CN114829278A - 用于卷绕片材的滚筒 - Google Patents

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Abstract

一种滚筒(28),其布置用于卷绕和分割片材的细长幅材(10)以产生幅材部分的离散堆叠(56),该滚筒(28)包括形成幅材接收环(30)的一系列面(36),该幅材接收环围绕滚筒(28)的中心轴线(34)延伸，滚筒(28)的每个面(36)由相应的滚筒段(32)限定，滚筒段(32)配置成支撑卷绕在幅材接收环(30)上的幅材(10)的幅材部分的相应堆叠(56)，其中滚筒段(32)是可移动的，以使幅材接收环(30)能够扩展，从而增加卷绕在幅材接收环(30)上的幅材(10)的张力，以将细长幅材(10)分成离散堆叠(56)。

Description

用于卷绕片材的滚筒
技术领域
本发明涉及一种用于卷绕片材幅材的滚筒。具体而言，本发明涉及一种滚筒，其配置成将卷绕的片材分成或分割成离散堆叠，这种堆叠限定了固态装置，例如固态电池。
背景技术
尽管有各种优势，固态电池技术在历史上一直非常昂贵，并且众所周知地抵制规模经济，这迄今为止一直阻碍着它的普遍采用。
为了说明大规模生产SSB所涉及的挑战，在一种方法中，SSB电池堆叠可以形成在连续的薄膜基底上以限定“幅材”，该幅材被折叠或卷绕成层，然后被切割以形成离散的多层堆叠。该幅材由分层结构限定，该分层结构由基底上的必需的阳极、阴极和电解质材料的离散层构成，因此每个堆叠限定了SSB电池的堆叠。这种幅材必须非常薄，大约几微米，以最小化电阻率和最大化能量密度。成本可行性也要求幅材必须很长，例如几百米的数量级。处理这种又长又薄的幅材是相当大的挑战，特别是如果要在高速下形成堆叠并且不损坏幅材的话。
使问题进一步复杂化的是，SSB堆叠中的层数可能比传统电池单元的等效堆叠大一个数量级。结果，控制每个堆叠的层的边缘对准的公差更小，因为对准误差随着层的增加而累积。
正是在这种背景下设计了本发明。
发明内容
根据本发明的一方面，提供了一种滚筒，该滚筒布置成用于卷绕和分割片材的细长幅材，以生产幅材部分的离散堆叠。滚筒包括形成围绕滚筒中心轴线延伸的幅材接收环的一系列面，滚筒的每个面由相应的滚筒段限定，该滚筒段配置成支撑卷绕在幅材接收环上的幅材的幅材部分的相应堆叠。滚筒段是可移动的，以使幅材接收环能够扩展，从而增加卷绕在幅材接收环上的幅材的张力，以将细长幅材分成离散堆叠。
因此，该滚筒提供了一种方便的方式来处理易碎、轻量的幅材，由该幅材形成固态装置，但是该滚筒不限于与这种幅材一起使用。
有利地，滚筒允许通过张力断裂幅材而将初始幅材分成幅材部分的堆叠，从而最小化切割幅材的需要。如果幅材是由承载涂层的基底构成的分层结构，其配置成形成固态装置，这是特别有利的，因为切割这种幅材会损坏和/或破裂涂层，从而损害产品质量。
此外，由于在滚筒的每个面上都形成了相应的堆叠，因此滚筒用于同时形成幅材部分的多个离散堆叠。因此，滚筒有助于加速制造过程，从而有助于降低生产固态装置的成本。
在单个操作中将幅材断裂成堆叠也有助于确保每个堆叠中的层精确对齐。
在一些实施例中，滚筒段配置成移动分开以扩展幅材接收环。
至少一个且可选地所有滚筒段可以相对于中心轴线径向移动，以扩展幅材接收环。例如，一个或多个滚筒段可被支撑用于径向向外运动，并且可选地被支撑以允许与滚筒段相关的滚筒的表面的轴向端部的不同径向运动，使得幅材接收环的扩展包括滚筒的轴向端部的不同径向扩展。
在一些实施例中，至少一个滚筒段可围绕平行于和/或正交于中心轴线的一个或多个轴线旋转。此外，至少一个滚筒段可被支撑用于相对于中心轴线的周向运动。
滚筒段可选地被支撑用于同步运动，例如允许滚筒段一致地运动。滚筒可配置成使得滚筒段的运动导致幅材接收环相对于中心轴线均匀扩展和收缩。这允许滚筒在整个卷绕的幅材上均匀地增加环应力。
当幅材接收环完全收缩时，滚筒面可选地与滚筒的中心轴线等距。类似地，当幅材接收环完全收缩时，滚筒面可以围绕中心轴线等角度间隔开。因此，如果滚筒具有足够数量的面，幅材接收环可以是近似圆形的，这有助于减少在卷绕过程中施加到幅材上的周期载荷。
当幅材接收环完全收缩时，滚筒面可以形成连续表面。
滚筒的至少一个面且可选地所有面可以是平面的。
当完全收缩时，幅材接收环可以限定多边形，可选地为正多边形，多边形的每条边对应于滚筒的相应面。
滚筒面可以基本相同。此外，滚筒段可以基本相同。
每个滚筒段可以包括一个或多个滚筒元件，例如板和/或楔。滚筒段或元件可链接成相互支撑。可替代地或另外，滚筒可以包括支撑结构，例如支撑滚筒段和可选的滚筒段的任何元件的框架。
滚筒可选地包括驱动机构，以实现滚筒段的运动，从而扩展和收缩幅材接收环。
滚筒的每个面可以平行于中心轴线延伸。
本发明还延伸到一种滚筒组件，该滚筒组件包括可旋转地安装在滚筒支撑件上的上述方面的滚筒。本发明的另一方面提供了一种包括这种滚筒组件的幅材处理系统。幅材处理系统还可以包括配置成将幅材进给到滚筒上的进给系统。
幅材处理系统还可以包括间断形成设备，其布置成以对应于滚筒面边缘的分隔开间隔在幅材中形成间断。间断可以包括幅材的穿孔和/或变薄区域，在这种情况下，间断形成设备可选地配置成穿孔和/或烧蚀幅材以形成间断。例如，间断形成设备可以包括激光器和/或切割构件，例如刀片。
间断起到局部削弱幅材的作用，因此当幅材由于滚筒的扩展而处于张力下时，控制幅材断裂所在的点。因此，产生间断使得最终堆叠的形状能够得到控制。
幅材处理系统可以包括夹具，以将每个堆叠保持在其相应的滚筒段上。
本发明的另一方面提供了一种从片材的细长幅材生产幅材部分的离散堆叠的方法。该方法包括将幅材卷绕到滚筒上，并扩展滚筒以增加幅材中的张力，从而将细长幅材分成离散堆叠。
滚筒可包括形成围绕滚筒中心轴线延伸的幅材接收环的一系列面，滚筒的每个面由相应的滚筒段限定，滚筒段配置成支撑卷绕到幅材接收环上的幅材的幅材部分的相应堆叠。在这种情况下，将幅材卷绕到滚筒上包括将幅材卷绕到围绕幅材接收环的滚筒段上，并且扩展滚筒以将细长幅材分成离散堆叠包括驱动滚筒段的相对运动以扩展幅材接收环。这种方法可以包括径向移动至少一个滚筒段，并且可选地移动所有滚筒段，以扩展幅材接收环。这可以包括实现至少一个滚筒段的轴向端部的不同径向运动，并且可选地移动滚筒段以实现滚筒的轴向端部的不同径向扩展。滚筒段的运动可以是同步的，并且相同的运动可以应用于每个滚筒段。
该方法还可以包括：在幅材中以对应于要形成的堆叠边缘的分隔开间隔形成横向间断，使得间隔沿着幅材逐渐增加；并且在每个间断处断裂幅材，以将幅材分成堆叠。
在一些实施例中，该方法包括在扩展滚筒之前将幅材夹紧到滚筒上。
该方法可以包括对至少一个滚筒段应用两阶段运动。例如，两阶段运动可以包括倾斜阶段和径向平移阶段，在倾斜阶段，不同的径向扩展被施加到滚筒的前端和后端，在径向平移阶段，滚筒的前端和后端以相同的速率扩展。
本发明还包括一种控制系统，该控制系统布置成控制幅材处理系统来执行上述方面的方法，以从片材的细长幅材生产幅材部分的离散堆叠。
在以上阐述的本发明的任何方面中，细长幅材可以包括基底层和一个或多个涂层，在这种情况下，离散堆叠可以限定固态电气装置。
应当理解，本发明每个方面的优选和/或可选特征可以单独或以适当的组合结合到本发明的其他方面中。
附图说明
现在将参考附图，仅通过示例的方式描述本发明的一个或多个实施例，其中：
图1以示意图形式示出了适合于生产本发明实施例中的固态装置的幅材；
图2示出了图1的幅材的初始处理步骤；
图3是可扩展滚筒的透视图，该可扩展滚筒配置成卷绕图1的幅材并将其分成离散堆叠；
图4从前面示出了图3的滚筒，以显示滚筒的内部特征；
图5a和5b分别示出了处于径向扩展初始阶段的滚筒的正视图和透视图；
图6a和6b对应于图5a和5b，但示出了处于完全扩展状态的滚筒；
图7a、8a和9a从前面示出了伞运动模式的三个阶段中的滚筒，而图7b、8b和9b分别对应于图7a、8a和9a，但示出了滚筒的透视图；
图10示出了结合了图3的滚筒的幅材处理系统；
图11是扩展后图3的滚筒的板的详细视图；以及
图12示出了已经由图10的幅材处理系统处理的幅材的一部分。
具体实施方式
为了应对大规模生产固态装置(例如电池)所涉及的挑战，本发明的实施例通过将片材的细长幅材折叠和分割成离散堆叠来形成这种装置。如前所述，这种幅材的厚度可能只有几微米，而长度却高达数百米，这使得它们难以处理。
例如，由于幅材非常薄，所以它极其轻且易碎，这带来了在张力下保持幅材以保持其形状和控制其位置，同时限制张力以避免幅材破裂的矛盾挑战。
同样如上所述，希望最大化每个堆叠中的层数，以产生能量密度的相应增加，这需要在幅材中进行多次折叠，并且相关地增加了确保堆叠的层的边缘保持对齐的难度。折叠幅材还在每个折叠处产生高弯曲半径，这在幅材涂层中产生应力。
由于这个原因，已经发现用于制造其他电子装置的传统S型折叠技术不适于以这种方式形成固态装置。
因此，本发明的实施例提供了一种折叠和分割幅材的方法，该方法最小化了施加到幅材上的张力的波动，减小了施加到幅材上的弯曲半径，并且还确保了精确的边缘对齐。概括地说，这种方法包括将幅材卷绕到滚筒上，在幅材上形成横向间断，例如穿孔和/或烧蚀区域，使得间断在滚筒上形成成角度间隔的、径向对齐的组，然后扩展滚筒以增加环应力，从而沿着每个间断断裂卷绕的幅材，以产生将限定固态装置的离散堆叠。
在这种情况下，图1以示意形式示出了可用于本发明实施例中的幅材10的结构。幅材10由分层结构限定，在这种情况下，该分层结构由四个离散层构成，每层在两个维度上均匀地延伸穿过幅材。
如图1所示，在向上的竖直序列中，该幅材包括：基底12；阳极层14；电解质层16；以及阴极层18。应当理解，图1完全是示意性的，因此实际上各层的相对厚度可以不同。
基底12是合适的薄塑料幅材材料，例如PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)，在本实施例中厚度为1微米或更小；尽管在其他实施例中，基底12可以更厚，例如高达10微米。
使用众所周知的技术，阳极、电解质和阴极层作为涂层形成在基底12上。
在该实施例中，阳极层14由锂金属形成，尽管可以替代地使用锂合金。电解质层16是锂磷氧氮化物，但其他合适的快离子导体是已知的。由此得出，选择用于阴极层18的材料由于稳定的化学反应而适于储存锂离子。因此，用于阴极层18的合适材料包括锂钴氧化物、锂铁磷酸盐或碱金属多硫化物盐，尽管可以使用补充有铝、锰和/或钴的任何碱金属氧化物。
所属领域的技术人员将了解适于形成固态装置电池的其他材料，且此类材料的任何兼容组合可实施于本发明的实施例中。
熟练的读者将理解，图1所示的结构提供了限定固态电池装置的电池单元的所有所需层。因此，幅材10可被表征为单个固态电池单元，尽管它太大而不能用于实际目的。因此，幅材10被断开或分成更小的幅材部分，每个幅材部分限定有用尺寸的固态电池单元。这些电池单元被堆叠以形成高能量密度的固态装置，最方便的是通过在分割之前折叠或以其他方式层叠幅材10，并且在这种情况下通过如下所述将其卷绕到滚筒上。
图1所示的幅材10代表了可以使用的最简单结构之一，但在其他实施例中，可以包括更多的层，使得基底12支撑多个电池单元。这有益地最小化了由基底12代表的寄生质量，从而提高了由幅材10生产的固态装置的能量密度。
例如，阴极、电解质和阳极层14、16、18可以重复，使得基底12支撑固态装置的两个电池单元的必要层，一个电池单元堆叠叠在另一个电池单元的顶部。
额外的阳极、电解质和阴极层组可被添加到图1所示的示例中存在的那些层的顶部，以重复层叠模式，在这种情况下，可以在相应的阴极、电解质和阳极层组之间提供阻挡层，以分隔相应的电池单元。
另一种选择是在图1的结构上添加电解质层，随后添加阳极层，这意味着阴极层18有效地形成两个电池单元的一部分。在这种情况下，阴极层可以比图1的单电池单元布置厚。
可替代地或另外，可以将另外的涂层添加到基底12的下侧，使得基底12夹在两组阳极、电解质和阴极层之间。
原则上，为了本发明的目的，幅材10可以在上述任何构型中具有任何数量的层。
为了便于制造、运输和处理，要卷绕到滚筒上的幅材10通常从一卷筒片材上切割下来，该片材的宽度远大于要生产的固态装置的预期宽度。因此，在用于生产限定多电池单元固态装置的幅材部分的离散堆叠的过程中，初始步骤是将片材切割成带状幅材10，带状幅材10的宽度对应于要生产的固态装置的期望宽度。然后，每个幅材10可被单独地缠绕到滚筒上，以被分成将限定固态装置的最终堆叠。
该步骤在图2中示出，该图示出了一卷筒20片材22，其沿箭头所示的方向展开，并被纵向切割以产生约为卷筒宽度六分之一的幅材10。因此，由片材22生产了六个这样的幅材，尽管为了简单起见，图2中仅示出了一个。如图2所示，幅材10也被切割成一定长度，准备卷绕到滚筒上。
一旦被切割，合适材料的膜或箔沿着幅材10的长边沉积，以限定阳极和阴极层14、18的集电器，阳极集电器24沿着幅材10的一侧形成，阴极集电器26沿着相对侧形成。阳极集电器24可以由例如锌、铝、铂或镍形成。在该实施例中，阴极集电器26由镍制成，但可以替代地使用铂或铝。
图3以透视图示出了滚筒28的实施例，该滚筒28用于卷绕和分割如上所述制备的幅材10，以产生幅材部分的离散堆叠。在图3中滚筒28被大大简化，仅示出了形成幅材接收环30的元件，幅材10可以缠绕在该幅材接收环30上。图4示出了滚筒28的更多内部结构。
在图3所示的实施例中，滚筒28包括八个相同的滚筒元件，这些滚筒元件以平板32的形式围绕中心轴线34布置成环，使得该环呈现规则的八边形的形式。每个板32具有平面的、长方形的幅材接收表面36，该表面径向向外以限定滚筒28的相应面。
每个板32在径向截面上是等腰梯形，梯形的较长底边对应于幅材接收表面36。这种形状允许板32彼此接合，使得它们各自的幅材接收表面36邻接以形成限定幅材接收环30的基本连续表面。
因此，限定幅材接收环30的表面连续地周向延伸，并且相对于图3所示的取向平行于滚筒28的前部和后部之间的中心轴线34延伸。因此，板32的长度限定了幅材接收环30的轴向长度，其尺寸对应于要卷绕到滚筒28上的幅材的宽度。反过来，幅材10的宽度对应于使用滚筒28由幅材10形成的固态装置的长度。
板32被支撑用于相对运动，使得滚筒28可从闭合状态扩展(在闭合状态下，板32的幅材接收表面36邻接)以将板32移动分开，从而增加幅材接收环30的长度，进而增加已经卷绕到滚筒28上的幅材10中的张力，以将幅材10断裂成离散堆叠。因此，滚筒28可被认为是分段的，因为每个板32限定相应的滚筒段。在其他实施例中，滚筒段可以由多个元件形成，例如板或楔。
熟练的读者将理解，板32可以有各种方式相对于彼此移动，以增加幅材接收环30的长度，从而向卷绕的幅材10施加增加的张力。在该实施例中，板32布置成一致地径向向外移动，以扩展幅材接收环30，然后径向向内移动，以使滚筒28返回到其初始状态。
在这方面，图4从前面示出了滚筒28，揭示了可独立操作的双作用致动器38的圆形阵列，每个致动器在滚筒28前面的板32的一端支撑滚筒28的相应板32。每个致动器38包括径向向内的主体40和可伸缩地布置在主体40内的径向向外的臂42，使得臂42可线性地移入和移出主体40，以延伸和收缩致动器。
致动器38共同由滚筒28的框架支撑，该框架将每个致动器38的主体40相对于框架固定在固定位置。每个致动器38的臂42联接到相应的板32，从而通过臂42的向外运动，致动器38的延伸驱动了板32相对于框架的相应径向运动。
中心轴46轴颈连接在框架内，使得当轴46安装在滚筒支撑件上时，滚筒28是可旋转的。
应当理解，相应组致动器位于图4中可见的那些致动器的正后面，以在滚筒28的后部支撑板32的相应端部。因此，滚筒28包括前组致动器和后组致动器，并且每个板32由相应致动器对支撑，每组一个。
每个致动器臂42通过合适的连杆连接到其相应的板32，该连杆允许板32绕平行于板32的幅材接收表面36的边缘的轴线枢转，该边缘与滚筒28的前部重合。连杆还允许板32相对于致动器38在一定程度上轴向移动。这样，前和后致动器38可以延伸不同的量，以将径向和旋转运动传递给相关的板32，从而相对于中心轴线34倾斜板32。值得注意的是，这允许通过适当控制前组和后组致动器38来实现滚筒28的前部和后部的不同径向扩展。
作为适应板32相对于中心轴线34倾斜的替代手段，由于在板32的每一端的致动器38的不同径向延伸，附接到板32的致动器38中的一个或两个可以相对于框架枢转。
通过以不同的方式操作致动器38，这种布置产生了滚筒28的各种运动模式。不同的运动模式可以在用于分割卷绕在滚筒28上的幅材时提供益处，这将在后面解释。首先，更详细地考虑一些特定的运动模式。
最简单的运动模式在图5a至6b中示出，其中致动器38一致地操作，以相同的速率延伸，使得滚筒28的前部和后部以相同的程度径向扩展。这被称为“真正径向”运动。图5a和5b分别示出了当板32开始分开时的滚筒28的正视图和透视图，使得每对相邻板32之间的小间隙可见。这种运动继续进行，直到滚筒28达到图6a和6b所示的状态，在该状态下，板32之间的间隙增大，使得由板32限定的幅材接收环30的总长度与图3的初始状态相比显著增加。例如，对于直径在0.5至2米之间的滚筒28，每个板32可以经历约5-10mm的径向运动，以扩展幅材接收环30，尽管这些尺寸和距离将根据每个应用的要求而变化。
由于可独立操作的致动器38，板32也被支撑，使得每个板32的轴向端部可以移动到不同的程度，如已经提到的。因此，滚筒28的前部和后部可能经历不同的径向扩展，这被称为“伞状”运动，如图7a至9b所示。
图7a和7b分别示出了前视图和透视图，当板32开始倾斜时，间隙仅在滚筒28的前部开始在板32之间形成。如图7b中最清楚地看到，在这个阶段，板32在滚筒28的后部保持彼此接触。这种状态是由于前组致动器38开始扩展，同时将后组致动器38保持在收缩状态，导致每个板32相对于中心轴线34倾斜，使得板32在滚筒28的前部共同向外张开。
图8a和8b对应于图7a和7b，但示出了该过程的后期阶段，此时滚筒28的前部已经扩展到更大的程度。在这个阶段，第二组致动器38被激活，使得滚筒28的后部也开始扩展。然后控制前组和后组致动器38，使得所有致动器38以均匀的速率扩展，以保持每个板32的恒定倾斜，直到滚筒28达到如图9a和9b所示的完全扩展状态。
图7a至9b中所示的伞状运动可被认为是两阶段运动，因为它包括初始倾斜阶段，随后是扩展阶段，在扩展阶段期间，板径向平移。其他两阶段运动也是可能的，例如通过颠倒图7a至9b所示的操作顺序，以在第一阶段运动中将滚筒28扩展至中间位置，然后在第二阶段运动中扩展滚筒28的前部以将板32倾斜至图9b所示的完全扩展状态。倾斜和扩展运动也有可能同时发生，例如通过同时操作所有致动器38，但以比后组致动器38更高的速率扩展前组致动器38。
在描述了滚筒28的操作后，现在参考图10，滚筒28在其背景下被示出用作幅材处理系统50的一部分。幅材处理系统50配置成在将幅材10进给到幅材接收环30上的同时旋转滚筒28，以在滚筒28上堆积幅材10的层，直到达到目标层数，并且通过扩展滚筒28将卷绕的幅材10分成离散堆叠。
滚筒轴46安装在限定滚筒支撑件的一对支柱52之间，其中一个支柱在图10中可见，使得滚筒28悬挂在支柱之间，并且可以沿箭头所示的方向旋转。滚筒28的旋转由驱动机构比如电动马达(未示出)以传统方式实现。马达可以集成到滚筒28中，或者可以与滚筒28分离并成为更大系统的一部分。
当滚筒28旋转时，它围绕其幅材接收环30拉动幅材10，建立幅材10的层，直到达到足够的数量，此时滚筒28使用上述运动模式之一扩展，以将张力施加到幅材10并将幅材10分成离散堆叠。幅材10由进给系统(未示出)进给到滚筒28的幅材接收环30上，该进给系统可以是幅材处理系统50的一部分或者是单独的系统。
应该注意的是，幅材接收环30的近似圆形形状用于在卷绕过程中最小化幅材10内的张力峰值，以及最小化在相邻板32之间的每个界面处施加在幅材10上的弯曲半径。尽管每次幅材10被滚筒28的一个“角”接合时，即板32之间的界面处，幅材张力或环应力将上升，但由于板32之间的角度较浅，张力的增加是最小的。这进而最小化了在卷绕过程中拉伸和潜在破裂幅材10的风险。
应当理解，增加滚筒28上的面的数量将具有在卷绕过程中平滑施加到幅材10上的张力的效果，因此实际上滚筒28可以具有多于八个面。
幅材处理系统50还包括激光烧蚀机器54形式的间断形成设备，其配置成在对应于滚筒28的相邻板32之间的界面的预定角度位置处在幅材10中形成间断。这可以通过响应于来自与马达(未示出)相关的编码器的输出来控制激光烧蚀机器54的操作来实现，所述马达例如在滚筒28的中心轴46上转动滚筒28，使得每次相邻板32之间的界面与预定角度位置对齐时，激光烧蚀机器54都形成新的间断。
当滚筒28旋转时可以形成间断，或者可替代地，当形成间断时，滚筒28可以停止在每个预定角度位置处。
由激光烧蚀机器54形成的间断包括：横向延伸穿过幅材10的变薄区域，其中幅材10的涂层，即阳极层、电解质层和阴极层14、16、18，通过烧蚀被去除以暴露基底12；以及穿透幅材10所有层的横向系列穿孔。一般来说，穿孔和变薄区域可被认为是间断，因为它们破坏了涂层的均匀性。在该实施例中，间断在卷绕过程中形成，但在其他实施例中，间断可以在卷绕之前或之后形成。
对于幅材包括两面都带有涂层的基底12的情况，可以使用已知的原理，通过调整激光烧蚀机器54穿过透明基底12操作，在一次操作中通过该机器去除涂层。
在该实施例中，激光烧蚀机器54配置成执行双重操作：烧蚀幅材10以去除涂层14、16、18从而暴露基底12，并且还穿透基底以形成穿过每个烧蚀区域的中心在幅材10上横向延伸的一系列穿孔。然而，在不同的实施例中，这些操作可以由两个单独装置执行，这两个装置可以位于相应角度位置处。
还可以将激光烧蚀机器54定位在滚筒28的上游，以在还没有到达滚筒28的幅材10的部分中形成间断。
因此，激光烧蚀机器54使得幅材处理系统50能够通过以分隔开间隔横向穿孔或弱化幅材10来准备幅材10，以便在滚筒28扩展时分成离散堆叠。间隔被确定为使得一旦幅材10被卷绕到滚筒28上，幅材10的每层中的穿孔就彼此对齐，以形成角度对齐组，这些组与滚筒28的相邻面之间的每个界面相一致。
以这种方式，当随着卷筒28扩展而幅材10中的张力上升时，穿孔的弱化效果确保幅材10沿着每组穿孔断裂，因此，这用于控制滚筒28扩展时幅材10分割所在的点。
沿着每组穿孔断裂幅材10会在每个板32上产生幅材部分的相应离散堆叠。这在图11中示出，该图示出了在滚筒28已经扩展之后的滚筒28的板32之一的特写，并且示出了支撑在板32的幅材接收表面36上的幅材部分的堆叠56。由于穿孔形成为与每对板32之间的界面成角度对齐，所以堆叠56的形状有效地延续了板32的梯形形状。
在滚筒28扩展期间和之后，夹具58将幅材10保持在适当位置。应该理解，滚筒28的每个其他板32上都有幅材部分的相应夹紧堆叠56，但为了简单起见，图11中省略了这些。
由此可见，滚筒28的每个面都用作幅材部分的相应堆叠56的支撑件，并且所形成的堆叠56的宽度对应于板32的幅材接收表面36的宽度。因此，由滚筒28产生的堆叠56的形状对应于滚筒28的面的形状。
在卷绕过程中，随着幅材10的层在滚筒28上累积，滚筒28上的该卷筒幅材10的总宽度增加。这又意味着成组穿孔之间的间距逐渐增加，因为穿孔形成在预定角度位置处。这在图10所示的布置中被自动考虑，因为当滚筒28处于预定的一组角度位置之一时，激光烧蚀机器54形成每组新的间断。当激光烧蚀机器54位于滚筒28的上游时，可以应用相同的原理。可替代地，在这种情况下，可以计算每组间断之间的间距。
各组穿孔之间的增加的间距意味着卷绕过程中各组穿孔之间的阳极、电解质和阴极层14、16、18的宽度相应地逐渐增加。虽然这对最终固态装置的性能的影响可以忽略不计，但卷绕幅材10的较高层中的额外涂层材料将代表寄生质量，因此对平衡具有不利影响。
为此，激光烧蚀机器54在上述每组穿孔周围产生变薄区域。变薄区域的宽度随着穿孔之间的间距逐渐增加，以保持每组穿孔之间的阳极、电解质和阴极层14、16、18的宽度恒定。由此可见，在通过扩展滚筒28来分割幅材10之后，每个离散堆叠56具有梯形形状，其由包括涂层的完整层的立方形堆叠构成，在每一侧由基底材料的三角形楔包围。这样，烧蚀过程有助于确保每个堆叠56内的阳极、电解质和阴极层14、16、18的边缘对齐。
图12以示意性形式示出了幅材10的一部分，在该部分中已经形成了间断，因此该幅材准备好通过滚筒28的扩展而断裂。具体地说，所示的幅材10的部分包括变薄区域58，在该区域中，阳极层、电解质层和阴极层14、16、18已被去除，从而仅保留基底12。涂层14、16、18的端部在它们面向暴露的基底12的地方是可见的，但涂层14、16、18沿着幅材10的侧面是不可见的，因为它们被限定集电器的膜或箔覆盖，如上所述，阴极集电器26在图12中是可见的。
基底12的暴露部分还包括横向延伸穿过变薄区域58的中心的一排穿孔60。穿孔60在这里表示为一系列规则的小圆形开口。然而，在其他实施例中，用于穿孔60的图案可以变化，以优化当施加张力时基底12断裂的方式。例如，穿孔60可以是不规则间隔开的。此外，可以使用不同的形状，这些形状配置成在穿孔60的横向面对的边缘处产生应力集中，以降低断裂基底12所需的张力。在这方面，多边形穿孔60可能是有效的，例如菱形、平行四边形或六边形穿孔60。
伞模式对于沿着每组穿孔60干净地断裂幅材可能特别有效，因为这种运动模式以渐进的方式使得张力从滚筒28的前部到后部施加到幅材上，导致沿着每系列穿孔60逐渐撕裂。伞模式的使用可以通过穿孔60来补充，穿孔60成形为在前边缘处产生应力集中，例如上面提到的多边形穿孔60。
同样，径向模式也可以有效地在穿孔60处产生清晰的断裂，因为它导致在整个幅材10上均匀施加压力。同样，在使用真正径向运动的情况下，可以选择互补的穿孔形状，例如关于纵向轴线对称的形状，例如菱形。
应当理解，在不脱离本申请的范围的情况下，可以对本发明进行各种改变和修改。
例如，在不同的实施例中，滚筒的其他运动模式也是可能的并且是有帮助的。例如，板可被支撑用于沿着平行于中心轴线34的轴线平移运动，和/或围绕这些轴线旋转。
一些实施例可以采用仅板的子组移动的运动模式。例如，替代板可以径向移动以扩展滚筒。然而，应当注意的是，这种运动将在卷绕的幅材中产生剪切应力，这可能对幅材的分割产生负面影响。
尽管上述实施例的滚筒包括相对于彼此支撑滚筒段的框架，但在替代方案中，滚筒段可以互连以彼此支撑。
作为使用如上所述的激光烧蚀机器54进行激光切割和/或烧蚀的替代或补充，可以使用诸如刀片和砧的机械切割装置来穿孔和/或减薄准备分割的幅材。

Claims (29)

1.一种滚筒(28)，其布置用于卷绕和分割片材的细长幅材(10)以产生幅材部分的离散堆叠(56)，该滚筒(28)包括形成幅材接收环(30)的一系列面(36)，该幅材接收环围绕滚筒(28)的中心轴线(34)延伸，滚筒(28)的每个面(36)由相应的滚筒段(32)限定，滚筒段(32)配置成支撑卷绕在幅材接收环(30)上的幅材(10)的幅材部分的相应堆叠(56)，其中滚筒段(32)是可移动的，以使幅材接收环(30)能够扩展，从而增加卷绕在幅材接收环(30)上的幅材(10)的张力，以将细长幅材(10)分成离散堆叠(56)。
2.根据权利要求1所述的滚筒(28)，其中，所述滚筒段(32)配置成移动分开以扩展所述幅材接收环(30)。
3.根据权利要求1或2所述的滚筒(28)，其中，至少一个滚筒段(32)可相对于所述中心轴线(34)径向移动，以扩展所述幅材接收环(30)。
4.根据权利要求3所述的滚筒(28)，其中，至少一个滚筒段(32)被支撑以允许与所述滚筒段(32)相关联的所述滚筒(28)的面(36)的轴向端部的不同径向运动，使得所述幅材接收环(30)的扩展包括滚筒(28)的轴向端部的不同径向扩展。
5.根据前述权利要求中任一项所述的滚筒(28)，其中，至少一个滚筒段(32)可围绕平行于和/或正交于所述中心轴线(34)的一个或多个轴线旋转。
6.根据前述权利要求中任一项所述的滚筒(28)，其中，至少一个滚筒段(32)被支撑用于相对于所述中心轴线(34)的周向运动。
7.根据前述权利要求中任一项所述的滚筒(28)，其中，当所述幅材接收环(30)完全收缩时，所述滚筒(28)的面(36)形成连续表面。
8.根据前述权利要求中任一项所述的滚筒(28)，其中，每个滚筒段(32)包括一个或多个板和/或楔。
9.根据前述权利要求中任一项所述的滚筒(28)，包括驱动机构，以实现所述滚筒段(32)的运动，从而扩展和收缩所述幅材接收环(30)。
10.根据前述权利要求中任一项所述的滚筒(28)，其中，所述滚筒(28)的每个面(36)平行于所述中心轴线(34)延伸。
11.一种滚筒组件，包括可旋转地安装在滚筒支撑件上的如前述权利要求中任一项所述的滚筒(28)。
12.一种幅材处理系统(50)，包括根据权利要求11所述的滚筒组件。
13.根据权利要求12所述的幅材处理系统(50)，包括配置成将细长幅材(10)进给到所述滚筒(28)上的进给系统。
14.根据权利要求12或13所述的幅材处理系统(50)，包括间断形成设备(54)，所述间断形成设备(54)布置成以对应于所述滚筒(28)的面(36)的边缘的分隔开间隔在所述细长幅材(10)中形成间断。
15.根据权利要求14所述的幅材处理系统(50)，其中，所述间断形成设备(54)配置成穿孔和/或烧蚀所述细长幅材(10)以形成间断。
16.根据权利要求14或15所述的幅材处理系统(50)，其中，所述间断形成设备(54)包括激光器和/或切割构件。
17.一种从片材的细长幅材(10)生产幅材部分的离散堆叠(56)的方法，该方法包括：
将细长幅材(10)卷绕到滚筒(28)上；以及
扩展滚筒(28)以增加细长幅材(10)中的张力，从而将细长幅材(10)分成离散堆叠(56)。
18.根据权利要求17所述的方法，其中：
所述滚筒(28)包括形成围绕滚筒(28)的中心轴线(34)延伸的幅材接收环(30)的一系列面(36)，滚筒(28)的每个面(36)由相应的滚筒段(32)限定，滚筒段(32)配置成支撑卷绕到幅材接收环(30)上的幅材(10)的幅材部分的相应堆叠(56)；
将幅材(10)卷绕到滚筒(28)上包括围绕幅材接收环(30)将幅材(10)卷绕到滚筒段(32)上；以及
扩展滚筒(28)以将细长幅材(10)分成离散堆叠(56)包括驱动滚筒段(32)的相对运动以扩展幅材接收环(30)。
19.根据权利要求18所述的方法，包括径向移动至少一个滚筒段(32)以扩展所述幅材接收环(30)。
20.根据权利要求19所述的方法，包括实现至少一个滚筒段(32)的轴向端部的不同径向运动。
21.根据权利要求20所述的方法，包括移动所述滚筒段(32)以实现所述滚筒(28)的轴向端部的不同径向扩展。
22.根据权利要求18至21中任一项所述的方法，包括同步所述滚筒段(32)的运动。
23.根据权利要求18至22中任一项所述的方法，包括对每个滚筒段(32)施加相同的运动。
24.根据权利要求17至23中任一项所述的方法，包括：
在细长幅材(10)中以对应于待形成的离散堆叠(56)的边缘的分隔开间隔形成横向间断，使得所述间隔沿着幅材(10)逐渐增加；以及
在每个间断处断裂细长幅材(10)以将幅材(10)分成离散堆叠(56)。
25.根据权利要求17至24中任一项所述的方法，包括在扩展所述滚筒(28)之前将所述细长幅材(10)夹紧到滚筒(28)上。
26.根据权利要求17至25中任一项所述的方法，包括向至少一个滚筒段(32)施加两阶段运动。
27.根据权利要求26所述的方法，其中，所述两阶段运动包括倾斜阶段和径向平移阶段。
28.一种控制系统，其布置成控制幅材处理系统(50)来执行根据权利要求17至27中任一项所述的方法，以从片材的细长幅材(10)生产幅材部分的离散堆叠(56)。
29.根据权利要求1至10中任一项所述的滚筒(28)、根据权利要求12至16中任一项所述的幅材处理系统(50)、根据权利要求17至27中任一项所述的方法或根据权利要求28所述的控制系统，其中，所述细长幅材(10)包括基底层(12)和一个或多个涂层(14、16、18)，并且其中，所述堆叠(56)限定固态电气装置。
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