并且利用该压延机将材料区域(10)压延,其中,加工装置(2)附加地具有至少一个辊(22a‑i),该辊构造成使得其对电极幅材(4)施加横向拉应力(F4)。此外说明一种相应的加工装置(2)。

Description

用于加工电极幅材的方法和对此的加工装置
技术领域
本发明涉及一种用于加工电极幅材(或电极片,即Elektrodenbahn)的方法以及一种对此适合的加工装置。
背景技术
电极幅材用于制造电池,即用于制造电化学的蓄能器。电池例如是锂离子电池,其被用作电动或混合动力车辆中的电的蓄能器,用于为所述车辆的电传动系供电。
电极幅材充当用于制造电池的电极的出发点。电极幅材相应地被构造成用于制造阳极或阴极,并视电极的类型而定由相应的材料组成。通常,电极幅材具有载体层,其例如在阳极的情况下由铜制成,在阴极的情况下由铝制成。电极材料,例如在阴极的情况下带有锂作为活性材料的混合物,在阳极的情况下带有石墨作为活性材料的混合物,单侧或两侧地施覆到载体层上。通常将其它材料例如粘接剂、溶剂、导电炭黑或其它添加剂混入到相应的混合物中。
载体层和电极材料的组合产生电极幅材,随后由该电极幅材制造多个电极。单个电极幅材例如被卷起成卷部地提供,经由开卷机展开并被供给至加工装置,用于进一步加工。
DE WO 2019/174844 A1描述了一种用于制造电极箔的方法。在此借助于两个压延机将电极箔压延,并且然后借助激光辐射将电极箔的导体箔的一部分切掉。
DE 10 2017 218 137 A1描述了一种用于制造电极总成的方法。DE 10 2012 005229 A1描述了一种用于制造电池单体的方法。
发明内容
在这种背景下,本发明的目的是,改善对电极幅材的加工。为此应说明一种相应的方法以及一种相应的加工装置。
根据本发明,该目的通过一种用于加工电极幅材的方法以及一种加工装置来实现。与方法相关的论述在意义上也适用于加工装置,反之亦然。如果下面描述方法的一些方法步骤,则会得到加工装置的有利设计,其方式尤其为,该加工装置被设计用来执行这些方法步骤中的一个或多个。如果下面描述各个部分、尤其是辊,则其优选是加工装置的部分。
该方法用来加工电极幅材,特别是用于电池的电极幅材。电极幅材也称为电极箔。电极幅材具有载体层和电极材料,该电极材料仅在电极幅材的材料区域中施覆到载体层上,从而留下无电极材料的空留区域,用于构造导体。电极幅材充当半成品,并且充当用于制造例如用于棱柱形单电池、圆形单电池或袋式单电池的各个电极的出发点。就此而言,所述方法尤其在制造电极时得到应用。对于制好的电极,导体用于使得该电极例如与导线或另一电极接触。材料区域也称为活性区域,因为它具有电化学活性的电极材料。空留区域也称为导体区域,因为由该导体区域构造导体用于接触电极或者用于从电极引导电流或把电流引导至电极。电极幅材一般也称为连续制品,因为电极幅材的长度通常明显大于宽度,并且可以卷起和展开。被卷起的电极幅材形成卷部,该卷部能以简单的方式供应给卷对卷方法。
在该方法的范畴内,电极幅材沿输送方向被引导通过加工装置,使得材料区域和空留区域并排地伸延。加工装置也称为加工机器或加工设备。在一种适当的设计中,加工装置是卷对卷装置,并且该方法尤其是卷对卷方法。电极幅材优选由加工装置的开卷机展开,或者备选地已经作为展开的幅材例如从沿着生产线前置的装置传递至加工装置。输送方向相应于电极幅材的纵向方向。横向方向横向于(即特别是垂直于)纵向方向伸延。电极幅材处于由纵向方向和横向方向形成的平面中。在该方法期间经过加工装置时,电极箔有可能转向一次或多次,从而相应地也使得平面和输送方向转向。材料区域和空留区域在纵向方向上并排地构造,并且相应地在输送方向上并排地伸延。空留区域和材料区域特别是直接彼此邻接,即空留区域在载体层上的电极材料终止并形成边缘的地方直接开始。空留区域的特征尤其在于该空留区域比材料区域薄,因为在该材料区域中的确施覆附加的电极材料。
在纵向方向上测量,电极幅材长度例如为数100m。垂直于纵向方向测量,电极幅材优选具有在10cm至150cm范围内的宽度。垂直于纵向方向测量,空留区域优选具有介于5cm至50cm之间的宽度。材料区域占据剩余的宽度。特别优选的是如下设计,其中单个材料区域居中地在两个旁侧的空留区域之间伸延,其中,这些空留区域优选也形成电极幅材的边缘区域。备选地,多个材料区域垂直于纵向方向与多个空留区域交替地布置。下面在不限制一般性的情况下,以具有如下材料区域的电极幅材为出发点,该材料区域在两侧由两个空留区域接壤。但这些阐述类似地也适用于其它几何形状。
载体层优选由金属构成,特别优选由铝或铜构成。载体层优选具有在5μm至20μm范围内的厚度。在空留区域中,电极幅材的厚度尤其相应于载体层的厚度,因为此处不存在其它的材料。在一种合适的设计中,电极材料由以锂和石墨作为活性材料的混合物构成。活性材料尤其根据载体层的材料来选择。适宜地向相应的混合物中混入一种或多种其它的材料,例如粘接剂、溶剂、导电炭黑或其它添加剂。在供应到加工装置中之前,优选以在50μm至200μm范围内的厚度施覆电极材料。电极材料优选在两侧施覆到载体层上,从而电极幅材在材料区域中于是具有在105μm至420μm范围内的厚度。备选地,电极材料仅单侧地施覆到载体层上,从而电极幅材在材料区域中于是具有在55μm至220μm范围内的厚度。下面在不限制一般性的情况下,以载体层在两侧用电极材料被涂覆为出发点。但这些阐述类似地也适用于仅单侧涂覆的载体层。
加工装置具有压延机,该压延机是加工装置的加工级。电极幅材被引导通过压延机,并且然后利用该压延机将材料区域压延。由此,既垂直于纵向方向、又垂直于横向方向(即垂直于电极幅材的平面)施加力,通过该力将电极材料挤压和压实。优选地,电极材料被压实30%至50%。通过挤压和压实,压延机特别是在所述平面中(即在横向方向上和/或在纵向方向上)产生力,因为这些是唯一剩余的电极幅材会朝其偏转的方向。
压延机具有至少两个或多个辊,这些辊相应地也称为压延辊。压延辊特征在于,其在所述方法中压靠到电极幅材上,以便由此压实电极材料。适宜地,电极幅材通过两个相互间间隔开地布置的压延辊,该间隔小于压延机之前的电极幅材厚度。相应的压延辊,特别是其与材料区域接触的侧面(或外周面,即Mantelflaeche),优选比电极材料更硬,为此由硬质材料制成。此处“硬质材料”和一般“材料”应理解成指硬度大于50HRC(即洛氏-硬度)的材料,优选地金属,特别是钢、淬火钢或铬钢,或者是碳纤维增强的塑料等等。一种也有利的设计是,其中辊完全地或部分地涂覆以硬质材料,优选碳化钨。适宜的还有多级的压延机,其中电极幅材沿输送方向相继地被引导通过多个加工级用于多级压实,这些加工级尤其各带有两个压延辊。
当前,加工装置现在附加地(即除了压延机之外)具有至少一个辊,该辊构造成使得其对电极幅材施加附加的拉应力,优选至少施加横向拉应力。借助附加的辊,因而附加地加工电极幅材,即有针对性地作用和横向牵拉,也就是说沿横向方向牵拉。辊产生横向拉应力,该横向拉应力横向于输送方向作用,并由辊引入到电极幅材中,特别是引入到载体层中。优选地,辊对电极幅材施加横向拉应力,以便避免形成褶皱,额别是避免载体层形成褶皱。换句话说:在该方法期间,辊对电极幅材施加横向拉应力,从而避免形成褶皱。特别是在该方法期间,可能通过压延机或加工装置的另一加工级而发生形成褶皱。
特别地,辊并非用于或者并非仅用于沿输送方向输送电极幅材。为了把电极箔输送通过加工装置,该加工装置适宜地针对电极箔具有开卷机和卷绕机,它们在输送方向上对电极箔施加幅材应力。
加工装置优选具有多个附加的用于加工载体层的辊,其中,这些辊于是并非必然相同类型地构造。辊通常特别是柱形,且沿着转动轴线伸延,辊围绕该转动轴线特别是旋转对称。辊在输送方向上布置在压延机之前或之后,于是为对此单独的加工级的一部分。备选地,辊设置在压延机内部,适宜地沿输送方向布置在多级的压延机的两个加工级之间。备选地,辊在压延机内部垂直于输送方向布置在压延辊附近,从而辊和压延辊具有共同的转动轴线,于是同时不同地加工电极幅材的不同的纵向区域。附加的辊尤其不是压延辊。附加的辊优选主要地或仅仅地用于作用到载体层上,而非必然用于加工电极材料,但该电极材料视辊相对于电极幅材的布置和功能而定可能也由辊加工。
本发明的出发点尤其是如下观察:在压延电极幅材时存在形成褶皱的危险,这对电极幅材的质量有不利影响。褶皱的形成特别是与加工期间幅材应力的大小有关,该幅材应力在输送方向上特别是通过用于电极幅材的卷绕机和开卷机而产生。随着幅材应力的增大,形成褶皱的危险也提高。附加地,有时也由于压延机而产生形成褶皱的危险,该压延机通过垂直于平面的挤压和压实而在横向方向和/或纵向方向上产生相应的力。
例如可以采用如下方式避免形成褶皱:载体层在输送方向上仅逐段地用电极材料涂覆,从而产生间断地涂覆的电极幅材,除了其它旁侧的相应地形成外边缘的空留区域之外,该电极幅材还带有横向于纵向方向伸延的空留区域。整个电极幅材也称为母圈(Muttercoil),并且例如首先被纵向切割,以便去除外边缘,然后在压延机中压延,并且随后再次例如居中地被纵向切割,以便得到多个平行伸延的部分幅材,这些部分幅材相应地也称为子圈(Tochtercoil)。相应的纵向切割也称为“开槽”或英文“Slitten”,并且是附加的切割操作,该切割操作作为加工级借助分切机(Slitter)执行。最后,相应的部分幅材然后被横向切割,由此被切分成各纵向区段,以便得到单个电极。压延和开槽例如在两个不同的设备上进行,因而在多个加工级中彼此分开成使得电极幅材在两个加工步骤之间相应地卷绕和又展开,由此在材料中形成不利的固有应力。在加热期间(例如在压延的过程中),这些应力被释放,由此通常产生褶皱。对于连续地被涂覆的电极幅材,可以减少形成褶皱,其方式为,电极幅材在压延机中加热,并且与纵向方向上的幅材应力相组合地,使得电极幅材的可能有褶皱危险的区域塑性变形。但是,所述的加热和塑性变形也导致相应的热量产生,特别是载体层的冷固化,这会不利地造成严重的氧化,并且有可能使得载体层的焊接性恶化。
与间断地涂覆的电极幅材相反,连续地涂覆的电极幅材具有在纵向方向上连续地构造的材料区域,因而具有在纵向方向上连续地施覆的电极材料。而对于间断地涂覆的电极幅材,导体特别是构造在两个沿纵向方向相继的材料区域之间,对于连续地涂覆的电极幅材,导体构造在材料区域旁侧。
下面要更准确地阐述在压延时形成褶皱的问题。出发点是如下事实:横向于纵向方向观察,电极幅材具有不同的厚度,因为电极材料仅仅在部分宽度上施覆。电极幅材在材料区域和空留区域中的两个假想的体积成分因此被不同地施加力。在空留区域中,首先在纵向方向上,幅材应力作为拉应力起作用。压延机的压应力垂直于电极幅材起作用,也就是既垂直于纵向方向起作用,又垂直于横向方向起作用,但仅在材料区域中起作用,因为该材料区域较厚。因而在空留区域中,垂直于电极幅材没有力起作用。纵向方向上的拉应力因此在横向方向上产生压应力,即产生负的延展,该负的延展把旁侧的空留区域朝向中间牵拉。与此相反在材料区域中情况是另一种。幅材应力在此虽然同样起作用,但此外在压延机中还有压应力,即负的延展,其通常大于幅材应力,从而在横向方向上产生附加的正的延展,该正的延展把材料区域推向外侧。结果,旁侧的空留区域因而被推向材料区域,相反,材料区域向外被推向空留区域,从而在此形成特别是在空留区域中可见的相应的褶皱。电极幅材的不同厚度的区域因而受到不同的横向应力,即在横向方向上且垂直于纵向方向的力。类似地,由于压应力,压延机可能也在纵向方向上产生附加的正的延展,该延展于是沿着压延机的纵向方向向前推动材料区域,即所谓向前和向后推动。这对于空留区域并不适用,从而结果材料区域在纵向方向上拉伸,但空留区域并不拉伸,从而在此也形成相应的褶皱,这些褶皱特别是在空留区域中也可见。电极幅材的不同厚度的区域因而受到不同的纵向应力,即在纵向方向上且横向于横向方向的力。
本发明的另一出发点尤其是如下观察:相比于开槽,压延通常更缓慢地进行,往往以一半的输送速度进行。例如,开槽以100m/min的输送速度进行,而压延以50m/min的速度进行。由此使得分切机产生相应减小的负荷。
本发明的另一出发点尤其是如下观察:电极幅材在分切机中即在纵向切割时并非沿纵向方向张紧,从而也不会产生垂直于输送方向的横向应力,分切机因此在电极幅材上产生不利的拉应力,且产生带有不利的毛刺的切削棱边(Schnittkante)。
下面还要更准确地描述在开槽时形成毛刺的问题。原则上可行的是,为了开槽,采用两个刀具(即上刀具和下刀具)的组合,这些刀具布置在电极幅材的相对而置的侧面上,相应地旋转,并且剪切式地在纵向方向上切分电极幅材。由于这些刀具按照原理彼此刮擦地剪切(Vorbeischeren),所以在切割时电极幅材的材料首先被牵拉到两个刀具之间,即朝向一个刀具的切割棱边被牵拉,从而产生褶皱。在切割棱边的区域中,还产生导致增加地形成毛刺的拉应力。还存在如下危险:在刀具持续磨损时,电极幅材的材料在其实际被切割之前首先从其平面向上或向下翘曲到切割缝隙中。结果是不平直的切削棱边。由于刮擦地剪切,在相应刀具的相对而置的侧面上也没有阻力抵抗刀具,从而电极幅材相应地朝该方向不受控地偏转,并且形成毛刺。开槽因而在整体上很不确定,并且非常不受控地进行。
如上已述,对间断地涂覆的电极幅材的加工不同于对连续地涂覆的电极幅材的加工。在不限制一般性的情况下,对于这两种情况,以被切分成两个子圈的单个母圈为出发点,但这些阐述类似地也适用于被切分成多于两个子圈的单个母圈。对于间断地涂覆的电极幅材,适宜地首先在彼此相继的材料区域旁侧,利用分切机把在横向方向上突伸的载体层切掉,也就是说,沿纵向方向把未涂覆的边缘区域切掉。由此在此在压延机中避免在后续压延时形成褶皱。然后在压延之后,在另一分切机中重新将电极幅材纵向切割,这次是居中地切割,以便得到两个平行伸延的部分幅材作为子圈。相应的子圈随后被刻槽(或刻痕,即notchen),且切分成各纵向区段,以便形成各个电极。在此,也由材料区域之间的空留区域制得相应的导体。在刻槽和切分之后,例如将各个电极堆叠。总之不利的是,电极幅材被纵向切割两次,一次是在压延之前,一次是在压延之后,从而总共需要至少三个加工级,即首先开槽,然后压延,然后第二次开槽。
对于连续地涂覆的电极幅材,用于构造导体的空留区域在材料区域旁侧伸延,该材料区域连续地沿着纵向方向伸延。电极幅材被供应给压延机,且在这种情况下加热。例如,电极幅材在压延机之前例如感应地或者借助红外辐射器被预热到150℃,并且压延辊具有170℃的温度,以便在通过时相应地进一步加热电极幅材。在压延机之后,电极幅材又冷却,例如冷却至室温。通过加热,电极幅材的材料变软,于是由于幅材应力而塑性地变形。可能的褶皱由此有利地被拉平,因而减少。但问题是载体层的已述的氧化和导体的由此产生的减小的焊接性以及有时存在于电极材料中的粘接剂的可能的熔化。电极幅材也通过加热而变得更易延展,失去强度,于是以后更难以切割。此外,任何加热都是相应的能量需求。在压延之后,把电极幅材供应给分切机,该分切机一方面把旁侧的空留区域缩短至对于导体所需要的宽度,而另一方面居中地切分材料区域,以便产生两个部分幅材作为子圈。然后在后续的单独的刻槽中最终构造导体。
基于上述考虑,可以识别出在加工电极幅材时的如下缺点:处理时间长、对电极幅材的操作繁琐、独立的加工步骤繁多、在压延和开槽时有形成褶皱的危险、在压延之前在先前未压实的电极材料中开槽时的切削质量降低、形成毛刺和形成断裂区以及在开槽时材料移动不受控且形成褶皱。
当前,现在通过至少一个附加的辊来消除一个或多个前述缺点。下面阐述辊的各种有利设计。通过多个或全部这些设计的组合,得到其它有利的设计。
首先,电极幅材优选是连续涂覆的电极幅材,而并未采用间断地涂覆的电极幅材。此外,电极幅材优选在两侧特别是同样地被涂覆,就此而言关于电极幅材的平面对称。优选地,电极幅材具有居中地沿纵向方向伸延的材料区域,该材料区域带有左侧和右侧。在材料区域的两侧,相应地邻接着空留区域,该空留区域沿纵向方向伸延,且用于构造导体。由此得到两个旁侧的空留区域,这些空留区域同时是电极幅材的边缘区域。空留区域也优选连续地即连贯地构造。
附加的辊围绕垂直于输送方向的转动轴线旋转,并且布置在电极幅材的上侧或下侧,从而电极幅材沿着辊的侧面移动。在此,辊适宜围绕其转动轴线转动,使得侧面以输送方向转动,并且在一定程度上带动电极幅材。优选地,加工装置的全部辊的转动轴线都相互平行。
当前,辊构造成使得它对电极幅材特别是载体层施加横向拉应力,有利地以便避免形成褶皱。该辊因而也称为横向拉力辊。横向拉应力尤其与用于形成褶皱的一种或多种上述效应相逆地起作用。横向拉应力是横向于即优选垂直于纵向方向并且由此也垂直于输送方向作用的力。横向拉应力朝向侧面向外起作用,并且从电极幅材中心相应地向外侧压迫或推动载体层。电极幅材特别是其载体层有利地借助辊在横向方向上被拉伸或者拉延,并在一定程度上被拉平。通过附加辊的横向拉应力,可以有效地避免在加工装置中加工时形成褶皱,因为利用横向拉应力提供附加的参数,以便改变作用到电极幅材上的力。横向拉应力可以通过横向拉力辊的具体设计根据需要来调节,并且适配于具体的应用情况。特别地,需要用来最佳地避免褶皱的横向拉应力与电极幅材在材料区域中的厚度及其在压延机中的压实有关,即与压延机中的压应力有关,但也与在输送方向上的幅材应力有关。
在一种适宜的设计中,辊构造成使得它作用在空留区域处,并且在该空留区域中施加横向拉应力。为此,辊在横向方向上且沿着其转动轴线观察具有不同的横向区段,即沿着空留区域伸延的外部区段和沿着材料区域伸延的内部区段。对于居中的材料区域—其带有两个旁侧的空留区域,辊于是相应地具有内部区段,该内部区段在旁侧被两个外部区段包夹。备选地,辊只有外部区段,并且在横向方向上延伸恰好不超过材料区域,而是仅沿着空留区域伸延,必要时向外伸延越过该空留区域。在多个空留区域情况下,加工装置优选针对每个空留区域都具有相应的辊,并且这些辊具有共同的转动轴线。相应的外部区段在相应的空留区域中作用在电极幅材上,且在此产生横向拉应力,相反,有时存在的内部区段最多对材料区域施加压应力。这种设计是特别有利的,以便补偿压延机的压应力,要么在压延机内部且作为其一部分,要么在压延机外部,特别是沿输送方向在该压延机之前。
在另一适宜的设计中,辊构造成使得它作用在材料区域处,并且在该材料区域中施加横向拉应力。为此,辊在横向方向上且沿着其转动轴线观察具有两个横向区段,即左侧区段和右侧区段,左侧区段从材料区域中间沿横向方向伸延至一侧,右侧区段相应地从材料区域中间沿横向方向伸延至另一侧。两个横向区段现在相应地在彼此相反的方向上施加横向拉应力,从而材料区域从中间朝向两侧向外拉伸、移动或被推动。这种设计是特别有利的,以便在沿纵向方向把电极幅材同时切分成多个部分幅材时避免形成毛刺及形成褶皱。
前述两种设计在加工机器中也可以组合,其方式尤其为,该加工机器具有两个附加的辊,其中的一个辊如所述作用在空留区域处,另一个辊如所述作用在材料区域处。
为了施加横向拉应力,在一种适宜的设计中,辊具有侧面,该侧面完全地或者部分地由橡胶例如聚氨酯制成。辊于是由此特别是被设计用来通过摩擦而产生横向拉应力。在围绕辊的环绕方向上,橡胶优选连续地即无中断地设计。术语“橡胶”在此尤其表示任何可压缩且具有大的摩擦—特别是比前面已阐述的硬质材料的摩擦大的摩擦—的材料。适宜地,侧面仅在相应的空留区域中即特别是沿着辊的相应的外部区段由橡胶制成。橡胶侧面例如制造成使得在特别是由硬质材料构成的辊的基体上施覆相应的橡胶层,其方式例如为,粘接或者围绕辊引导橡胶带。橡胶层特别是与电极材料的厚度有关,且适宜地比电极材料厚,以便能够实现一定的压缩。橡胶尤其可压缩,使得它在径向方向上被压缩100μm至500μm,例如300μm。例如,橡胶层具有在2mm至10mm范围内的、例如5mm的厚度。
备选地或附加地,在一种适宜的设计中,辊构造成使得它对空留区域施加相比于在材料区域上更大的压应力。由此于是辊特别是也被构造成用于通过摩擦来产生横向拉应力。适宜地,辊在空留区域中为此具有比在材料区域中更大的直径,其方式尤其为,相应的外部区段具有比内部区段大的直径。辊的在空留区域中和在材料区域中的直径差优选大于电极材料在材料区域中的厚度。
前述两种设计有利地组合成使得辊具有柱形的基体,该基体沿着相应的外部区段用橡胶(更确切地说橡胶层)包套,从而在此产生由橡胶构成的侧面,而沿着内部区段,侧面由基体材料形成。通过用橡胶包套,相应的外部区段自动地也具有比内部区段大的直径,其中,这些直径的差相应于橡胶层的厚度。
备选地或附加地,在一种适宜的设计中,为了施加横向拉应力,辊具有纹理化的侧面。辊因而在外圆周上具有纹理,通过该纹理在电极幅材上,特别是在其载体层上,产生横向拉应力。纹理也称为轮廓或结构。纹理化的侧面具有隆起或内凹或者具有这二者,从而辊的摩擦至少在纹理化的侧面的区域中相应地提高。纹理优选包括多个接片和/或槽,它们相互平行地伸延且相应地优选笔直地伸延。纹理(即隆起和/或内凹比如接片和/或槽)尤其以相对于输送方向的迎角(Anstellwinkel)定位(或靠放,即anstellen),从而在辊旋转及其作用在电极幅材上时产生相应的横向拉应力。迎角优选调节成使得所产生的横向拉应力通常补偿因压延机中的压应力和加工装置中的幅材应力所致的力,由此最佳地防止形成褶皱。迎角尤其也与电极材料的厚度以及在压延机中预设的压实有关。
迎角适宜地按如下方式来调节:从一组具有不同纹理化侧面的辊中选出一个合适的辊,并且装入到加工装置中。备选地,仅仅橡胶层可更换,并且为了调节迎角,类似于轮胎更换,仅更换基体上的橡胶层。迎角优选相应于褶皱以其伸延的角度,如果未通过辊产生附加的横向拉应力,就会产生所述褶皱。因此,适宜地按如下方式得到最佳的迎角,并且由此得到对具体纹理的选择:在校准中,在无横向拉应力的情况下把电极幅材引导通过加工装置,然后测量所产生的褶皱相对于输送方向的角度。优选地,迎角处于5°至50°特别优选至15°的范围内。纹理因而尤其平行于将产生的褶皱。
纹理优选是一种微观结构,即可能的隆起和内凹比如接片和槽,其只有微小的尺寸。在一种适宜的设计中,纹理化侧面的接片和/或槽具有介于50μm和1000μm之间的高度或深度。在一种适宜的设计中,纹理化侧面的接片和/或槽具有介于100μm和500μm之间的宽度。在一种适宜的设计中,纹理化侧面的接片和/或槽具有介于3000μm和5000μm之间的长度。隆起和/或内凹具有一种几何形状,该几何形状无须必然是笔直的,而是适宜地与褶皱的几何形状适配,特别是相应于其。
备选地或附加地,在一种有利的设计中,为了施加横向拉应力,辊螺旋形地构造,即为螺杆形、螺纹形、螺线形等。辊于是具有侧面,该侧面带有螺线状地围绕辊延伸的接片,从而该辊在整体上螺旋形地构造,其中,那么接片所谓形成螺纹。棱边、凸起等与接片等效。在一种适宜的设计中,接片本身类似于纹理的上述接片,但通常更大,相应地单个接片就足够了。通过螺旋形的设计,在一定程度上实现在横向方向上的输送作用,于是通过该输送作用产生横向拉应力。因此,电极幅材因而在横向方向上被螺旋形的辊推动,因而有利地被牵拉平整。辊的接片要么左旋地要么右旋地伸延,这取决于辊相对于电极幅材布置在何处和在什么方向上需要附加的力来平整或避免褶皱。如果辊作用在材料区域处,则辊在螺旋形设计方面关于垂直于横向方向的镜像平面优选镜像对称地设计。通过这种方式,接片于是在辊的第一半部左旋地伸延,而在第二半部右旋地伸延。
如已简述的那样,压延机可能沿输送方向产生在空留区域与材料区域之间的纵向应力差。该纵向应力差的产生方式为,通过压延机的压应力,有可能在纵向方向上产生附加的力,即附加的纵向拉应力,其特别是与幅材应力累加。由于在空留区域上并非这种情况,所以在那里产生比在材料区域上较小的纵向拉应力。在空留区域和材料区域中的这两个纵向拉应力的差于是就是纵向应力差。该纵向应力差是在输送方向上产生的,例如为直至1%。优选地,纵向应力差通过加工装置的辊之一予以补偿,其方式为,该辊产生附加的纵向拉应力,优选在空留区域中产生,但是,在材料区域中的相应的负的纵向拉应力也是可行且适宜的。相应的辊类似地称为纵向应力辊。如果先前及后续仅提及横向拉力辊,这些论述适宜地也适用于横向拉力辊和纵向应力辊。
在一种适宜的设计中,已施加横向拉应力的辊被设计除了施加该横向拉应力外,还施加纵向拉应力,从而补偿在输送方向上的应力差。因而适宜地,加工装置具有一辊,该辊既施加附加的横向拉应力,又施加附加的纵向拉应力,以便补偿因压延机所致的应力差,并避免形成褶皱或者逆转。
横向拉应力和纵向拉应力通常也相应地称为拉应力。
为了施加附加的纵向拉应力,原则上适宜采用与用来施加横向拉应力相同的方案,从而相应设计的辊有利地对电极幅材既施加横向拉应力,又施加纵向拉应力。相应地,上述说明适宜地也适用于施加附加的纵向拉应力的辊。相应地在一种适宜的设计中,为了特别是与横向拉应力相组合地施加纵向拉应力,辊具有完全地或部分地由橡胶制成的侧面。侧面适宜地被纹理化。
优选地,所述迎角选择成使得借助摩擦也产生适当的纵向拉应力。备选地或附加地,如已述的螺旋形辊也适合于既施加横向拉应力,又施加纵向拉应力。辊及其若有可能存在的纹理的确切设计、尺寸和方位,特别是根据该辊是作用在材料区域处还是作用在空留区域处来选择。
备选于或附加于借助摩擦来施加纵向拉应力的前述方案,在一种适宜的设计中,为了施加纵向拉应力,辊具有驱动部,例如电动机。如果无法如已述单独通过摩擦来补偿纵向应力差,则适宜地采用这种驱动部。该驱动部使得辊转动,因而相对于压延辊产生滑差,并且沿着或逆着输送方向产生作用到电极幅材上的相应力,因而最终产生附加的纵向拉应力。如果该辊布置在压延机内部并且布置在压延辊附近,且与该压延辊具有共同的转动轴线,则该辊和压延辊于是具有彼此分开的驱动部,从而该辊和压延辊能以不同的速度转动,以便补偿纵向应力差。
优选地,横向拉力辊是第一横向拉力辊,且布置在电极幅材的上方或下方,加工装置具有第二横向拉力辊,该第二横向拉力辊相对于第一横向拉力辊布置在电极幅材的相对而置的侧面上,从而两个横向拉力辊形成间隙,电极幅材被输送通过该间隙,从而其载体层在两侧相应地借助横向拉力辊予以加工。两个横向拉力辊形成一个辊对,且优选在产生横向拉应力方面相同类型地设计,特别是带有相同的尺寸、相同的纹理、相同的材料或者它们的组合。在此,第二横向拉力辊关于这一点优选地与第一横向拉力辊镜像对称地设计,其中,电极幅材形成镜像对称面。两个横向拉力辊尤其具有相反的转动方向。如果该辊对的两个辊双双具有纹理化的侧面,则在两个侧面上的相应的隆起和/或内凹适宜地彼此互补地构造,从而隆起与内凹相对而置,反之亦然,特别是如此,使得隆起和内凹彼此接合。
在一种有利的设计中,分割工具集成到所述辊或另一辊中,用于加工载体层,从而该载体层通过分割工具被切分。除了压延机外,还借助分割工具把切分集成到加工装置中,这是特别有利的,因为把两种功能集成在了单个加工装置中。分割工具优选是带有若干个刀片的刀具,“若干个”在此也通常是指“一个或多个”。该辊于是也称为切割辊。该辊切割电极幅材,特别是借助分割工具优选根据旋转切割原理来切割载体层。分割工具特别是其刀片优选由碳化钨制成。如果加工仅仅在空留区域中进行,则除了载体层外,根据原理也将电极材料切分。相应地在横向拉应力和分割工具相组合时,如下设计也是可考虑和适宜的:分割工具集成到第一辊中,并且由另一个第二辊施加横向拉应力。
通过把分割工具集成到加工装置中,除了压延之外,还把另一种功能集成到加工装置中。通常,这种集成的优点首先在于,电极幅材不必重复地针对不同的加工站卷绕和再展开,而是在一定程度上持续地且无中断地被引导通过多个加工站。压延和切分利用单个加工装置来进行。分割工具的集成本身无关于对横向拉应力的施加,但受益于此。因此,一种被视为具有独创性的设计是,加工装置具有辊,分割工具集成到该辊中,借助该分割工具特别是沿着纵向方向切分电极幅材,即使没有如下特征:加工装置附加地具有至少一个辊,该辊构造成使得它对电极幅材施加横向拉应力。这种加工装置本身已经具有提高集成度的优点,而与避免形成褶皱无关。
在一种适宜的设计中,借助分割工具在空留区域中如此切分载体层,使得反复地构造导体。在此,借助分割工具反复地分割出空留区域的第一纵向区段,从而产生空隙,在这些空隙之间留下了空留区域的第二纵向区段作为导体。由此特别是对电极幅材刻槽,从而不再需要事后的刻槽。由此侧向地适宜地产生矩形波信号形的侧棱边。分割工具相应地适宜地具有若干个在纵向方向上切割的纵向刀片和若干个在横向方向上切割的横向刀片。纵向刀片沿辊的环绕方向交替地布置在内部和外部,以便相应地割下或者留下纵向区段。沿环绕方向在两个纵向刀片之间布置有横向刀片,以便把空留区域的彼此相继的纵向区段彼此分割。
备选地或附加地,借助所述分割工具或另一分割工具在材料区域内沿着纵向方向如此切分电极幅材,使得形成多个并排地伸延的部分幅材。优选地,电极幅材被居中地切分。这些部分幅材相应地也称为子圈。例如,至少产生左边的部分幅材和右边的部分幅材。分割工具为此适宜地具有若干个刀片,这些刀片沿着围绕辊的共同的圆周线且在环绕方向上相继地布置,从而沿输送方向产生笔直的剖切。
用于产生部分幅材的分割工具与用于构造导体的分割工具共同地集成到单个辊中,或者两个分割工具分布到两个不同的辊上,从而在第一辊中集成第一分割工具,借助该第一分割工具在空留区域中切分载体层,从而反复地构造导体,并且在第二辊中集成第二分割工具,借助该第二分割工具在材料区域中沿着输送方向切分电极幅材,从而形成多个并排地伸延的部分幅材。
优选地,分割工具具有可调节的切削深度,其方式为,刀片可驶入到辊中,或者可从该辊中驶出。在一种适宜的设计中,分割工具的各刀片为此弹性地相互连接,也就是适宜地,沿辊的环绕方向相邻的两个刀片借助弹簧连接。在一种有利的设计中,调节螺钉沿着转动轴线伸延,调节锥体在横向方向上滑动地安置在该调节螺钉上。调节锥体从内部在径向方向上即垂直于转动轴线向外按压抵靠刀片,这些刀片被支撑抵靠调节锥体的侧面。由此实现调节机制,其中通过转动调节螺钉,调节锥体在横向方向上移动通过辊,视调节螺钉的转动方向而定,刀片于是在径向方向上进一步从辊中被推出,或者这些刀片通过弹簧伸入到辊中,从而结果可调节切削深度。
特别有利的是如下设计,其中辊相应地同时设计成横向拉力辊和切削辊,其中,于是分割工具集成到辊的产生横向拉应力的横向区段中。通过这种方式,在借助分割工具相应地切分时,自动地施加有利的横向拉应力,由此减少在切分时形成毛刺,也减少形成褶皱。特别是与橡胶的侧面相组合地,得到如下有利的设计:橡胶在与电极幅材接触时首先压缩,由此于是释放分割工具的刀片,这些刀片于是在最佳的横向拉应力情况下切分电极幅材。切削深度和橡胶的厚度在此适宜地适配于载体层和电极材料的厚度。侧面相应地可压缩,从而在侧面压缩时自动地以合适的切削深度释放分割工具。
在作为切割辊的设计中,在电极幅材的相对而置的侧面上的辊适宜地关联有配对辊,该配对辊与所述辊于是形成辊对。切割辊布置在电极幅材的上方或下方,并且加工装置具有相对于切割辊布置在电极幅材的相对而置的侧面上的配对辊,从而两个辊形成间隙,电极幅材被输送通过该间隙。在此,其载体层借助切割辊被加工,其中,配对辊的侧面形成分割工具的配对轮廓。分割工具因而所谓在配对辊上滚动。由此实现楔式切割,这相比于采用两个相对的刀具的剪切式切割具有减少形成毛刺和褶皱的优点。配对辊或者至少其侧面优选由硬质材料制成。而切割辊的侧面并非必然地由类似的或相同的材料制成,而是优选如前已述由橡胶制成。
特别适宜的是如下设计,其中配对辊是压延机的压延辊,从而切割辊布置在压延机中,并且在那里切分电极幅材。由此节省单独的配对辊,此外,压延辊通常已经由合适的材料制成,以用于用作配对辊。由于切割辊在分割工具的区域中明显压靠到配对辊上,有可能存在配对辊弯曲的危险,这特别是在压延机中是不利的。因此,在一种有利的设计中,在配对辊的与切割辊相对的一侧,布置附加的支持辊,从而切割辊和支持辊从相对而置的侧面上压靠到配对辊上,并且通过切割辊抵消单侧的力作用。这特别是在压延机中是有利的。支持辊适宜地由硬质材料制成。
在一种优选的设计中,压延机双级地构造,且具有三个压延辊,其中的一个压延辊对于两个其它的压延辊相应地充当配对辊,因而有利地被双重地使用。配对辊在此优选布置在两个其它的压延辊之间,从而它们布置在该压延辊的相对而置的侧面上。电极幅材在压延机中于是经过两个用于压实的加工级,从而电极材料被压实两次。如果切割辊集成到压延辊中,则压延辊—它是其它压延辊的配对辊—适宜地同时也是切割辊的配对辊,从而产生特别紧凑的布置。
在一种优选的设计中,加工装置具有用于供应电极幅材的幅材供应部和用于接纳被加工的电极幅材的幅材接纳部。幅材供应部优选具有开卷机,该开卷机使得电极幅材展开,并且沿输送方向输出。适宜地,幅材供应部附加地具有配对辊,该配对辊相对于开卷机布置在电极幅材的相对而置的侧面上,并且把电极幅材压靠到开卷机上,从而电极幅材受到通常的压应力,电极材料在该压应力情况下通常不会压实。类似地,幅材接纳部优选具有卷绕机,该卷绕机相应地在输送方向上接纳和卷绕电极幅材或其部分幅材。适宜地,幅材接纳部附加地同样类似地具有配对辊,该配对辊相对于卷绕机布置在电极幅材的相对而置的侧面上,并且把相应的部分幅材压靠到卷绕机上,从而电极幅材(更确切地说是相应的部分幅材)在此也受到通常的压应力,电极材料在该压应力情况下尤其不会压实。卷绕机和开卷机在输送方向上因而在电极幅材的纵向方向上产生幅材应力。
在幅材供应部与幅材接纳部之间,加工装置具有多个加工级,其中至少一个加工级由压延机形成,并且至少一个其它的加工级由至少一个附加的辊形成。附加辊的上述各种不同的设计现在沿输送方向通过一个或多个加工级实现。在此,原则上可以有所述方案的多种组合。下面,现在阐述加工装置的四种有利的加工级,借助这些加工级相应地实施所述方法的方法步骤。四个加工级的所述组合及其彼此间的相对位置是一种优选的设计,但并非必须采取这种形式本身,从而通过省去或添加一个或多个加工级以及通过加工级的相互间的其它组合和/或相对位置,得到其它有利的设计。
优选地,加工装置—特别是沿输送方向在幅材供应部之后—具有第一加工级,其带有辊,该辊构造成使得它作用在空留区域处,并且在该空留区域中施加横向拉应力,并且视设计而定也施加纵向拉应力,同时在空留区域中反复地构造导体。辊因而既是横向拉力辊,又是切割辊,如已述,特别是带有用于材料区域的内部区段和两个旁侧的外部区段,用于在旁侧的空留区域中施加横向拉应力。在电极幅材的相对而置的侧面上适宜地布置另一辊作为配对辊,该配对辊一方面同样是横向拉力辊,另一方面是用于切割辊的分割工具的配对辊。加工级因而在整体上是辊对,电极幅材被引导通过该辊对。
通过第一加工级实现第一方法步骤,在该方法步骤中对电极幅材刻槽,即在其中构造侧向导体,并且这尤其无褶皱。从相应的空留区域,因而在横向拉应力和幅材应力的影响下,一方面必要时与纵向拉应力相组合地,另一方面反复地切割导体。切割辊中的分割工具在此经过调节,从而切分载体层。横向拉力辊在此产生如此多的横向拉应力,从而褶皱被抹平,或者根本就不再产生。同时,横向拉应力,在切分时在空留区域中产生的废料被侧向地排出,例如进入滑槽。与切割辊的分割工具相对地,配对辊适宜地具有由硬质材料构成的侧面。省去下刀具。
优选地,加工装置具有第二加工级,其在电极箔的相对而置的侧面上具有压延机的两个压延辊,用于压实电极材料。附加的辊在此设计成横向拉力辊,或者设计成横向拉力和纵向应力辊,并且布置在压延辊之一的旁侧,并且与该压延辊一起具有共同的转动轴线。该压延辊仅作用到材料区域上,并且附加的辊仅作用到空留区域上。优选地,加工装置不仅具有附加的辊,而且还有其它三个辊,因而总共有四个辊,从而两个压延辊中的相应的压延辊在横向方向上在两侧被四个辊中的两个辊包夹,即被两个横向拉力辊包夹,并且与这些辊具有共同的转动轴线。四个辊相应地仅在空留区域中起作用,并且在那里施加横向拉应力,且在一种有利的设计中也施加附加的纵向拉应力。相应的压延辊优选仅仅如材料区域一样宽,从而附加的辊仅作用到空留区域上。第二加工级优选处于第一加工级之后,从而压延在刻槽之后进行,并且第二加工级的横向拉力辊作用到已经构造好的导体上。第二加工级因而在整体上也是辊对,电极幅材被引导通过该辊对。
通过第二加工级实现第二方法步骤,在该方法步骤中对电极幅材压延,其中,在此特别是在横向拉应力和幅材应力的影响下无褶皱地对电极材料压实。在此,横向拉应力和必要时的附加的纵向拉应力仅仅侧向地在空留区域中由旁侧的横向拉力辊产生,而电极材料居中地被压延辊压延。
优选地,加工装置具有第三加工级,其带有所述辊或另一辊,分割工具特别是如已述那样集成到该辊中,用于加工载体层,从而该载体层借助分割工具被切分。同时,所述辊构造成使得它作用在材料区域处,并且在该材料区域中施加横向拉应力。该辊因而是横向拉力辊,其同时是切割辊,即更确切地说,是用于产生部分幅材的分切机。在一种适宜的改进中,该辊也是纵向应力辊,且如所述产生附加的纵向拉应力。在电极幅材的相对而置的侧面上,适宜地设置另一辊作为配对辊,该配对辊一方面同样是横向拉力辊,另一方面是用于切割辊的分割工具的配对辊。作为配对辊,优选采用第二加工级的压延辊之一。于是如已述,适宜地附加地在切割辊对面存在支持辊。第三加工级适宜地处于第二加工级之后。
通过第三加工级实现第三方法步骤,在该方法步骤中对电极幅材开槽,即在该方法步骤中通过特别是居中的纵向剖切形成多个部分幅材,并且这尤其无毛刺和无褶皱。电极幅材因而在横向拉应力和幅材应力的影响下被切分成多个部分幅材。在此与压延辊相反地,横向拉力辊仅产生通常的压应力,从而在开槽时电极材料起初并不进一步被压实。通过这种压应力,却减少或者完全防止在切分时形成毛刺。通过横向拉应力,电极材料和载体层很少因切分时驶入分割工具而受到影响,尤其不会不受控地被牵拉到切割缝隙中。避免形成褶皱和由此形成的波纹轮廓。
优选地,加工装置具有第四加工级,其如第二加工级一样同样在电极箔的相对而置的侧面上具有压延机的两个压延辊,用于再次压实电极材料。第二和第四加工级形成压延机,因而作为双级的压延机,对于该压延机产生如上已述的有利设计。针对第二加工级的说明按照意义特别是也适用于第四加工级。优选地,与第二加工级类似地,在第四加工级中把四个附加的辊相应地设计成横向拉力辊,必要时附加地设计纵向应力辊,且设置在相应的压延辊的旁侧,从而相应的压延辊在横向方向上在两侧被两个横向拉力辊包夹,并且与这些横向拉力辊具有共同的转动轴线。压延辊仅与材料区域一样宽,从而横向拉力辊仅作用到空留区域上。第四加工级优选处于第三加工级之后,从而在切分特别是开槽之后,进一步将部分幅材的电极材料压实。附加地,特别是对在开槽时产生的切削棱边予以压延,从而把可能的毛刺压到一起和拉直,优选低于50μm的高度。
通过第四加工级实现第四方法步骤,在该方法步骤中对部分幅材压延,并且挤出(quetschen)来自第三加工级的可能的毛刺。这也在横向拉应力和幅材应力的影响下必要时与纵向拉应力相组合地进行,从而同样无褶皱地压实。类似于第二加工级,横向拉应力以及—视设计而定—附加的纵向拉应力仅仅侧向地在空留区域中通过旁侧的横向拉力辊而产生,而电极材料居中地被压延辊压延。
如果在第二、第三和第四加工级中采用具有纹理化的侧面的辊,则这些辊有可能产生载体层的和/或电极材料的结构或轮廓。通过纹理化的侧面,因而在空留区域和/或材料区域中产生一种图案。在空留区域中,这通常是没有问题的,因为在进一步加工电极时在此焊接导体。但至少在材料区域中,可能借助第三加工级产生的图案适宜地通过第四加工级予以补偿,也就是说,电极幅材特别是电极材料采用第四加工级被平整。为此,第四加工级的压延辊本身具有平整的侧面,以便使得材料区域中的电极材料在其已于第三加工级中被具有纹理化的侧面的横向拉力辊有可能结构化或轮廓化之后平整。独立于此,全部剩余的压延辊相应地也适宜地具有平整的侧面。一种特别适宜的设计是,第三加工级的辊—如果该辊具有纹理化的侧面—在侧面上具有隆起,从而在电极材料中形成内凹,这些内凹然后可通过第四加工级特别简单地平整。
结合第四加工级所述的辊,除了压延辊以外,优选独立地构造,因而每个加工级都相应地具有一个或多个适当的辊。仅仅一个或多个压延辊在多个加工级中适宜地多次使用。但一些也可行且适宜的设计是,不同加工级的多个辊的功能联合在单个辊中。
在卷绕机之前且在前述加工级之后,适宜地设置清洁级,该清洁级也称为幅材清洁部。借助清洁级,在第五方法步骤中对部分幅材清洁。例如,对电极幅材施加静电电荷,由此相应地吸入并去除轻的颗粒比如松动的电极材料。在卷绕机之后,适宜地把部分幅材分成各电极,其方式为,借助横向伸延的分割工具把部分幅材切分成合适长度的纵向区段,这些纵向区段于是相应地形成带有相关导体的电极。
总之,优选在全部四个加工站中,借助于特殊的横向拉力辊和/或横向拉力和纵向应力辊,在附加的横向拉应力及必要时的附加的纵向拉应力影响下,加工电极幅材,由此在整体上有效地避免形成褶皱。分割工具有利地在相应的加工级中仅布置在电极箔的一侧,并且抵靠在配对辊的侧面、即抵靠硬质材料或橡胶进行切割。有利地省去下刀具。通过纹理化的侧面(其特别是由橡胶构成,但备选地也可由硬质材料构成)可以特别有效地引入横向拉应力和/或纵向拉应力。压延辊的宽度适宜地相应于材料区域的宽度,从而在压延机中侧向地附加地借助旁侧的横向拉力辊有利地将横向拉应力及必要时的附加的纵向拉应力引入到空留区域中。当前无需对电极箔或压延辊加热或调温,从而适宜地将其省去,并且相应地节省能量。任何切分都在功能上集成到辊优选横向拉力辊中,从而节省用于切分的单独的处理步骤。合适地,压延分成两个方法步骤,由此实现有利的负荷分布,以及实现电极材料的特别高的密度。通过在开槽之后的压延,还有利地挤出可能的毛刺,由此特别是确保制好的电极具有10μm以下的边缘区域损伤。借助分割工具切分时的作用到相应配对辊上的水平力通过支持辊被有利地补偿。通过双重地使用压延辊之一作为在上压延辊与下压延辊之间的中间的压延辊,该中间的压延辊被最佳地平衡。
优选的是如下设计,其中横向拉力辊相对于上面的压延辊相应地具有带内凹的纹理化的侧面,并且横向拉力辊相对于中间的压延辊相应地具有带隆起的纹理化的侧面,这些隆起特别是构造成使得它们在电极幅材被输送通过时接合到对面的横向拉力辊的内凹中。通过这种方式,在电极幅材的上侧,在空留区域中特别是形成突出的轮廓或结构,其从下侧观察形成相应的内凹。横向拉力辊相对于下面的压延辊在此相应地优选具有带内凹的纹理化的侧面,这些内凹类似地特别是构造成使得它们在电极幅材被输送通过时接合到对面的中间的横向拉力辊的隆起中。但原则上也可设想且同样合适的是隆起和内凹的相反的布置。
开槽、压延和刻槽有利地集成在单个加工装置中。全部的方法步骤都特别是无褶皱地进行。就此而言,该方法特别地尤其是用于对连续地被涂覆的电极幅材无褶皱地压延和无毛刺的导体切割和纵向切割的方法。对电极幅材的操作明显简化,由此在加工中产生改善的节拍时间且产生例如介于80m/min至100m/min之间的高制造速度。
附图说明
下面借助附图更详细阐述本发明的实施例。其中相应示意性地:
图1示出加工装置;
图2a-f相应地截段式地示出电极幅材;
图3a、b相应地截段式地示出带有褶皱的另一电极幅材;
图4a-c相应地截段式地示出另一电极幅材;
图5a-b相应地截段式地示出另一电极幅材;
图6a-d示出在加工电极幅材时的幅材应力、压应力和负/正延展;
图6e-6g示出在加工电极幅材时的纵向应力差及对其的补偿;
图7示出用上刀具和下刀具对电极幅材的开槽;
图8示出图1的加工装置的第一加工级;
图9示出图1的加工装置的第二加工级;
图10示出图1的加工装置的第三加工级;
图11示出图1的加工装置的第四加工级;
图12a、b示出具有分割工具的辊的不同视图;
图13示出对于辊的一种变型;
图14示出对于辊的另一变型。
具体实施方式
图1中示范性地以剖视图示出带有四个加工级B1、B2、B3、B4的加工装置2的一个实施例,用于执行用来加工电极幅材4的方法。电极幅材4具有载体层6和电极材料8,该电极材料仅仅在电极幅材4的材料区域10中被施覆到载体层6上,从而留下无电极材料8的空留区域12,用于构造导体14。在图2a-f中相应地截段式地以俯视图在该方法的方法步骤期间示出电极幅材4。电极幅材4充当半成品,且充当用于制造用于未明确示出的电池的各个电极16的出发点。
在该方法的范畴内,电极幅材4沿输送方向F被引导通过加工装置2,使得材料区域10和空留区域12并排伸延。图1中的加工装置2是卷对卷装置,并且该方法是卷对卷方法。电极幅材4从加工装置2的开卷机18展开。输送方向F相应于电极幅材4的纵向方向。横向方向Q横向于(即在此垂直于)纵向方向,并且由此也垂直于输送方向F伸延。电极幅材4处于由纵向方向和横向方向Q形成的平面内。材料区域10和空留区域12沿输送方向F并排地伸延,并且直接相互邻接。空留区域12特征在于,它比材料区域10薄,因为在该材料区域中的确施覆额外的电极材料8。在图1和2a-f中,单个材料区域10居中地在两个旁侧的空留区域12之间伸延,这些空留区域也形成电极幅材4的边缘区域。但这些论述类似地也适用于其它的几何形状。
在此,载体层6具有处于5μm至20μm范围内的厚度d1。在此,电极材料8在供应到加工装置2中之前在两侧各以处于50μm至200μm范围内的厚度d2被施覆。相应地,电极幅材4在材料区域10中具有处于105μm至420μm范围内的厚度d3。在一种未示出的备选方案中,电极材料8仅仅单侧地施覆到载体层6上。这里所做的论述类似地也适用于仅仅单侧涂覆的载体层6。
加工装置2具有压延机20,电极幅材4被引导通过该压延机,并且利用该压延机来压延材料区域10。由此,既垂直于纵向方向、又垂直于横向方向Q(即垂直于电极幅材4的平面)施加用来压制并压实电极材料8的力。当前,电极材料8按两个彼此相继的级总共被压实30%至50%。通过压制和压实,压延机20在所述平面上,也就是在横向方向Q和/或纵向方向即输送方向F上产生力,因为它们是唯一剩余的电极幅材4会朝其偏转的方向。
当前,加工装置2现在附加地具有至少一个辊22a-i,借助该辊来加工载体层6,更确切地说,辊22a-i构造成使得它们对电极幅材4施加附加的拉应力,这里为至少一个横向拉应力F4。辊22a-i因而通常被构造成用于加工电极箔4。在图1的所示实施例中,加工装置甚至具有九个附加的辊22a-i,这些辊沿着输送方向F在不同的位置且在各种不同的加工站B1-B4中间或满足不同的功能,如更下面还将更准确地阐述的那样。如由图1已得出,相应的辊22a-i沿输送方向F布置在压延机20之前或之后,或者在该压延机内部如所示那样作为第三加工级B3的一部分沿输送方向F布置在多个压延机20的两个加工站B2、B4之间。另外的辊22a-f、h、i在压延机20内部垂直于输送方向F在相应的压延辊24附近布置成使得辊22a-f、h、i和压延辊24具有共同的转动轴线A,并且然后同时不同地加工电极幅材4的不同纵向区域,如在图9和11中可看出。附加的辊22a-i并不是压延辊24,而是主要或仅仅用于加工载体层6,而非必然用于加工电极材料8,但也可能视相应的辊22a-i相对于电极幅材4的布置和功能而定来加工该电极材料。
在压延电极幅材4时存在形成褶皱28的危险,这对电极幅材4的质量有不利影响。褶皱28的形成取决于在加工期间沿输送方向F通过开卷机18和卷绕机26产生的幅材应力F1的大小。示范性地在图3a和3b中示出带有褶皱28的电极箔4的两个示例。
在图4a-c中示范性地示出如何能够避免形成褶皱,其方式为,载体层6沿输送方向F仅逐段地用电极材料8予以涂覆,从而产生间断地被涂覆的电极幅材4,该电极幅材除了其它旁侧的相应地形成外边缘的空留区域12外,还带有横向于纵向方向伸延的空留区域12。如在图4a中可看出,整个电极幅材4首先被纵向地切割,以便去除外边缘,由此避免在后续的压延时形成褶皱。在压延之后,如图4b中所示,再次居中地纵向切割,以便得到多个平行伸延的部分幅材30。相应的纵向切割也称为“开槽”或者英文“Slitten”,并且是附加的借助未明确示出的分切机执行的切割操作。随后,如图4c中所示,相应的部分幅材30被横向切割,由此切分成纵向区段,以便得到各个电极16。压延和开槽在两个不同的设备上进行,使得电极幅材4在这些设备之间被卷绕并且又展开,由此在材料中形成不利的固有应力。在压延中加热期间,会释放这些应力,由此于是通常仍会产生褶皱28。也不利的是,电极幅材4被纵向切割两次,一次是在压延之前,一次是在压延之后,从而总共需要至少三个加工级,即第一次开槽,然后压延,然后是第二次开槽。
与间断地涂覆的电极幅材4相反,连续地涂覆的电极幅材4具有在纵向方向上连续地构造的材料区域10,并且因而具有在纵向方向上连续地施覆的电极材料8。在图5a、b中示范性地示出如何能够减少连续涂覆的电极幅材4的褶皱形成,其方式为,在尚于图5a中所示的方法步骤之前进行的压延期间,对电极幅材4加热,并且与幅材应力F1相结合地在纵向方向上使得电极幅材4的可能有褶皱危险的区域塑性地变形。加热和塑性变形也会发出相应的热量,并且尤其导致载体层6的冷固化,这会不利地导致提高的氧化,并且有可能使得载体层6的可焊接性恶化。在图5a中,电极幅材既在旁侧又在中间被纵向切割。对于间断地涂覆的电极幅材4,导体14构造在沿纵向方向相继的两个材料区域10之间,而对于间断地涂覆的电极幅材4,如图5b中可看出,导体14构造在材料区域10的旁侧。为了最终构造导体14,需要后续的单独的刻槽,以便去除在开槽之后还剩下的中间区域32。
在压延时形成褶皱的问题应借助图6a-g更准确地阐述。出发点是如下事实:电极幅材4横向于纵向方向观察具有不同的厚度d3,因为电极材料8仅在部分宽度上被施覆。图6c示出电极幅材4在材料区域10中的假想的体积成分,并且图6d示出电极幅材4在空留区域12中的假想的体积成分。这些体积成分被不同地加载以力F1、F1'、F2、F3。在空留区域12中,幅材应力F1作为拉应力首先沿纵向方向起作用。然而,垂直于电极幅材4(即既垂直于纵向方向又垂直于横向方向Q),压延机20的压应力F2仅在材料区域10中起作用,因为该材料区域较厚。因而在空留区域12中,垂直于电极幅材4没有力作用。在纵向方向上的拉应力因而产生压应力,即在横向方向Q上的负延展F3,也就是朝向中间牵拉旁侧空留区域12的负延展。与此相反,在材料区域10中情况是另一种。幅材应力F1在此虽然同样起作用,但此外还在压延机20中有通常超过幅材应力F1的压应力F2即负延展起作用,从而在横向方向Q上产生附加的正的延展F3,其向外侧推动材料区域12。结果,旁侧空留区域12因而朝向材料区域10被推动,相反,材料区域10向外朝向空留区域12被推动,从而在此形成相应的褶皱28。此外,由于压应力,压延机20在此也在纵向方向上产生附加的正的延展,该延展沿着压延机20的纵向方向向前推动材料区域10。这在图6c中按如下方式说明:这里在纵向方向上现在有纵向拉应力F1'起作用,它是幅材应力F1与附加的由压延机20引起的纵向拉应力的总和,其也称为纵向应力差dF。这并不适用于空留区域12,从而结果材料区域10沿纵向方向(即输送方向F)被拉伸,但空留区域12并不拉伸,从而在此也形成相应的褶皱。因此,电极幅材4的不同厚度的区域受到不同的纵向应力,即在纵向方向上和横向于横向方向Q的力。
纵向应力差作为幅材应力F1与纵向拉应力F1'的差而产生。这在图6e-g中示范性地示出,其中,这里简化地仅考察在纵向方向上的力。图6e以俯视图在压延机20之前示出电极幅材4。首先,幅材应力F1既作用到材料区域10上,又作用到空留区域上。图6f示出在产生纵向应力差dF的压延机20中的情况,从而在材料区域10中纵向拉应力F1'大于在空留区域12中,在那里此外仅幅材应力F1起作用。为了补偿所述纵向应力差dF,在图6f中例如在压延机20中或之后,并且例如借助辊22c-f、h、i中的一个或多个施加附加的纵向拉应力F5,以便补偿纵向应力差dF,从而也在空留区域中产生纵向拉应力F1',如图6g中可看出。备选地或附加地也可行且适宜的是,借助辊22g在材料区域20中产生相应负的纵向拉应力。
下面将借助图7阐述另一个问题,即在开槽时形成毛刺。原则上可行的是,为了开槽,采用两个刀具34、36即上刀具34和下刀具36的组合,这些刀具布置在电极幅材4的相对而置的侧面上,相应地旋转,并且剪切式地沿纵向方向将电极幅材4切分。由于刀具34、36按照原理彼此刮擦地剪切,所以在切割时电极幅材4的材料首先被牵拉到两个刀具34、36之间,即朝向这里的上刀具34的切割棱边被牵拉,从而产生褶皱。在切割棱边的区域中,还产生导致增加地形成毛刺的拉应力。也存在如下危险:在刀具34、36持续磨损时,如图7中可看出,电极幅材4的材料在其实际被切割之前首先从其平面向下翘曲到切割缝隙中。结果就是不平直的切削棱边。由于刮擦地剪切,即使在相应刀具34、36的相对而置的侧面上也没有阻力抵抗刀具,从而电极幅材4相应地在该方向上不受控地偏转,并且形成毛刺。开槽因而在整体上很不确定,并且非常不受控地进行。
当前,现在通过附加的辊22a-i消除提及缺点中的一个或多个。辊22a-i的这里明确示出的设计虽然是优选的实施例,但在此只是众多适合的实施例之一。附加的辊22a-i相应地围绕垂直于输送方向F的转动轴线A旋转,并且相应地布置在电极幅材4的上侧或下侧上,从而该电极幅材在相应的辊22a-i的侧面M上被引导。相应辊22a-i的转动方向用围绕相应转动轴线A的相应箭头来表示。
在图1的实施例中,加工装置2具有用于供应电极幅材4的幅材供应部38和用于接纳被加工的电极幅材4的幅材接纳部40。幅材供应部38在此是与配对辊42相组合的开卷机18,该配对辊把电极幅材4压靠到开卷机18处。类似地,幅材接纳部40是卷绕机26与配对辊44的组合,该配对辊把相应的部分幅材30压靠到卷绕机26上。卷绕机26和开卷机18在输送方向F上产生幅材应力F1,这在图1中用围绕转动轴线A的相应箭头来表示。
在幅材供应部38与幅材接纳部40之间,加工装置2具有多个加工级B1-B4,其中的两个加工级在此由带有辊22c-f、h、i的压延机20形成,剩余的两个加工级相应地由辊22a、b、g形成。借助四个加工级B1-B4相应地实施所述方法的一个方法步骤。加工级B1-B4的在此示出的相互组合及其彼此间的相对位置是适宜的设计,但并非必须采取这种形式本身,从而通过省去或添加一个或多个加工级B1-B4以及通过加工级B1-B4的相互间的其它组合和/或相对位置,得到其它适宜的设计。
图1中示出的加工装置2沿输送方向F在幅材供应部38之后具有第一加工级B1,其带有辊22a,该辊构造成使得它作用在空留区域12上,并且在该空留区域中施加横向拉应力F4,并且同时在空留区域12中反复地构造导体14。图8中沿输送方向F示出第一加工级B1的视图,从而横向方向Q处于图纸平面中。辊22a既可以是横向拉力辊,又可以是切割辊,其带有用于材料区域10的内部区段46和两个旁侧的外部区段48,用于在旁侧的空留区域12中施加横向拉应力F4。在电极幅材4的相对而置的侧面上布置另一辊24b,该辊一方面同样是横向拉力辊,另一方面是用于另一辊22a的分割工具50的配对辊。第一加工级B1因而在整体上是辊对,并且实现在图2b中示出的第一方法步骤,在该方法步骤中对电极幅材4刻槽,即在其中构造侧向导体14。从相应的空留区域12,在横向拉应力F4和幅材应力F1的影响下一方面与幅材应力F1另一方面反复地切割导体14。辊22a、b在此产生如此多的横向拉应力F4,从而褶皱被抹平,或者甚至不再产生。同时,通过横向拉应力F4,在切分时在空留区域12中产生的废料被侧向地排出。可选地,借助一个或两个辊22a、b,也产生附加的纵向拉应力F5,以便补偿由压延机20引起的纵向应力差dF。
另外,图1中的加工装置2具有第二加工级B2,该第二加工级更准确地在图9的视图中沿着输送方向F被示出,从而横向方向Q处于图纸平面中。第二加工级B2在电极幅材4的相对而置的侧面上具有压延机20的两个压延辊24,用于压实电极材料8。附加的辊22c、d、e、f在此构造成横向拉力辊,且各布置在压延辊24之一的旁侧。由此,加工装置2在第二加工级B2中在此总共如此具有四个附加的辊22c-f,使得两个压延辊24中的相应的压延辊在横向方向Q上在两侧被两个附加的辊22c-f包夹,即被两个横向辊包夹,并且与其具有共同的转动轴线A。相应的压延辊24仅仅和材料区域10一样宽,并且仅作用到所述材料区域10上,从而附加的辊22c-f仅作用到空留区域12上。第二加工级B2在此接着第一加工级B1之后,从而压延在刻槽之后进行,并且第二加工级B2的横向辊作用到已经构造好的导体14上。第二加工级B2在总体上也是辊对。通过第二加工级B2来实现如图2c中所示的第二方法步骤,在该第二方法步骤中,电极材料8在横向拉应力F4和幅材应力F1的影响下无褶皱地被压实。在此,横向拉应力F4仅仅侧向地在空留区域12中由旁侧的辊22c-f产生,而在中间,电极材料8被压延辊24压延。可选地,借助辊22c-f中的一个或多个也产生附加的纵向拉应力F5,以便直接在压延机20中补偿由压延机20引起的纵向应力差dF。
此外,图1中的加工装置2具有第三加工级B3,该第三加工级更准确地且以以沿着输送方向F的视图在图10中示出,从而横向方向Q处于图纸平面中。第三加工级B3具有辊22g,分割工具50整合到该辊中,用于加工载体层6,从而借助分割工具50来切分该载体层。同时,辊22g构造成使得它作用在材料区域10处,并且在该材料区域中朝向两侧和向外面施加横向拉应力F4。辊22g因而是横向拉力辊,同时也是切割辊,即更确切地说是用于产生部分幅材30的分切机。可选地,借助辊22g也产生附加的纵向拉应力F5,以便补偿由压延机20引起的纵向应力差dF。在电极幅材4的相对而置的侧面上,布置压延辊24之一作为配对辊。附加地,在辊22g对面存在一个支持辊52。第三加工级B3处于第二加工级B2之后,并且实现如图2d中所示的第三方法步骤,在该第三方法步骤中对电极幅材4开槽,即在该第三方法步骤中通过这里甚至居中的纵向切割构造多个部分幅材30。电极幅材4因而在横向拉应力F4和幅材应力F1的影响下,必要时与附加的纵向拉应力F5相组合地,另一方面被切分成多个部分幅材30。除此之外,与压延辊24相反地,辊22g仅产生通常的压应力F2,从而在开槽时电极材料8起初并不进一步被压实。
此外,图1中的加工装置2具有第四加工级B4,该第四加工级更准确地且以沿着输送方向F的视图在图11中示出,从而横向方向Q处于图纸平面中。与第二加工级B2一样,第四加工级B4也在电极幅材4的相对而置的侧面上具有压延机20的两个压延辊24,用于再次压实电极材料8。第二和第四加工级B2、B4形成压延机20,因而作为两级的压延机20。在此,压延辊24之一与其旁侧的辊22c、d一起被双重地使用。类似于第二加工级B2,在第四加工级B4中,附加的辊22c、d、h、i相应地设计成横向拉力辊,并且布置在相应的压延辊24旁侧,从而相应的压延辊24在横向方向Q上在两侧被两个横向拉力辊包夹,并且与其具有共同的转动轴线A。压延辊24仅仅和材料区域10一样宽,从而横向拉力辊仅作用到空留区域12上。第四加工级B4处于第三加工级B3之后,从而在切分之后在第三加工级B3中进一步压实部分幅材30的电极材料8。通过第四加工级B4来实现如图2e中所示的第四方法步骤,在该第四方法步骤中,部分幅材30被压延,并且挤出来自第三加工级B3的可能的毛刺。这也在横向拉应力F4和幅材应力F1的影响下进行。类似于第二加工级B2,横向拉应力F4仅仅侧向地在空留区域12中由旁侧的横向拉力辊22c、d、h、i产生,而在中间,电极材料8被压延辊24压延。同样类似于第二加工级B2,可选地,借助一个或多个辊22c、d、h、i也产生附加的纵向拉应力F5,以便直接在压延机20中补偿由压延机20引起的纵向应力差dF。
图1中,在卷绕机26之前且在前述的加工级B1-B4之后布置有可选的清洁级B5,在第五方法步骤中借助该清洁级来清洁部分幅材30。在所示实施例中,在卷绕机26之后,如图2f中所示,部分幅材30被分开成电极16,其方式为,部分幅材30借助未明确示出的、横向地伸延的分割工具被分切成合适长度的纵向区段,这些纵向区段然后相应地是电极16。
如由上述说明将显而易见的是,相应的辊22a-i构造成使得它们为了处理载体层6而对电极幅材4,特别是对载体层6,施加横向拉应力F4,必要时也施加纵向拉应力F5,以便避免形成褶皱。因此,辊22a-i也称为横向拉力辊或者横向拉力辊和纵向应力辊,下面在不限制一般性的情况下仅采用术语“横向拉力辊”。横向拉应力F4是横向于即在此垂直于纵向方向,并且由此也垂直于输送方向F作用的力。横向拉应力F4侧向向外地作用,因而从电极幅材4的中间相应地向外朝向旁侧挤压载体层6。电极幅材4特别是其载体层6借助辊22a-i因而在横向方向Q上被拉伸或者拉延,和所谓被拉平。而纵向拉应力F5沿着纵向方向和输送方向F作用,因而横向于横向方向Q作用。于是视设计而定,电极幅材4特别是其载体层6借助辊22a-i在纵向方向上被拉伸或压缩,并且同样所谓被拉平。
横向拉应力F4以及纵向拉应力F5可以通过辊22a-i的具体设计根据需要来调节,并且适配于具体的应用情况。特别地,为了最佳地避免褶皱而采用的横向拉应力F4和必要时附加的纵向拉应力F5,与电极幅材4在材料区域10中的厚度d3及其在压延机20中的压实(即在压延机20中的压应力F2)有关,但也与在输送方向F上的幅材应力F1有关。
如已述,辊22a-f、h、i构造成使得它们作用在空留区域12上,且在该空留区域中施加横向拉应力F4,并且可选地施加附加的纵向拉应力F5。而图10中的辊22按其它方式构造,即构造成使得其作用在材料区域10处,并且在该材料区域中施加横向拉应力F4,并且可选地也施加附加的纵向拉应力F5,适宜地以相对于空留区域12相反的方向施加。为此,辊22g在横向方向Q上且沿着其转动轴线A观察具有两个横向区段54,即从材料区域10的中间沿横向方向Q朝向一侧伸延的左侧区段和相应地从材料区域10的中间沿横向方向Q朝向另一侧伸延的右侧区段。两个横向区段54现在沿彼此相反的方向相应地施加横向拉应力F4,从而材料区域10从中间朝向两侧向外被拉伸或推动。而在附加的纵向拉应力F5的情况下,其由辊22g的两个区段被相同程度地施加。
为了施加横向拉应力F4,必要时也施加纵向拉应力F5,相应的辊22a、b构造成使得相比于对材料区域10,它们对空留区域12施加更大的压应力F1。为此,相比于在材料区域10中,辊22a、b、i在空留区域12中具有更大的直径,其方式为,相比于内部区段46,相应的外部区段48具有更大的直径。同样的情况类似地适用于作为外部区段48的辊22c-f、h、i与作为内部区段46的压延辊24的组合。
此外,在所示实施例中,为了施加横向拉应力F4,必要时也施加纵向拉应力F5,相应的辊22a-i具有侧面M,该侧面完全地或者部分地由橡胶例如聚氨酯制成。在围绕辊22a-i的环绕方向上,橡胶连续地即不间断地构造。对于辊22a、b,侧面M仅沿着相应的外部区段48由橡胶制成。辊22a、b例如具有各一个柱形的基体,该基体沿着相应的外部区段48用橡胶层包套,从而在此得到由橡胶构成的侧面M,而沿着内部区段46,侧面M由基体的材料构成。通过用橡胶包套,于是相应的外部区段48也自动地具有比内部区段46更大的直径,其中,这些直径的差相应于橡胶层的厚度。这类似地也可以应用于压延辊24,如果这些压延辊在横向方向上延伸超过材料区域10,并且然后在空留区域12中相应地设有橡胶层,从而此处那么辊22c-f、h、i构造有由橡胶构成的侧面M。
附加地,为了施加横向拉应力F4,必要时也施加纵向拉应力F5,辊22a-i在此还具有纹理化的侧面M,即外圆周的纹理,通过该纹理在电极幅材4特别是其载体层6上产生横向拉应力F4。在图8-11中,纹理化的侧面M具有隆起或内凹56或者具有这二者,从而至少在纹理化的侧面M的区域中相应地增大辊22a-i的摩擦。纹理例如包括多个接片和/或凹槽,如在图8-11中可见,它们彼此平行并且笔直地伸延。在两个侧面M上的相应的隆起和/或内凹56在此彼此互补地构造,从而在此相应地设置于上侧的辊22a、e、f、h、i的侧面上的内凹56与在相应的相对的设置于下侧的辊22b、c、d上的隆起56相对而置,特别地,它们彼此接合。辊22g在当前构造有隆起56,从而它们在电极材料8中构造相应的内凹。
纹理相对于输送方向F以迎角W定位,从而在辊22a-i旋转并其作用在电极幅材4上时,产生相应的横向拉应力F4,必要时也产生相应的纵向拉应力F5,如图8中示范性地示出。迎角W在当前调节成使得所得到的横向拉应力F4以及必要时纵向拉应力F5通常补偿由压延机20中的压应力F2和加工装置2中的幅材应力F1所致的力,由此防止形成褶皱。迎角W在此与电极材料8的厚度d2以及在压延机20中预设的压实有关。
迎角W在此相应于褶皱28以其伸延的角度,如果借助辊22a-i将不产生附加的横向拉应力F4,就会产生所述褶皱。迎角W例如由此调节,即,从一组具有不同地纹理化的侧面M的辊中选出合适的辊22a-i,并插入到加工装置2中。备选地,仅橡胶层可更换,并且为了调节迎角W,类似于轮胎更换,仅更换基体上的橡胶层。
此外,纹理在此是一种微观结构,即隆起和内凹56仅具有微小的尺寸A1、A2、A3。在图8-11中,纹理化的侧面M的隆起和/或内凹56具有介于50μm和1000μm之间的高度或深度A1、介于100μm和500μm之间的宽度A2和介于3000μm和5000μm之间的长度A3。在这些附图中,隆起和/或内凹56以一种笔直的几何形状示出,但这并非必然的,而是在一种变型中该几何形状适配于褶皱28的几何形状并且相应于该几何形状。
在第二、第三和第四加工级B2、B3、B4中,采用带有纹理化的侧面M的辊22c,这些辊有可能产生载体层6和/或电极材料8的结构或轮廓。通过纹理化的侧面M,因而在空留区域12和/或材料区域10中刻入未明确示出的图案。这在当前至少在材料区域12中通过第四加工级B4予以补偿,也就是说,电极幅材4采用第四加工级B4予以平整。为此在第四加工级B4中,如图11中所示,压延辊24具有并非纹理化的、而是平整的侧面M,以便在电极材料于第三加工级B3中被带有纹理化的侧面M的辊22g有可能结构化或轮廓化之后,使得电极材料8在电极材料10中平整。剩余的压延辊24在当前也相应地具有平整的侧面M。
在根据图9-11的设计中,上面的辊22e、f相对于上面的压延辊24相应地具有带内凹56的纹理化的侧面M,中间的辊22c、d相对于中间的压延辊24相应地具有带有隆起56的纹理化的侧面M,这些隆起此处也构造成使得它们在电极幅材4被输送通过时驶入到相对的辊e、f的内凹56中。通过这种方式,在电极幅材4的上侧上在空留区域12中构造有突出的轮廓或结构,其从下侧观察是相应的内凹56。下面的辊22h、i相对于下面的压延辊24同样具有带内凹56的纹理化的侧面M,从而这些内凹接合到中间的辊22c、d的隆起56中。同时,下面的压延辊24使得电极材料8的可能的轮廓平整,该电极材料事先通过辊22g的隆起56已被结构化,即在电极幅材4的上侧上带有内凹。
两个辊22a、b以及辊22c-f、h、i在产生横向拉应力F4以及必要时纵向拉应力F5方面相同类型地构造,尤其带有相同的尺寸、相同的纹理和相同的材料,其中,然而这些纹理的区别可以在于,在电极幅材4的一侧上构造内凹56,而在另一侧上构造隆起56。辊22a就此而言关于辊22b镜像对称地设计,其中,电极幅材4形成镜像平面。同样,辊22c、d关于辊22e、f、h、i镜像对称地构造。辊22a、b具有相反的转动方向,同样,辊22c、d具有与辊22e、f、h、i的转动方向相反的转动方向。辊22g具有相对于辊22c、d相反的转动方向。
备选地或附加地,为了施加横向拉应力F4,必要时也施加纵向拉应力F5,辊22a-i螺旋形地构造,即为螺杆形、螺纹形、螺线形等。其实施例在图13和14中示出,其中,图13示出螺旋形辊22g的实施例,图14示出螺旋形辊22a-f、h、i的实施例。图13和14沿着输送方向F观察,即从前方或后方示出相应的辊22a-i。辊22a-i具有侧面M,该侧面带有螺线状地围绕辊22a-i伸延的接片66,从而该辊在整体上螺旋形地构造,其中,于是接片66形成所谓螺纹。棱边、凸起等与接片66等效。这里的接片66本身类似于侧面M的纹理的上述接片,但通常更大,相应地单个接片66就足够。通过螺旋形的设计,实现在横向方向Q上的输送作用,于是通过该输送作用产生横向拉应力F4,可选地也产生纵向拉应力F5。因此,电极幅材4因而在横向方向Q上被螺旋形的辊推动,因而被牵拉平整。辊22a-i的接片66左旋或者右旋地伸延,视辊22a-i相对于电极幅材4布置在何处和在什么方向上需要附加的力来平整或避免褶皱而定。在图13中,辊22g作用在材料区域10处,因此在螺旋形设计方面关于垂直于横向方向Q的镜像平面镜像对称地设计。通过这种方式,如图13中所示,接片66于是在辊22g的第一半部上左旋地伸延,而在第二半部上右旋地伸延。
备选于或附加于借助摩擦来施加纵向拉应力F5的前述方案,在一种变型中,为了施加纵向拉应力F5,辊22a-i具有驱动部68,例如电动机。例如如果无法如已述单独通过摩擦来补偿纵向应力差dF,则采用这种驱动部68。驱动部68使得辊22a-i转动,并且因而相对于压延辊24产生滑差,并且沿着或逆着输送方向F产生作用到电极幅材4上的相应力,并且因而最终产生附加的纵向拉应力F5。如果辊22c-f、h、i布置在压延机20内部且在压延辊24附近,并且与该压延辊24具有共同的转动轴线A,则如图14中示范性地示出,辊22c-f、h、i和压延辊24于是具有彼此分开的驱动部68,从而辊22c-f、h、i和压延辊24能以不同的速度转动,以便补偿纵向应力差dF。
相应的分割工具50在此是带有若干个刀片58的刀具,其中,“若干个”理解成“一个或多个”。在12a中以垂直于转动轴线A的剖视图且在图12b中以沿着转动轴线A的剖视图示出对于带有分割工具50的辊22a、g的一个示例。如果该辊仅在空留区域12中进行加工,则利用分割工具50也仅切分载体层6。如果在材料区域10中进行加工,则除了载体层6外,根据原理也切分电极材料8。
为了如图2b中在第一加工级B1中借助分割工具50在空留区域12中如此切分载体层6,使得反复地构造导体14,借助辊22a的分割工具50反复地分割出空留区域12的第一纵向区段,从而产生空隙,在这些空隙之间留下空留区域12的第二纵向区段作为导体14。由此刻槽电极幅材4,从而不再需要事后的刻槽。由此侧向地产生矩形波信号形的侧棱边。分割工具50相应地具有若干个在纵向方向上切割的纵向刀片和若干个在横向方向上切割的横向刀片。纵向刀片沿辊22a的环绕方向交替地布置在内部和外部,以便相应地割下或者留下纵向区段。沿环绕方向在两个纵向刀片之间布置有横向刀片,以便把空留区域12的彼此相继的纵向区段彼此分割。
为了如图2d中所示借助分割工具50在材料区域10中在第三加工级B3中如此地沿着纵向方向居中地切分载体层6,使得构造多个并排地伸延的部分幅材30,辊22g的分割工具50具有若干个刀片58,这些刀片沿着围绕辊22g的共同的圆周线且在环绕方向上相继地布置,从而沿输送方向F产生笔直的剖切。
当前,图12a、b中所示的分割工具50具有可调节的切削深度,其方式为,刀片58可驶入到辊22a、g中,或者可从该辊中驶出。在所示设计中,分割工具50的各刀片58为此弹性地相互连接,也就是,沿辊22a、g的环绕方向相邻的两个刀片58借助弹簧60连接。调节螺钉62沿着转动轴线A伸延,调节锥体64在横向方向Q上滑动地支撑在该调节螺钉上。调节锥体64从内部在径向方向上(即垂直于转动轴线A)向外按压抵靠刀片58,这些刀片抵靠调节锥体64的侧面被支撑。由此实现调节机制,其中通过转动调节螺钉62,调节锥体64在横向方向Q上移动经过辊22a、g,根据调节螺钉62的转动方向而定,刀片58于是在径向方向上进一步从辊22a、g中被推出,或者这些刀片通过弹簧60伸入到辊22a、g中,从而结果可调节切削深度。
这里所示的辊22a、g相应地同时构造成横向拉力辊和切削辊,其中,于是分割工具50集成到辊22a、b的产生横向拉应力F4的横向区段中。通过这种方式,在借助分割工具50相应地切分时,自动地施加横向拉应力F4,由此减少在切分时形成毛刺,也减少形成褶皱。与橡胶的侧面M相组合地,得到如下设计,其中橡胶在与电极幅材4接触时首先压缩,并且由此然后释放分割工具50的刀片58,这些刀片于是在最佳的横向拉应力F4情况下切分电极幅材4。在仅仅示意性的附图中未明确地示出在压缩侧面时刀具的这种释放。切削深度和橡胶的厚度在此适配于载体层6和电极材料8的厚度d1、d2。辊22b形成用于辊22a的配对辊,并且压延辊24之一相应地形成用于辊22g的配对辊,从而相应的分割工具50在相应的配对辊上滚动,由此实现楔式切割。
附图标记清单:
2 加工装置
4 电极幅材
6 载体层
8 电极材料
10 材料区域
12 空留区域
14 导体
16 电极
18 开卷机
20 压延机
22a-i 辊
24 压延辊
26 卷绕机
28 褶皱
30 部分幅材
32 中间区域
34 刀具,上刀具
36 刀具,下刀具
38 幅材供应部
40 幅材接纳部
42 (幅材供应部的)配对辊
44 (幅材接纳部的)配对辊
46 内部区段
48 外部区段
50 分割工具
52 支持辊
54 横向区段
56 隆起或内凹
58 刀片
60 弹簧
62 调节螺钉
64 调节锥体
66 接片
68 驱动部
A 转动轴线
A1 (隆起或内凹的)高度或深度
A2 (隆起或内凹的)宽度
A3 (隆起或内凹的)长度
B1 第一加工级
B2 第二加工级
B3 第三加工级
B4 第四加工级
B5 清洁级
d1 (载体层的)厚度
d2 (电极材料的)厚度
d3 (电极幅材的)厚度
dF 纵向应力差
F 输送方向
F1 幅材应力
F1' 纵向拉应力
F2 压应力
F3 在横向方向上的负的/正的延展
F4 横向拉应力
F5 纵向拉应力(由辊引起)
M 侧面
Q 横向方向
W 迎角。

Claims (11)

1.一种用于加工电极幅材(4)的方法,
-其中,所述电极幅材(4)具有载体层(6)和电极材料(8),该电极材料仅在所述电极幅材(4)的材料区域(10)中施覆到所述载体层(6)上,从而留下无电极材料(8)的空留区域(12),用于构造导体(14);
-其中,所述电极幅材(4)沿输送方向(F)被引导通过加工装置(2),从而使得所述材料区域(10)和所述空留区域(12)并排地伸延;
-其中,所述加工装置(2)具有压延机(20),所述电极幅材(4)被引导通过该压延机(20)并且利用该压延机将所述材料区域(10)压延;
-其中,所述加工装置(2)附加地具有至少一个辊(22g),该辊构造成使得其对所述电极幅材(4)施加横向拉应力(F4),
其中,所述加工装置(2)具有第三加工级(B3),其带有所述辊(22g),
其中,分割工具(50)集成到所述辊(22g)中,并且所述辊(22g)于是是切割辊,用于如此加工所述电极幅材(4),使得该电极幅材借助所述分割工具(50)被切分,并且
其中,所述辊(22g)同时构造成使得其作用在所述材料区域(10)处,并且在该材料区域中施加所述横向拉应力(F4),
其中,在所述电极幅材(4)的相对而置的侧面上所述辊(22g)关联有配对辊,所述配对辊与所述辊(22g)于是形成辊对,
其中,所述配对辊是所述压延机(20)的压延辊(24),从而所述切割辊布置在所述压延机(20)中,并且在那里切分所述电极幅材(4)。
2.根据权利要求1所述的方法,
其特征在于,用于施加所述横向拉应力(F4)的所述辊(22a-i)具有侧面(M),该侧面完全地或者部分地由橡胶制成。
3.根据权利要求1或2所述的方法,
其特征在于,用于施加所述横向拉应力(F4)的所述辊(22a-i)具有纹理化的侧面(M)。
4.根据权利要求1或2所述的方法,
其特征在于,用于施加所述横向拉应力(F4)的所述辊(22a-i)螺旋形地构造。
5.根据权利要求1或2所述的方法,
其特征在于,所述压延机(20)沿输送方向产生在所述空留区域(12)与所述材料区域(10)之间的纵向应力差(dF),其中,除了所述横向拉应力(F4)外,所述辊(22a-i)还施加纵向拉应力(F5),从而补偿所述纵向应力差(dF)。
6.根据权利要求5所述的方法,
其特征在于,用于施加所述纵向拉应力(F5)的所述辊(22a-i)具有驱动部(68)。
7.根据权利要求1或2所述的方法,
其特征在于,分割工具(50)集成到所述辊或另一辊(22a)中,借助该分割工具在所述空留区域(12)中如此切分所述载体层(6),使得反复地构造导体(14)。
8.根据权利要求1或2所述的方法,
其特征在于,所述加工装置(2)具有第一加工级(B1),其带有所述辊(22a),该辊构造成使得其作用在所述空留区域(12)处,并且在该空留区域中施加所述横向拉应力(F4),并且同时在所述空留区域(12)中反复地构造导体(14)。
9.根据权利要求1或2所述的方法,
其特征在于,所述加工装置(2)具有第二加工级(B2),其在所述电极幅材(4)的相对而置的侧面上具有所述压延机(20)的两个压延辊(24),用于压实所述电极材料(8),
其中,所述加工装置(2)如此具有四个辊(22c、d、e、f),使得两个压延辊(24)中的相应的压延辊在横向方向(Q)上在两侧被所述四个辊(22c-f)中的两个辊包夹,并且与这些辊具有共同的转动轴线(A),
其中,所述四个辊(22c-f)相应地仅在空留区域(12)中起作用,并且在那里施加横向拉应力(F4)。
10.根据权利要求1所述的方法,
其特征在于,所述加工装置(2)具有第四加工级(B4),
-该第四加工级接着所述第三加工级(B3)之后,并且,
-该第四加工级在所述电极幅材(4)的相对而置的侧面上具有所述压延机(20)的两个压延辊(24),用于压实所述电极材料(8)。
11.一种加工装置(2),所述加工装置被构造成用于执行根据权利要求1至10中任一项所述的方法。
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