DE102023102846A1

DE102023102846A1 - Laserstanzvorrichtung zum schneiden von elektrodenfolien

Info

Publication number: DE102023102846A1
Application number: DE102023102846.4A
Authority: DE
Inventors: Paul John BOJANOWSKI; Hannah Bever; Andrew William Sherman; Michael Orr; Paul Andrew Pierzecki
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2022-02-09
Filing date: 2023-02-06
Publication date: 2023-08-10
Also published as: CN116604196A; KR20230120587A; US20230249291A1

Abstract

Eine Vorrichtung zum Schneiden von Elektrodenfolien beinhaltet einen Förderer und eine Lasereinrichtung. Der Förderer ist dazu konfiguriert, eine Ausgangsfolie zu bewegen, die einen Elektrodenabschnitt und einen Laschenabschnitt, der sich von einer Kante des Elektrodenabschnitts erstreckt, beinhaltet. Die Lasereinrichtung ist dazu konfiguriert, einen Laser zu bewegen, um eine Fahne, die mit dem Elektrodenabschnitt verbunden ist, aus dem Laschenabschnitt der Ausgangsfolie auszuschneiden. Die Lasereinrichtung ist zudem dazu konfiguriert, den Laser von einer Kante des Elektrodenabschnitts zu einer anderen Kante des Elektrodenabschnitts zu bewegen, um eine jeweilige Elektrodenfolie, die die Fahne beinhaltet, von der Ausgangsfolie abzuschneiden und zu trennen. Der Laser ist dazu konfiguriert, die Fahne aus dem Laschenabschnitt auszuschneiden und die jeweilige Elektrodenfolie, die die Fahne beinhaltet, von der Ausgangsfolie abzuschneiden und zu trennen, während der Förderer die Ausgangsfolie bewegt.

Description

GEBIET
Die vorliegende Offenbarung betrifft Herstellungsausrüstung zur Verwendung beim Schneiden von Elektrodenfolien für Batterien.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Die Aussagen in diesem Abschnitt stellen lediglich Hintergrundinformationen im Zusammenhang mit der vorliegenden Offenbarung bereit und stellen möglicherweise nicht den Stand der Technik dar.
Eine Batterie, wie zum Beispiel eine zweite Lithium-Ionen-Batterie, umfasst positive Elektroden, negative Elektroden und einen Separator. Die Batterie wird ausgebildet, indem Folien der positiven und negativen Elektroden und/oder Separatorfolien geschnitten werden und die Folien der positiven Elektroden und die Folien der negativen Elektroden abwechselnd übereinandergelegt werden, sodass der Separator zwischen den Folien der positiven Elektroden und den Folien der negativen Elektroden angeordnet ist. Es gibt eine Reihe von Vorrichtungen und Verfahren zum Schneiden jeweiliger Folien von positiven oder negativen Elektroden von einer Rolle mit Elektrodenfolie und zum Schneiden jeweiliger Separatorfolien von einer Rolle mit Separatorfolie. Derartige Vorrichtungen und Verfahren zum Schneiden von jeweiligen Elektroden- und Separatorfolien sind kostspielig und/oder zeitaufwändig.
Die Kosten und die Zeit im Zusammenhang mit dem Schneiden der jeweiligen Elektroden- und Separatorfolien werden neben anderen Problemen im Zusammenhang mit dem Herstellen von Batterien durch die vorliegende Offenbarung angegangen.
KURZDARSTELLUNG
Dieser Abschnitt stellt eine allgemeine Kurzdarstellung der Offenbarung bereit und ist keine umfassende Offenbarung ihres vollständigen Umfangs oder all ihrer Merkmale.
In einer Form stellt die vorliegende Offenbarung eine Vorrichtung zum Schneiden von Elektroden bereit. Die Vorrichtung umfasst einen Förderer und eine Lasereinrichtung. Der Förderer ist dazu konfiguriert, eine Ausgangsfolie zu bewegen, die einen Elektrodenabschnitt und einen Laschenabschnitt, der sich von einer Kante des Elektrodenabschnitts erstreckt, umfasst. Die Lasereinrichtung ist dazu konfiguriert, einen Laser zu bewegen, um eine Fahne, die mit dem Elektrodenabschnitt verbunden ist, aus dem Laschenabschnitt der Ausgangsfolie auszuschneiden. Die Lasereinrichtung ist zudem dazu konfiguriert, den Laser von einer Kante des Elektrodenabschnitts zu einer anderen Kante des Elektrodenabschnitts zu bewegen, um eine jeweilige Elektrodenfolie, die die Fahne umfasst, von der Ausgangsfolie abzuschneiden und zu trennen. Der Laser ist dazu konfiguriert, die Fahne aus dem Laschenabschnitt auszuschneiden und die jeweilige Elektrodenfolie, die die Fahne umfasst, von der Ausgangsfolie abzuschneiden und zu trennen, während der Förderer die Ausgangsfolie bewegt.
In Variationen der Vorrichtung zum Schneiden von Elektrodenfolien des vorstehenden Absatzes, die einzeln oder in einer beliebigen Kombination umgesetzt werden können, gilt Folgendes: der Förderer ist ein Vakuumförderer; der Laser ist ein Impulslaser; der Impulslaser umfasst eine Impulsrate von mehr als oder gleich 1 Megahertz; der Laser ist ein Impulslaser, der eine Leistung von mehr als oder gleich 500 Watt aufweist; der Laser ist dazu konfiguriert, die Fahne und die jeweilige Elektrodenfolie in einem einzigen Durchgang aus der Ausgangsfolie auszuschneiden und von dieser zu trennen; der Laser umfasst einen ersten Laser und einen zweiten Laser, und wobei der erste Laser die Fahne, die mit dem Elektrodenabschnitt verbunden ist, ausschneidet und der zweite Laser die jeweilige Elektrodenfolie, die die Fahne umfasst, schneidet und trennt; der erste Laser und der zweite Laser schneiden gleichzeitig; eine Geschwindigkeit des Förderers ist mit einer Schneidrate des ersten Lasers und einer Schneidrate des zweiten Lasers synchronisiert; eine Elektrodenfolienaufnahmeeinrichtung, die stromabwärts des Förderers positioniert und dazu konfiguriert ist, die jeweilige Elektrodenfolie von dem Förderer aufzunehmen; die Elektrodenfolienaufnahmeeinrichtung ist eine Drehtrommel; eine Drehgeschwindigkeit der Drehtrommel ist mit einer Geschwindigkeit des Förderers synchronisiert; und eine Geschwindigkeit des Förderers ist mit einer Schneidrate der Lasereinrichtung synchronisiert.
In einer anderen Form stellt die vorliegende Offenbarung eine Vorrichtung zum Schneiden von Elektroden bereit. Die Vorrichtung umfasst einen Förderer und eine Lasereinrichtung. Der Förderer ist dazu konfiguriert, eine Ausgangsfolie zu bewegen, die einen Elektrodenabschnitt und einen Laschenabschnitt, der sich von einer Kante des Elektrodenabschnitts erstreckt, umfasst. Die Lasereinrichtung umfasst einen ersten Laser und einen zweiten Laser. Der erste Laser ist dazu konfiguriert, sich zu bewegen, um eine Fahne, die mit dem Elektrodenabschnitt verbunden ist, aus dem Laschenabschnitt der Ausgangsfolie auszuschneiden. Der erste Laser ist dazu konfiguriert, die Fahne in einem einzigen Durchgang auszuschneiden. Der zweite Laser ist dazu konfiguriert, sich von einer Kante des Elektrodenabschnitts zu einer anderen Kante des Elektrodenabschnitts zu bewegen, um eine jeweilige Elektrodenfolie, die die Fahne umfasst, von der Ausgangsfolie abzuschneiden und zu trennen. Der zweite Laser ist dazu konfiguriert, die jeweilige Elektrodenfolie in einem einzigen Durchgang auszuschneiden. Der erste Laser ist dazu konfiguriert, die Fahne aus dem Laschenabschnitt auszuschneiden und der zweite Laser ist dazu konfiguriert, die jeweilige Elektrodenfolie, die die Fahne umfasst, von der Ausgangsfolie abzuschneiden und zu trennen, während der Förderer die Ausgangsfolie bewegt.
In Variationen der Vorrichtung zum Schneiden von Elektrodenfolien des vorstehenden Absatzes, die einzeln oder in einer beliebigen Kombination umgesetzt werden können, gilt Folgendes: der Förderer ist ein Vakuumförderer; der Laser ist ein Impulslaser; der Impulslaser umfasst eine Impulsrate von mehr als oder gleich 1 Megahertz; der Laser ist ein Impulslaser, der eine Leistung von mehr als oder gleich 500 Watt aufweist; und mindestens einer von dem ersten und dem zweiten Laser umfasst eine Vielzahl von Lasern, die hintereinander gruppiert sind.
In noch einer anderen Form stellt die vorliegende Offenbarung eine Vorrichtung zum Schneiden von Elektroden bereit. Die Vorrichtung umfasst einen Vakuumförderer und eine Lasereinrichtung. Der Vakuumförderer ist dazu konfiguriert, eine Ausgangsfolie zu bewegen, die einen Elektrodenabschnitt und einen Laschenabschnitt, der sich von einer Kante des Elektrodenabschnitts erstreckt, umfasst. Die Lasereinrichtung umfasst einen ersten Impulslaser und einen zweiten Impulslaser. Der erste Impulslaser ist dazu konfiguriert, sich zu bewegen, um eine Fahne, die mit dem Elektrodenabschnitt verbunden ist, aus dem Laschenabschnitt der Ausgangsfolie auszuschneiden. Der erste Impulslaser ist dazu konfiguriert, die Fahne in einem einzigen Durchgang auszuschneiden. Der zweite Impulslaser ist dazu konfiguriert, sich von einer Kante des Elektrodenabschnitts zu einer anderen Kante des Elektrodenabschnitts zu bewegen, um eine jeweilige Elektrodenfolie, die die Fahne umfasst, von der Ausgangsfolie abzuschneiden und zu trennen. Der zweite Laser ist dazu konfiguriert, die jeweilige Elektrodenfolie in einem einzigen Durchgang auszuschneiden. Der erste Impulslaser ist dazu konfiguriert, die Fahne aus dem Laschenabschnitt auszuschneiden und der zweite Impulslaser ist dazu konfiguriert, die jeweilige Elektrodenfolie, die die Fahne umfasst, von der Ausgangsfolie abzuschneiden und zu trennen, während der Vakuumförderer die Ausgangsfolie bewegt. Eine Geschwindigkeit des Vakuumförderers ist mit einer Schneidrate des ersten Impulslasers und einer Schneidrate des zweiten Impulslasers synchronisiert.
Weitere Anwendungsbereiche werden aus der in dieser Schrift bereitgestellten Beschreibung ersichtlich. Es versteht sich, dass die Beschreibung und konkrete Beispiele lediglich der Veranschaulichung dienen und den Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung nicht einschränken sollen.
Figurenliste
Für ein umfassendes Verständnis der Offenbarung werden nunmehr unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen verschiedene Formen davon beispielhaft beschrieben, wobei Folgendes gilt:

1 ist eine schematische Ansicht einer Vorrichtung zum Schneiden von Elektrodenfolien aus einer Ausgangsfolie gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung;
2 ist eine Draufsicht auf eine jeweilige Elektrodenfolie, die durch eine Lasereinrichtung der Vorrichtung aus 1 von der Ausgangsfolie abgeschnitten wird;
3 ist eine Draufsicht auf eine andere jeweilige Elektrodenfolie, die durch die Lasereinrichtung der Vorrichtung aus 1 von der Ausgangsfolie abgeschnitten wird;
4 ist ein schematisches Blockdiagramm, das Komponenten der Vorrichtung aus 1 zeigt;
5 ist eine schematische Ansicht einer anderen Vorrichtung zum Schneiden von Elektrodenfolien aus einer Ausgangsfolie gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung;
6 ist eine schematische Ansicht einer anderen Vorrichtung zum Schneiden von Elektrodenfolien aus einer Ausgangsfolie gemäß den Grundsätzen der vorliegenden Offenbarung;
7 ist eine Draufsicht auf eine jeweilige Elektrodenfolie, die durch eine Lasereinrichtung der Vorrichtung aus 6 von der Ausgangsfolie abgeschnitten wird; und
8 ist eine Draufsicht auf eine andere jeweilige Elektrodenfolie, die durch die Lasereinrichtung der Vorrichtung aus 6 von der Ausgangsfolie abgeschnitten wird.

Die in dieser Schrift beschriebenen Zeichnungen dienen lediglich Veranschaulichungszwecken und sollen den Umfang der vorliegenden Offenbarung in keiner Weise einschränken.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung ist lediglich beispielhafter Natur und soll die vorliegende Offenbarung, Anwendung oder die Verwendungen nicht einschränken. Es versteht sich, dass über alle Zeichnungen hinweg entsprechende Bezugszeichen gleiche oder entsprechende Teile und Merkmale angeben.
Unter Bezugnahme auf 1 ist eine Vorrichtung 10 zum Schneiden jeweiliger Elektrodenfolien 11, die Fahnen 13 umfassen, bereitgestellt. Die Vorrichtung 10 zum Schneiden von Elektrodenfolien 11 umfasst einen Abwickler oder Folienzuführabschnitt 12, einen Förderer 14, eine Lasereinrichtung 16 und eine Elektrodenfolienaufnahmeeinrichtung 18. Der Folienzuführabschnitt 12 ist dazu konfiguriert, eine Rolle mit Ausgangsfolie 20 zum Schneiden durch die Lasereinrichtung 16 kontinuierlich abzuwickeln und den Förderer 14 damit zu beschicken. Die Ausgangsfolie 20 umfasst einen Elektrodenabschnitt 20a und einen Laschenabschnitt 20b, der sich von einer Kante des Elektrodenabschnitts 20a erstreckt. Der Folienzuführabschnitt 12 beinhaltet zudem einen Elektromotor 22, wie zum Beispiel einen Servomotor, der dazu konfiguriert ist, den Folienzuführabschnitt 12 anzutreiben, wodurch der Förderer 14 mit der Ausgangsfolie 20 beschickt wird. Eine Vielzahl von Führungsrollen 24 ist zwischen dem Folienzuführabschnitt 12 und dem Förderer 14 gruppiert und dazu konfiguriert, die Ausgangsfolie 20 zu führen und zu halten, während der Förderer 14 durch den Folienzuführabschnitt 12 mit der Ausgangsfolie 20 beschickt wird.
Der Förderer 14 ist dazu konfiguriert, die Ausgangsfolie 20, die durch die Lasereinrichtung 16 zu schneiden ist, kontinuierlich zu bewegen. Nach dem Schneiden durch die Lasereinrichtung 16 ist der Förderer 14 dazu konfiguriert, die jeweiligen Elektrodenfolien 11, die die Fahnen 13 umfassen, zu der Elektrodenfolienaufnahmeeinrichtung 18 zu bewegen, wo die jeweiligen Elektrodenfolien 11 von dem Förderer 14 aufgenommen und zu einer anderen Arbeitsstation (z. B. einer Station, an der die Elektrodenfolien zu Batteriezellen gestapelt werden) gebracht werden. In dem veranschaulichten Beispiel ist der Förderer 14 ein Vakuumförderer. Es versteht sich auch, dass der Förderer 14 in einigen Konfigurationen ein riemengetriebener Förderer, ein Rollenförderer oder ein beliebiger anderer geeigneter Förderer sein kann, der die Ausgangsfolie 20 bewegt, während er ermöglicht, dass die Ausgangsfolie 20 in jeweilige Elektrodenfolien 11 geschnitten wird. In einigen Beispielen wird die Ausgangsfolie 20 durch die Lasereinrichtung 16 auf einer Aufnahmeplatte (nicht gezeigt) geschnitten.
Der Förderer 14 beinhaltet zudem einen Elektromotor 26, wie zum Beispiel einen Servomotor, der dazu konfiguriert ist, den Förderer 14 anzutreiben, um die Ausgangsfolie 20 und die jeweiligen Elektrodenfolien 11 zu bewegen. Die Geschwindigkeit des Förderers 14 ist mit der Geschwindigkeit des Folienzuführabschnitts 12 und der Elektrodenfolienaufnahmeeinrichtung 18 synchronisiert. Der Förderer 14 und der Folienzuführabschnitt 12 wirken zusammen, um die Bahn der Vorrichtung 10 zu bilden. In einigen Beispielen kann der Förderer 14 einen ersten Förderer und einen zweiten Förderer, der von dem ersten Förderer getrennt und benachbart zu diesem ist, umfassen. Der erste Förderer ist dazu konfiguriert, die Ausgangsfolie 20, die durch die Lasereinrichtung 16 in jeweilige Elektrodenfolien 11 zu schneiden ist, kontinuierlich zu bewegen. Der erste Förderer bewegt dann die jeweiligen Elektrodenfolien 11 auf den zweiten Förderer. Der zweite Förderer ist dazu konfiguriert, die jeweiligen Elektrodenfolien 11 zu der Elektrodenfolienaufnahmeeinrichtung 18 zu bewegen, wo die jeweiligen Elektrodenfolien 11 von dem zweiten Förderer aufgenommen und zu einer anderen Arbeitsstation gebracht werden. Dem ersten und dem zweiten Förderer wird ermöglicht, sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten zu bewegen, sodass sich die Geschwindigkeit, mit der die Elektrodenfolien 11 durch die Elektrodenfolienaufnahmeeinrichtung 18 aufgenommen werden, von der Geschwindigkeit, mit der die Ausgangsfolie 20 zum Schneiden durch die Lasereinrichtung 16 bewegt wird, unterscheidet. Auf diese Weise kann ein Spalt, der zwischen den Elektrodenfolien 11 durch das Schneiden durch die Lasereinrichtung 16 erzeugt wird, vergrößert werden, um das Aufnehmen der Elektrodenfolien 11 durch die Elektrodenfolienaufnahmeeinrichtung 18 von dem zweiten Förderer zu erleichtern.
Die Lasereinrichtung 16 ist über dem Förderer 14 positioniert und umfasst einen ersten Laser 28a und einen zweiten Laser 28b. Jeder des ersten und zweiten Lasers 28a, 28b der Lasereinrichtung 16 kann eine Emissionseinrichtung vom Galvano-Typ sein, zum Beispiel ein Galvano-Scanner, der dazu konfiguriert ist, sich in der X- und Y-Richtung zu bewegen. In einem Beispiel sind der erste und der zweite Laser 28a, 28b Impulslaser, die eine Impulsrate von mehr als oder gleich einem (1) Megahertz umfassen. In einem Beispiel weisen der erste und der zweite Laser 28a, 28b eine Leistung von mehr als oder gleich 500 Watt und eine Wellenlänge im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums auf. Die Schneidrate des ersten und des zweiten Lasers 28a, 28b ist mit der Geschwindigkeit des Förderers 14 und der Geschwindigkeit des Folienzuführabschnitts 12 synchronisiert.
Unter Bezugnahme auf die 1 und 5 umfasst die Lasereinrichtung 16 eine Lasersteuerung 30, die dazu konfiguriert ist, den ersten Laser 28a auf Grundlage eines oder mehrerer erster Vektormodelle zu führen oder zu bewegen, um einen gewünschten Schnitt in einem einzigen Durchgang zu erreichen. In einer Form können die ersten Vektormodelle auf den folgenden Gleichungen basieren: $θ = {cos}^{- 1} (\frac{s_{4}^{2} - s_{1}^{2} - {(\sqrt{s_{2}^{2} + {(s_{3} - s_{4})}^{2}})}^{2}}{- 2 S_{1} \sqrt{s_{2}^{2} + {(s_{3} - s_{4})}^{2}}}) s_{5} = \sqrt{s_{2}^{2} + {(s_{3} - s_{4})}^{2}}$
Der Strahlschneidwinkel 0 und die relative Bewegungslänge S5 werden auf Grundlage einer Schnittlänge S1, einer Y-Winkellänge S2, einer X-Winkellänge S3, einer Bahnverschiebung S4 (z. B. lineare Bewegung der Bahn in der X-Richtung ausgehend vom Anfang eines Vektorwegs bis zum Ende des Vektorwegs auf Grundlage der Schneidrate), einer Schneidgeschwindigkeit der Laser 28a und einer Bahngeschwindigkeit (z. B. der Geschwindigkeit des Folienzuführabschnitts 12 und des Förderers 14) bestimmt. Die Schnittlänge S1, die Y-Winkellänge S2, die X-Winkellänge S3, die Bahnverschiebung S4, die Schneidgeschwindigkeit der Laser 28a, 28b und die Bahngeschwindigkeit werden auf Grundlage der vorbestimmten Form der Fahne 13 bestimmt. In dem in 2 veranschaulichten Beispiel sind die Vektormodelle auf Grundlage der vorstehenden Parameter derart definiert, dass sich der erste Laser 28a entlang eines Vektorwegs X0-X6 bewegt, während der Förderer 14 die Ausgangsfolie 20 bewegt, um die Fahne 13, die eine durch X' definierte Form aufweist, zu schneiden und zu trennen. In dem in 3 veranschaulichten Beispiel sind die Vektormodelle auf Grundlage der vorstehenden Parameter derart definiert, dass sich der erste Laser 28a entlang des Vektorwegs X7-X11 bewegt, während der Förderer 14 die Ausgangsfolie 20 bewegt, um die Fahne 13, die eine durch X1' definierte Form, die in diesem Beispiel rechteckig ist, aufweist, zu schneiden und zu trennen. Es versteht sich, dass die Form der Fahne 13 eine beliebige geeignete Form sein kann, wie zum Beispiel eine halbkreisförmige Form oder eine quadratische Form.
Die Lasersteuerung 30 ist zudem dazu konfiguriert, den zweiten Laser 28b auf Grundlage eines oder mehrerer zweiter Vektormodelle zu führen oder zu bewegen, um einen gewünschten Schnitt in einem einzigen Durchgang zu erreichen. In einer Form sind die Vektormodelle derart definiert, dass sich der zweite Laser 28b entlang eines Vektorwegs Y1 bewegt, während der Förderer 14 die Ausgangsfolie 20 bewegt, um die jeweilige Elektrodenfolie 11, die eine durch Y1' definierte Form aufweist, zu schneiden und zu trennen. Anders ausgedrückt ist die Lasersteuerung 30 dazu konfiguriert, den zweiten Laser 28b derart zu steuern, dass sich der zweite Laser 28b schräg von einer Kante des Elektrodenabschnitts 20a zu einer anderen Kante des Elektrodenabschnitts 20a bewegt, um eine jeweilige Elektrodenfolie 11, die die Fahne 13 umfasst, von der Ausgangsfolie 20 abzuschneiden und zu trennen. Der zweite Laser 28b schneidet und trennt die jeweilige Elektrodenfolie 11, während der Förderer 14 die Ausgangsfolie 20 bewegt. In einem Beispiel ist die Lasersteuerung 30 dazu konfiguriert, den ersten und den zweiten Laser 28a, 28b derart zu steuern, dass der erste und der zweite Laser 28a, 28b die Ausgangsfolie 20 gleichzeitig schneiden. In einem anderen Beispiel ist die Lasersteuerung 30 dazu konfiguriert, den ersten und den zweiten Laser 28a, 28b derart zu steuern, dass der zweite Laser 28b den Elektrodenabschnitt 20a schneidet, nachdem der erste Laser 28a die Fahne 13 von dem Laschenabschnitt 20b abschneidet. Die Schneidrate des ersten Lasers 28a kann gleich der Schneidrate des zweiten Lasers 28b sein oder sich von dieser unterscheiden. In einigen Formen, wie in 5 gezeigt, kann die Lasereinrichtung 16 nur einen Laser 28 beinhalten, der sowohl die Fahne 13 als auch die Elektrodenfolie 11 von der Ausgangsfolie 20 abschneidet und trennt.
Eine Rauchabsaugeinrichtung 38 ist in einem Bereich der Lasereinrichtung 16 positioniert und umfasst eine Vielzahl von Rauchabsaugern 39, die dazu konfiguriert sind, Rauch abzusaugen, der von dem ersten und dem zweiten Laser 28a, 28b, die die Ausgangsfolie 20 schneiden, erzeugt wird.
Eine Laschenabschnittsammeleinrichtung 40 ist stromabwärts der Lasereinrichtung 16 positioniert und beinhaltet einen Aufroller 42, um den Laschenabschnitt 20b der Ausgangsfolie 20 zu sammeln, nachdem er durch den ersten Laser 28a geschnitten wurde. In einigen Formen sind Führungsrollen (nicht gezeigt) zwischen dem Förderer 14 und der Laschenabschnittssammeleinrichtung 40 positioniert und dazu konfiguriert, den Laschenabschnitt 20b der Ausgangsfolie 20 zu der Laschenabschnittssammeleinrichtung 40 zu führen, nachdem er durch die ersten Laser 28a geschnitten wurde.
Eine Reinigungseinrichtung 46 ist stromabwärts der Lasereinrichtung 16 positioniert und umfasst Reinigungsbürsten 48 und Schmutzabscheider 50, um weiter Schmutz von den Elektrodenfolien 11 zu entfernen, bevor sie von der Elektrodenfolienaufnahmeeinrichtung 18 aufgenommen werden. Zudem ist eine Sichteinrichtung 48 stromabwärts der Lasereinrichtung 16 positioniert und dazu konfiguriert, die Qualität der Elektrodenfolien 11 (z. B. die Kantenqualität der Elektrodenfolien 11) zu bestimmen, bevor die Elektrodenfolien 11 von der Elektrodenfolienaufnahmeeinrichtung 18 aufgenommen werden.
Die Elektrodenfolienaufnahmeeinrichtung 18 ist dazu konfiguriert, jeweilige Elektrodenfolien 11 von dem Förderer 14 aufzunehmen. In dem veranschaulichten Beispiel ist die Elektrodenfolienaufnahmeeinrichtung 18 eine Drehtrommel, die dazu konfiguriert ist, sich kontinuierlich zu drehen, um die Elektrodenfolien 11 von dem Förderer 14 aufzunehmen und die Elektrodenfolien 11 zu einer anderen Arbeitsstation (z. B. einer Station, an der die Elektrodenfolien zu Batteriezellen gestapelt werden) zu bewegen. Das heißt, die Elektrodenfolienaufnahmeeinrichtung 18 nimmt die Elektrodenfolien 11 zum Beispiel über Vakuumansaugung von dem Förderer 14 auf. Die Drehgeschwindigkeit der Elektrodenfolienaufnahmeeinrichtung 18 ist mit einer Geschwindigkeit des Förderers 14 und der Schneidrate des ersten und zweiten Lasers 28a, 28b synchronisiert. Die Elektrodenfolienaufnahmeeinrichtung 18 beinhaltet einen Elektromotor 49, wie etwa einen Servomotor, der dazu konfiguriert ist, die Elektrodenfolienaufnahmeeinrichtung 18 anzutreiben. Eine Steuerung 50 steht mit den Elektromotoren 22, 26, 49 des Folienzuführabschnitts 12, des Förderers 14 bzw. der Elektrodenfolienaufnahmeeinrichtung 18 in Kommunikation und ist dazu konfiguriert, die Geschwindigkeit des Folienzuführabschnitts 12, des Förderers 14 und der Elektrodenfolienaufnahmeeinrichtung 18 zu steuern und einzustellen. Die Steuerung 50 kann zudem in Kommunikation mit der Lasereinrichtung 16 stehen.
Die in der vorliegenden Offenbarung beschriebene Vorrichtung 10 kann zum Beispiel für Lithium-Ionen-Batterie-Pouch-Zellen, prismatische Zellen, gewickelte Zellen, unipolare oder bipolare Zellen und Festkörperbatterien verwendet werden. Die Vorrichtung 10 der vorliegenden Offenbarung stellt den Vorteil bereit, dass die Herstellungszeit zum Schneiden der Elektrodenfolien reduziert wird. Obwohl die Vorrichtung 10 zum Schneiden von Elektrodenfolien, die eine Kupferfahne aufweisen, beschrieben ist, versteht es sich, dass die Vorrichtung 10 auch zum Schneiden von Elektrodenfolien, die eine Aluminiumfahne aufweisen, verwendet werden kann. Es versteht sich zudem, dass die Vorrichtung 10 verwendet werden kann, um Separatorfolien, die bei der Herstellung von Batteriezellen zu verwenden sind, zu schneiden.
Unter Bezugnahme auf die 6-8 ist eine weitere Vorrichtung 110 zum Schneiden jeweiliger Elektrodenfolien 111 bereitgestellt. Die Vorrichtung 110 kann der vorstehend beschriebenen Vorrichtung 10 ähneln oder mit dieser identisch sein, mit Ausnahme beliebiger nachstehend angeführten Ausnahmen.
Wie in 6 gezeigt umfasst die Vorrichtung 110 zum Schneiden von Elektrodenfolien 111 einen Abroller oder Folienzuführabschnitt 112, einen Förderer 114, eine Lasereinrichtung 116 und eine Elektrodenfolienaufnahmeeinrichtung 118. Der Folienzuführabschnitt 112, der Förderer 114 und die Elektrodenfolienaufnahmeeinrichtung 118 sind dem Folienzuführabschnitt 12, einem Förderer 14 bzw. einer Elektrodenfolienaufnahmeeinrichtung 18 ähnlich, die vorstehend beschrieben wurden, und werden daher wird nicht erneut ausführlich beschrieben.
Die Lasereinrichtung 116 ist über dem Förderer 114 positioniert und umfasst einen ersten Satz von hintereinander angeordneten Lasern 128 (der einen ersten und einen zweiten Laser 128a, 128b umfasst) und einen zweiten Satz von hintereinander angeordneten Lasern (der einen ersten und einen zweiten Laser 129a, 129b umfasst). Die Lasereinrichtung 116 kann eine Emissionseinrichtung vom Galvano-Typ sein, zum Beispiel ein Galvano-Scanner, der dazu konfiguriert ist, sich in der X- und Y-Richtung zu bewegen. In einem Beispiel sind der erste und der zweite Satz von hintereinander angeordneten Lasern 128, 129 Impulslaser, die eine Impulsrate von mehr als oder gleich einem (1) Megahertz umfassen. In einem Beispiel weisen der erste und der zweite Satz von hintereinander angeordneten Lasern 128, 129 eine Leistung von mehr als oder gleich 500 Watt und eine Wellenlänge im Infrarotbereich des elektromagnetischen Spektrums auf. Die Schneidrate des ersten und des zweiten Satzes von hintereinander angeordneten Lasern 128, 129 ist mit der Geschwindigkeit des Förderers 114 und der Geschwindigkeit des Folienzuführabschnitts 112 synchronisiert.
Die Lasereinrichtung 116 umfasst eine Lasersteuerung (nicht gezeigt), die dazu konfiguriert ist, den ersten Satz von hintereinander angeordneten Lasern 128a, 128b auf Grundlage eines oder mehrerer erster Vektormodelle zu führen oder zu bewegen, um einen gewünschten Schnittweg zu erreichen. In dem in 7 veranschaulichten Beispiel sind die Vektormodelle auf Grundlage der vorstehenden Parameter definiert, sodass sich der erste Laser 128a des Satzes von hintereinander angeordneten Lasern 128 entlang des Vektorwegs X0-X3 bewegt, während der Förderer 114 die Ausgangsfolie 120 bewegt, um einen ersten Abschnitt der Fahne 113 zu schneiden und zu trennen und der zweite Laser 128b des Satzes von hintereinander angeordneten Lasern 128 sich entlang des Vektorwegs X3-X6 bewegt, während der Förderer 114 die Ausgangsfolie 120 bewegt, um einen zweiten Abschnitt der Fahne 113 zu schneiden und zu trennen. Auf diese Weise wird die Fahne 113, die die vorbestimmten Form aufweist, ausgebildet. In dem in 8 veranschaulichten Beispiel sind die Vektormodelle auf Grundlage der vorstehenden Parameter definiert, sodass sich der erste Laser 128a des Satzes von hintereinander angeordneten Lasern 128 entlang des Vektorwegs X7-X9 bewegt, während der Förderer 114 die Ausgangsfolie 120 bewegt, um einen ersten Abschnitt der Fahne 113 zu schneiden und zu trennen und der zweite Laser 128b des Satzes von hintereinander angeordneten Lasern 128 sich entlang des Vektorwegs X9-X11 bewegt, während der Förderer 114 die Ausgangsfolie 120 bewegt, um einen zweiten Abschnitt der Fahne 113 zu schneiden und zu trennen. Auf diese Weise wird die Fahne 113, die eine rechteckige Form aufweist, geschnitten und von dem Laschenabschnitt 120b getrennt.
Die Lasersteuerung ist zudem dazu konfiguriert, den zweiten Satz von hintereinander angeordneten Lasern 129 auf Grundlage eines oder mehrerer zweiter Vektormodelle zu führen oder zu bewegen, um einen gewünschten Schnittweg zu erreichen. In einer Form sind die Vektormodelle derart definiert, dass sich der erste Laser 129a des Satzes von hintereinander angeordneten Lasern 129 entlang des Vektorwegs Y0A bewegt, während der Förderer 114 die Ausgangsfolie 120 bewegt, um einen ersten Abschnitt der jeweiligen Elektrodenfolie 111 zu schneiden und zu trennen und der zweite Laser 129b des Satzes von hintereinander angeordneten Lasern 129 sich entlang des Vektorwegs Y0B bewegt, während der Förderer 114 die Ausgangsfolie 120 bewegt, um einen zweiten Abschnitt der jeweiligen Elektrodenfolie 111 zu schneiden und zu trennen. Auf diese Weise wird die Elektrodenfolie 111, die eine durch Y1' definierte Kantenform (d. h. eine gerade Kante) aufweist, geschnitten und von der Ausgangsfolie 120 getrennt.
Obwohl die Vorrichtung 110 die Lasereinrichtung 116 so veranschaulicht, dass sie den ersten Satz von hintereinander angeordneten Lasern 128 zum Schneiden und Trennen der Fahne 113 von der Ausgangsfolie 120 und den zweiten Satz von hintereinander angeordneten Lasern 129 zum Schneiden und Trennen der Elektrodenfolie 111 von der Ausgangsfolie 120 aufweist, versteht es sich, dass die Lasereinrichtung 116 einen Satz von hintereinander angeordneten Lasern zum Schneiden von nur einem von der Fahne 113 und der Elektrodenfolie 111 aus der Ausgangsfolie 120 beinhalten kann. Der erste und der zweite Satz von hintereinander angeordneten Lasern 128, 129 stellen den Vorteil bereit, dass sie längere Schneidwege sowohl in der X- als auch in der Y-Richtung ermöglichen. Der erste und der zweite Satz von hintereinander angeordneten Lasern 128, 129 stellen zudem den Vorteil bereit, dass die gewünschte Schneidrate erreicht wird, während die Bahngeschwindigkeit erhöht wird. Obwohl die Vorrichtung 110 zwei (2) Laser hintereinander veranschaulicht, versteht es sich, dass drei (3) oder mehr Laser hintereinander platziert werden können, um den gewünschten Abstand n-mal schneller zu schneiden.
Sofern in dieser Schrift nicht ausdrücklich etwas anderes angegeben ist, sind alle numerischen Werte, die mechanische/thermische Eigenschaften, Prozentanteile der Zusammensetzungen, Maße und/oder Toleranzen oder andere Charakteristiken angeben, so zu verstehen, dass sie durch das Wort „etwa“ oder „ungefähr“ modifiziert sind, wenn sie den Umfang der vorliegenden Offenbarung beschreiben. Diese Modifikation ist aus verschiedenen Gründen wünschenswert, die industrielle Praxis, Material-, Herstellungs- und Montagetoleranzen sowie Testfähigkeit beinhalten.
Wie in dieser Schrift verwendet, sollte die Formulierung mindestens eines von A, B und C dahingehend ausgelegt werden, dass sie ein logisches (A ODER B ODER C) bedeutet, wobei ein nicht ausschließendes logisches ODER verwendet wird, und sollte nicht dahingehend ausgelegt werden, dass sie „mindestens eines von A, mindestens eines von B und mindestens eines von C“ bedeutet.
In dieser Anmeldung kann sich der Ausdruck „Steuerung“ und/oder „Modul“ auf Folgendes beziehen, Teil von Folgendem sein oder Folgendes beinhalten: eine anwendungsspezifische integrierte Schaltung (ASIC); eine digitale, analoge oder gemischte analoge/digitale diskrete Schaltung; eine digitale, analoge oder gemischte analoge/digitale integrierte Schaltung; eine kombinatorische Logikschaltung; ein feldprogrammierbares Gate-Array (FPGA); eine Prozessorschaltung (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), die Code ausführt; eine Speicherschaltung (gemeinsam genutzt, dediziert oder Gruppe), die Code speichert, der durch die Prozessorschaltung ausgeführt wird; andere geeignete Hardwarekomponenten (z. B. Integrator einer Operationsverstärkerschaltung als Teil des Wärmeflussdatenmoduls), welche die beschriebene Funktionalität bereitstellen; oder eine Kombination aus einigen oder sämtlichen der Vorstehenden, wie etwa in einem Ein-Chip-System.
Der Ausdruck Speicher ist eine Untergruppe des Ausdrucks computerlesbares Medium. Der Ausdruck computerlesbares Medium schließt im in dieser Schrift verwendeten Sinne keine transitorischen elektrischen oder elektromagnetischen Signale ein, die sich durch ein Medium (wie etwa über eine Trägerwelle) ausbreiten; der Ausdruck computerlesbares Medium kann daher als greifbar und nichttransitorisch betrachtet werden. Nicht einschränkende Beispiele für ein nicht transitorisches, greifbares computerlesbares Medium sind nicht flüchtige Speicherschaltungen (wie etwa eine Flash-Speicher-Schaltung, eine Schaltung eines löschbaren programmierbaren Festwertspeichers oder eine Schaltung eines Masken-Festwertspeichers), flüchtige Speicherschaltungen (wie etwa eine Schaltung eines statischen Direktzugriffsspeichers oder eine Schaltung eines dynamischen Direktzugriffsspeichers), magnetische Speichermedien (wie etwa ein analoges oder digitales Magnetband oder ein Festplattenlaufwerk) und optische Speichermedien (wie etwa eine CD, eine DVD oder eine Blu-ray Disc).
Die in dieser Anmeldung beschriebenen Vorrichtungen und Verfahren können teilweise oder vollständig durch einen Spezialcomputer umgesetzt sein, der durch Konfigurieren eines Universalcomputers zum Ausführen einer oder mehrerer bestimmter Funktionen erstellt wird, die in Computerprogrammen verkörpert sind. Die vorstehend beschriebenen Funktionsblöcke, Ablaufdiagrammkomponenten und anderen Elemente dienen als Softwarespezifikationen, die durch die Routinearbeit eines erfahrenen Technikers oder Programmierers in die Computerprogramme übersetzt werden können.
Die Beschreibung der Offenbarung ist lediglich beispielhafter Natur und somit sollen Variationen, die nicht vom Kern der Offenbarung abweichen, innerhalb des Umfangs der Offenbarung liegen. Derartige Variationen sind nicht als Abweichung vom Wesen und Umfang der Offenbarung zu betrachten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Schneiden von Elektrodenfolien bereitgestellt, die Folgendes aufweist: einen Förderer, der dazu konfiguriert ist, eine Ausgangsfolie zu bewegen, die einen Elektrodenabschnitt und einen Laschenabschnitt umfasst, der sich von einer Kante des Elektrodenabschnitts erstreckt; und eine Lasereinrichtung, die Folgendes umfasst: einen ersten Laser, der dazu konfiguriert ist, sich zu bewegen, um eine Fahne, die mit dem Elektrodenabschnitt verbunden ist, aus dem Laschenabschnitt der Ausgangsfolie auszuschneiden, wobei der erste Laser dazu konfiguriert ist, die Fahne in einem einzigen Durchgang auszuschneiden; und einen zweiten Laser, der dazu konfiguriert ist, sich von einer Kante des Elektrodenabschnitts zu einer anderen Kante des Elektrodenabschnitts zu bewegen, um eine jeweilige Elektrodenfolie, die die Fahne umfasst, von der Ausgangsfolie abzuschneiden und zu trennen, wobei der zweite Laser dazu konfiguriert ist, die jeweilige Elektrodenfolie in einem einzelnen Durchgang auszuschneiden, wobei der erste Laser dazu konfiguriert ist, die Fahne aus dem Laschenabschnitt auszuschneiden, und der zweite Laser dazu konfiguriert ist, die jeweilige Elektrodenfolie, die die Fahne umfasst, von der Ausgangsfolie abzuschneiden und zu trennen, während der Förderer die Ausgangsfolie bewegt.
Gemäß einer Ausführungsform ist der Förderer ein Vakuumförderer.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst mindestens einer von dem ersten und dem zweiten Laser eine Vielzahl von Lasern, die hintereinander gruppiert sind.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst jeder des ersten und des zweiten Lasers eine Impulsrate von mehr als oder gleich 1 Megahertz.
Gemäß einer Ausführungsform sind der erste und der zweite Laser Impulslaser, die eine Leistung von mehr als oder gleich 500 Watt aufweisen.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Schneiden von Elektrodenfolien Folgendes: Transportieren einer Ausgangsfolie, die einen Elektrodenabschnitt und einen Laschenabschnitt umfasst, der sich von einer Kante des Elektrodenabschnitts erstreckt, unter Verwendung eines Förderers; Bewegen eines Lasers einer Lasereinrichtung, um eine Fahne, die mit dem Elektrodenabschnitt verbunden ist, aus dem Laschenabschnitt der Ausgangsfolie auszuschneiden; und Bewegen des Lasers von einer Kante des Elektrodenabschnitts zu einer anderen Kante des Elektrodenabschnitts, um eine jeweilige Elektrodenfolie, die die Fahne umfasst, von der Ausgangsfolie abzuschneiden und zu trennen, wobei der Laser dazu konfiguriert ist, die Fahne aus dem Laschenabschnitt auszuschneiden, und die jeweilige Elektrodenfolie, die die Fahne umfasst, von der Ausgangsfolie abzuschneiden und zu trennen, während der Förderer die Ausgangsfolie bewegt.
In einem Aspekt der Erfindung ist der Förderer ein Vakuumförderer.
In einem Aspekt der Erfindung ist der Laser dazu konfiguriert, die Fahne und die jeweilige Elektrodenfolie in einem einzigen Durchgang aus der Ausgangsfolie auszuschneiden und von dieser zu trennen, und wobei der Laser ein Impulslaser ist, der eine Impulsrate von mehr als oder gleich 1 Megahertz aufweist.

Claims

Vorrichtung zum Schneiden von Elektrodenfolien, wobei die Vorrichtung Folgendes umfasst: einen Förderer, der dazu konfiguriert ist, eine Ausgangsfolie zu bewegen, die einen Elektrodenabschnitt und einen Laschenabschnitt, der sich von einer Kante des Elektrodenabschnitts erstreckt, umfasst; und eine Lasereinrichtung, die dazu konfiguriert ist, einen Laser zu bewegen, um eine Fahne, die mit dem Elektrodenabschnitt verbunden ist, aus dem Laschenabschnitt der Ausgangsfolie auszuschneiden, wobei die Lasereinrichtung zudem dazu konfiguriert ist, den Laser von einer Kante des Elektrodenabschnitts zu einer anderen Kante des Elektrodenabschnitts zu bewegen, um eine jeweilige Elektrodenfolie, die die Fahne umfasst, von der Ausgangsfolie abzuschneiden und zu trennen, wobei der Laser dazu konfiguriert ist, die Fahne aus dem Laschenabschnitt auszuschneiden und die jeweilige Elektrodenfolie, die die Fahne umfasst, von der Ausgangsfolie abzuschneiden und zu trennen, während der Förderer die Ausgangsfolie bewegt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Förderer ein Vakuumförderer ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Laser dazu konfiguriert ist, die Fahne und die jeweilige Elektrodenfolie in einem einzigen Durchgang aus der Ausgangsfolie auszuschneiden und von dieser zu trennen.
Vorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Laser ein Impulslaser ist, der eine Impulsrate von mehr als oder gleich 1 Megahertz umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Laser ein Impulslaser ist, der eine Leistung von mehr als oder gleich 500 Watt aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Laser einen ersten Laser und einen zweiten Laser umfasst und wobei der erste Laser die Fahne, die mit dem Elektrodenabschnitt verbunden ist, ausschneidet und der zweite Laser die jeweilige Elektrodenfolie, die die Fahne umfasst, schneidet und trennt.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei der erste Laser und der zweite Laser gleichzeitig schneiden.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei eine Geschwindigkeit des Förderers mit einer Schneidrate des ersten Lasers und einer Schneidrate des zweiten Lasers synchronisiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei mindestens einer von dem ersten und dem zweiten Laser eine Vielzahl von Lasern, die hintereinander gruppiert sind, umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei jeder des ersten und des zweiten Lasers eine Impulsrate von mehr als oder gleich 1 Megahertz umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Elektrodenfolienaufnahmeeinrichtung, die dem Förderer nachgelagert positioniert ist und dazu konfiguriert ist, die jeweilige Elektrodenfolie von dem Förderer aufzunehmen, umfasst.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Elektrodenfolienaufnahmeeinrichtung eine Drehtrommel ist.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei eine Drehgeschwindigkeit der Drehtrommel mit einer Geschwindigkeit des Förderers synchronisiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei eine Geschwindigkeit des Förderers mit einer Schneidrate der Lasereinrichtung synchronisiert ist.