CN1413352A - 制造规则的、尤其用于电学双层电容器的多层结构的方法及其设备 - Google Patents

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Abstract

为了制造具有重复的层序列的多层结构，建议将带状载体材料(1)首先部分地分离成各个相同大小的单个切割段，其中在单个切割段之间保留有承载能力的连接(4)。在载体材料表面连续覆盖至少另一材料层(6)后，通过切割或冲裁将各个切割段完全分开。通过上下堆叠这样得到的多层切割段获得多层结构，其中必要时在两个多层切割段之间还可以插入中间层。

Description

制造规则的、尤其用于电学双层电容器的多层结构 的方法及其设备
多层结构尤其在电学元件方面是已知的，以便一般地通过多次重叠布置来提高电学单层元件的性能。
从US-5,621,607已知具有多层结构的电容器，该种电容器例如由多个在其间各布置了电介质的电极层组成。该种多层结构的电容器在此具有，由在其间布置电介质的两个电极层组成的单个电容器元件所具有的电容的许多倍。一种简便规则是，多层结构电容器的性能或电容等于单个电容器元件的电容与电容器元件的个数的乘积。
由DE 197 04 584 C2已知一种具有至少两个串联单元的双层电容器。它包括电极层和电解质层的交替布置并通过多个单层的重叠和挤压来制造。从JP 11-260673A已知一种双层电容器，为了制造该种电容器将正负电极交替地插入一种带状隔片内，随后将隔片弯曲折叠，以便得到一种具有正负电极交替布置的层堆。
多层结构的另一优点在于，两个电极层之间的场强随着电极间距的减小而提高。该提高的场强对其它元件也是有益的，例如对于多层结构的，各个压电器元件上下重叠布置的压电器(Piezoaktor)。一种这样的具有多层结构的压电器，可以用一种比具有相同压电材料层厚度的、或具有相同最大压电允许偏移的相应单层压电器小很多的工作电压进行工作。
多层结构元件各根据功能和用途，可以实施或制成或多或少松散的、单层的重叠层堆。然而，特别是在受机械应力的情况下要求多层结构中的各单层的较牢固组合，以便赋予整体足够的机械稳定性。对于陶瓷多层结构元件力求整体组合。
在多层电容器，尤其具有液体电解质的多层电容器中，电极层上下交替地布置不导电的中间层。在此为该中间层尤其使用一种弯曲折叠的隔片，在其″袋″内插入电极层。这里该电极层也可以具有多层结构，在所述多层电容器中，例如具有一种由带有位于中间的金属电极层，例如铝的两个疏松碳层组成的三层结构。在制造时将不同的电极层各个上下重叠。在此对于每层或每个覆盖层需要一个独立的工艺步骤。在堆叠这种单个元件或单层时于是出现层与层相互准确定位的问题，这些问题一方面导致对再现性的不利影响，另一方面导致对元件的破坏或性能的下降。特别是在变薄的层时也给单层操作带来了困难，因为这些层越加柔软和此时机械上也越加不稳定。
因此本发明的任务是，提供一种尤其适用于元件的规则多层结构的制造方法，该方法在实施方面是简化了的，并且可靠而精确地达到所希望的结果。
该项任务用按权利要求1的方法解决。本方法的有利扩展以及制造多层结构的设备可由从属权利要获得。
本发明建立在将制造设计为连续方法的基本构思的基础上，因为多层结构中的重复的层序列也决定了重复的方法步骤。从机械上最稳定的层开始，该层用作载体材料并以带状形式尤其以″无限长带″的形式提供。
带状载体材料分离成所需大小和形状的单个切割段在此至少分两各阶段进行。在第一步的部分分离中载体材料被分成单个的载体切割段，其中在各两个单个相邻切割段之间保留一个有承载能力的连接，该种连接例如以桥形接片形式构成。从而在工件上连续地进一步加工载体材料是可能的。在下一步骤中，在带状载体材料的表面之一上进行至少另一材料层的连续覆盖。只是在此之后才将所需大小的单个切割段沿着预先规定的分离线完全相互分离，其中分离线位于已经进行的部分分离的位置上。
在此所得到的同样形式的多层切割段现在通过规则的上下重叠组合成多层结构。必要时在此可以在各两个多层切割段之间插入一同样可以包括多层结构的中间层。
本方法具有的优点是这种方法可以连续进行，同时最小的应加工的切割段已经是不必单个上下重叠的多层切割段。多层切割段具有的优点是，在集成的实施方法基础上这些多层切割段具有统一的精确结构。从而在单一多层切割段内解决了准确定位问题。以两个阶段进行分离的另一优点是可以分别地选择单层基面，也就是载体切割段的基面和至少另一材料层的基面。从而有可能把一个材料层，特别是载体材料，几乎完全包封在其它材料层之间。于是在制成的元件上只在最后分离的桥形接片的区域内留有从外面可看见的载体材料的切割棱边。这种情况在金属载体材料时特别有利，这些种材料可以形成锋利的切割棱边，该棱边在元件的进一步加工或也在操作时又可能造成干扰。
此外，用本方法有可能在载体衬底上不只覆盖一种材料层，而是可以同时或者随后在同一或在位于对面的表面上覆盖其它层。也有可能通过其它附加步骤为各个材料层调整不同的切割段大小，以便尤其将位于多层切割段内的层几乎完全没有外部可见的切割棱边地包封起来。在多层结构中仅只有载体材料或另一位于内部的层的棱边部分是可见的，该部分在最后的分离步骤中作为承载的连接部分被切断。
尤其在具有多于三个单层的多层切割段的情况下，也有可能将分离分三步实施，其中在第一步部分分离时保留的承载连接在覆盖另一材料层之后，在第二步部分分离时被切断，然而第二材料层的一部分应该保留以作为两个相邻切割段之间保留的连接。在这种情况下可以这样安排第三分离线，使得在多层切割段中从外侧看不见载体材料层的切割棱边。
只有当在各个切割段中的部分分离不只是沿着两个相邻切割段之间的分离线进行时，才能实现各个材料层中的不同切割段大小。更确切地说在这种情况下要求，在部分分离时在各两个相邻切割段之间设置一个宽的裁剪线，或者更好是冲裁出分离条或者按其它方式进行去除。如果该随后的进一步部分分离或完全分离成多层切割段在随后是以较小的裁剪宽度或者甚至作为沿着分离线的精密分离而实现的，那么在各个材料中的切割段面积差最大可能相当于分离条的面积。
在本发明的一种有利的扩展中，在两层的多层切割段中已经实现：从外部可见的一种材料层的切割棱边以相对于其它层更小的切割段面积向内移位并且从而有小的干扰。这种情况是可以实现的，如果在完全分离时在承载连接的范围内由分离线构成一种指向切割段中心的间隙。为了使在两个相邻切割段之间是这种情况，该桥形接片为此优先通过冲裁例如一个圆形切口被切开。
这对多层结构尤其有益，在该多层结构中于是所述切割棱边位于一个从多层结构的端面往回偏移的间隙中。
下面借助一实施例和所属五个附图进一步说明本发明。
图1在示意性图示中示出在不同工作阶段期间的带状载体材料，
图2示出单个多层切割段的俯视图，
图3示出单个多层切割段的示意性横截面，
图4示出具有多层结构的电容器的示意性横截面，和
图5示出制造多层切割段的设备的示意性横截面。
下面作为实施例说明用作具有多层结构的电容器的电极的多层切割段的制造。从带状载体材料1，尤其从导电薄膜，例如铝薄膜开始。图1部分地示出在不同的加工阶段内具有不同切割段的载体材料1。用虚线2标出不同切割段a-h之间想象的边界。
作为第一加工步骤，进行载体材料1的部分分离，以使其成为各个载体材料切割段(例如b和c)。为此借助适当的切割或冲裁装置从载体材料1中切割出不同的间隙3。在两个部分分离的切割段c和d之间保留桥形接片4形状的有承载能力的连接，该连接保证薄膜1作为″无限长材料″的继续加工。在所示实施例中，在冲裁面3的上方，在切割段a-f之间还保持一个贯通的连接，在该连接中未进行分为切割段的分离。
从切割段d开始在载体材料上覆盖另一材料层，在所述电容器应用的当前情况下是覆盖碳素布5。该另一材料层可在整个表面覆盖，然而对于电容器的应用却可以使图中上部边缘条保持未被覆盖。此外将该碳素布以有利的方式如此覆盖，使得该碳素布从图1中下部示出的载体材料1的边缘伸出一窄条。同时或者与此错位地在载体材料1的下侧以适当方式同样覆盖另一材料层，在这里用于电容器是覆盖另一碳素布，为明了起见在图中未示出。
作为下一加工步骤，进行载体材料1和其上覆盖的材料层5的彻底分离。用适当的切割或冲裁装置，沿图1中用粗线6所示的分离线，在图中带状载体材料1的左端切割出各个多层切割段8。在这里，分离线6在第一步部分分离的间隙3上对中地划出。在桥形接片4的区域内冲裁出这里为圆形的间隙7。分离线从图中载体材料1的上部未被碳素布5覆盖的边缘条如此划出，使得从多层切割段8引出一个由未被覆盖的载体材料组成的鱼尾板9。
结果得到一个单一的多层切割段8，如图2所示。碳素布5在所有侧面搭接载体材料1的切割段，并且从上方看与此切割段只是在圆形冲裁区域10中有共同的切割棱边。只是鱼尾板9-它在此后的多层切割段的应用中作为具有多层结构的电容器中的电极单元用于电接触-作为载体材料1的一部分还从用碳素布5覆盖的多层切割段8中伸出。
依据附加材料层的涂覆，多层切割段8在各个层之间只有松散的结合。在本实施例中，在碳素布5和用作载体材料的铝薄膜1之间的结合仅通过传输轮的挤压产生。因此所分成的单个多层切割段8立刻进一步加工是有利的。
为了制造多层结构电容器，为此将多层切割段8上下堆叠，其中在各两个多层切割段8之间布置一不导电材料作隔片。有利的是使用同样为带状的、电绝缘、但允许离子通过的被弯曲折叠的薄膜。图4示出已准备好的多层切割段8是如何被插入这种弯曲折叠的隔片薄膜12的袋中的，此时形成一种规则的多层结构13。对于电容器可以一起布置多达100个多层切割段及位于其间的隔片12。为了在制成的电容器中能够得到不同的极性或不同的接触，各个多层切割段优选地交替旋转180°，使得由铝薄膜组成的鱼尾片9从多层结构13的不同侧伸出。
为了完成制造将多层结构13放入外壳内，鱼尾片相互焊接并与外壳焊接，随后将外壳用溶剂和导电盐(Leitsalz)填满。这种具有多层结构的电容器的可能尺寸，对具有约100F的电容器这里达到约16*30*55mm，对具有约2700F的电容器的尺寸为60*60*160mm。
图5在示意图中示出一种适于制造多层切割段8的设备。该设备包括带状载体材料1的第一进料装置，例如由一个储备卷材15和至少一个偏转和传输轮19组成。用该装置将带状载体材料1向加工方向x传输。在第一冲裁装置18中，进行带状载体材料1的部分分离形成各个切割段，例如按照图1中的冲裁3。在第一冲裁装置18之后，紧跟着用于连续覆盖至少另一材料层5的装置5，该装置用于例如另一带状材料5而至少包括储备卷材17和传输及偏转轮20和21。对于本具体实施例，在图5中示出一种可能的用于第三带状材料层14的另一进料装置，该装置这里包括储备卷材16和至少两个另外的传输和偏转轮。
在用于覆盖至少另一层的装置之后，紧跟着第二冲裁装置22，该冲裁装置构成用于完全分离这里由三层组成的、且直到现在为连在一起的材料带。在图5中该第二冲裁装置22示意地构成为切割刀。用此装置得到分离成单个的多层切割段8，该切割段现在可以通过上下堆叠用于制造多层结构13。
只是示范性借助实施例说明了多层结构的制造，它也可以为用于其它应用以简单的方式加以改变，其中尤其是材料、其它层的数量和切割段的形状或用于部分和完全的切割段分离的裁剪控制可以被改变。总之本方法最适于全自动化工艺，用该工艺至少保证在多层切割段中各个层相互间的可靠定位。此时不再需要各个层切割段的繁琐操作。

Claims (11)

1、制造包括重复的层序列的多层结构(13)的方法，具有步骤：
-设置一种带状载体材料(1)，
-部分分离载体材料成为各个相同大小和相同形状的单个载体切割段(a，b，...h)，同时得到在各个切割段之间形成的作为桥形接片的有承载能力的连接(4)，
-在载体材料(1)的至少表面之一上连续覆盖至少另一材料层(5)，
-在利用已经进行的部分分离的条件下，沿分离线(6)将载体材料和至少另一材料层完全分离，其中至少得到包括重复的层序列的多层切割段(8)的部件，
-多层切割段(8)的规则的上下重叠形成多层结构(13)。
2、按权利要求1的方法，
其中载体材料(1)的部分分离是如此进行的，使得载体切割段(a，b，...h)具有比多层切割段(8)更小的基面。
3、按权利要求1或2之一的方法，
其中为了载体材料(1)的部分分离通过冲裁产生间隙(3)，
并且其中，为了完全分离，切口(6)在间隙区域中穿过至少另一材料层(5)和在各个切割段之间的有承载能力的连接(4)。
4、按权利要求3的方法，
其中分离线(6)在桥形接片(4)的区域内是如此延伸的，使得在多层切割段(8)中形成指向有关切割段中心的间隙(7，10)。
5、按权利要求1-4之一的方法，
其中金属薄膜用作载体材料(1)和疏松电极层用作附加材料层(5)，以及其中多层切割段(8)用作电学多层元件(13)的电极。
6、按权利要求1-5之一的方法，
其中在各两个多层切割段之间插入一个中间层(12)。
7、将以上权利要求之一的方法用于制造多层电容器(13)，其中多层切割段(8)在上下堆叠时通过隔片薄膜(12)被分开。
8、用于连续制造多层切割段(8)的设备，具有串行布置的
-用于带状载体材料(1)的第一进料装置(15，19)，
-用于部分分离载体材料成为各个载体切割段(a，b，...h)的第一冲裁装置(18)，
-用于在载体材料(1)上连续覆盖至少一个第二材料层(5，14)的装置(16，17，20，21)，
-用于完全分离载体材料和至少另一材料层(5，14)成为单个多层切割段(8)的第二冲裁装置(22)。
9、按权利要求8的设备，
其中用于连续覆盖的装置构成用于带状第二材料(14)的第二进料装置(16)。
10、按权利要求8或9之一的设备，
其中第一和必要时的第二进料装置(15，19，17，20，21)包括带状材料的储备卷材(15，17)。
11、按权利要求8-10之一的设备，
其中用于连续覆盖的装置是如此构成的，使得在载体材料的上侧和下侧可以各覆盖一个第二材料层(5，14)。
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