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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ultraschallschweißen eines Separators.
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STAND DER TECHNIK
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Für verschiedene Geräte wie z. B. Mobiltelefone oder Elektrofahrzeuge werden auf- und entladbare Sekundärbatterien verwendet. In den letzten Jahren sind mit einer Erhöhung der Leistung und der Leistungsfähigkeit dieser Geräte kleinere Sekundärbatterien mit einer großen elektrischen Kapazität gefordert.
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Allgemein wird eine Sekundärbatterie durch abwechselndes Laminieren einer positiven Elektrodenplatte mit einer auf ihrer Oberfläche gebildeten Aktivmaterialschicht und einer negativen Elektrodenplatte mit einer auf ihrer Oberfläche gebildeten Aktivmaterialschicht über einen Separator mit elektrischer Isolierfähigkeit gebildet. Um die elektrische Kapazität pro Einheitsvolumen in einer solchen Sekundärbatterie zu vergrößern, ist es effektiv, den Separator zu verdünnen. Daher wird eine Sekundärbatterie, deren Separator aus einem Harzfilm gebildet wird, für den praktischen Gebrauch eingerichtet.
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In einer Sekundärbatterie besteht ferner die Gefahr, dass durch eine elektrolytische Abscheidung in der negativen Elektrode erzeugte Metallablagerungen (bspw. Lithiumdendrit) den Separator durchdringen sowie einen Mikrokurzschluss der positiven und der negativen Elektrodenplatte verursachen. Daher wird eine Ausbildung in einigen Fällen aufgenommen, in der die Außenkante von paarweisen Separatoren, die die positive und die negative Elektrodenplatte einklemmen, angeschweißt und in einer Beutelform geformt wird, um zu unterdrücken, dass sich eine Metallionen erzeugende Metallart mischt, die im Elektrolyten im Nahbereich der positiven Elektrodenplatte Ablagerungen erzeugen können, oder zu unterdrücken, dass die Metallionen die negative Elektrode berühren und sich elektrolytisch abscheiden.
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Da der aus dem Harzfilm gebildete Separator Hitze relativ schlecht verträgt, besteht die Gefahr, dass der Separator durch Hitze beschädigt wird, wenn die elektrische Kapazität der Sekundärbatterie vergrößert wird, und durch die elektrolytische Abscheidung erzeugte Ablagerungen den Separator durchdringen sowie einen Mikrokurzschluss der positiven und der negativen Elektrodenplatte verursachen. Daher wird eine Sekundärbatterie vorgeschlagen, in der auf einer an der Elektrodenplatte des Separators anliegenden Fläche eine hitzebeständige Schicht (anorganische Schicht) gebildet wird, um die Hitzebeständigkeit des Separators zu erhöhen.
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Wenn jedoch Separatoren mit hitzebeständigen Schichten auf der Oberfläche des Harzfilms durch Anlegen der hitzebeständigen Schichte überlagert werden, verhindern die hitzebeständigen Schichten das Verschweißen des Harzfilms, so dass die Separatoren nicht einfach geschweißt werden können.
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In der
JP 2013-143337 A ist ein Verfahren zur Herstellung einer Sekundärbatterie vorgeschlagen, in dem Separatorschichten aus einem Harzmaterial über eine hitzebeständige Schicht laminiert werden, und ein Abschnitt, wo zusätzlich Außenmaterialien von den beiden Seiten laminiert sind, mit einem Druckvibrationselement und einem Werkzeugaufnahmeteil eingeklemmt, gedrückt und vibriert wird, wobei die hitzebeständige Schicht durch Bilden eines konvexen Abschnitts auf dem Druckvibrationselement und dem Werkzeugaufnahmeteil zerstört wird, und das Harz der Separatorschicht an dem zerstörten Abschnitt geschweißt wird.
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In der
JP 2015-185372 A ist vorgeschlagen, dass als Verfahren zum Verbinden eines Separators eines elektrischen Geräts (verpackte Elektrodenplatte) ein Separator (Keramikseparator) mit einem geschmolzenen Material (Polypropylenschicht) und einem hitzebeständigen Material (Keramikschicht) verwendet wird, und als Verfahren zum Schneiden und Verbinden eines Keramikseparators, der eine Elektroden (positive oder negative Elektrode) einklemmt und Keramikschicht gegenüberliegen lässt, während der Verbindungsbereich der um die Elektrode gegenüberliegenden Keramikseparatoren geschnitten werden, die Polypropylenschicht in einem Verbindungsbereich zur Polypropylenschicht in einem anderen Verbindungsbereich hin bewegt wird und die Polypropylenschichten in den Verbindungsbereichen geschmolzen und verbunden werden.
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ERMITTELTE SCHRIFTEN
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PATENTLITERATUREN
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- Patentliteratur 1: JP 2013-143337 A
- Patentliteratur 2: JP 2015-185372 A
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ÜBERSICHT DER ERFINDUNG
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ZU LÖSENDE AUFGABE DER ERFINDUNG
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Im Verfahren der
JP 2013-143337 A wird das Schweißen zum Bilden eines konvexen Abschnitts am Druckvibrationselement und Werkzeugaufnahmeteil intermittierend vorgenommen, so dass es schwierig ist, die gesamte Schweißfläche zu vergrößern, und es nicht leicht ist, eine ausreichende Verbindungsstärke zu erhalten.
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Obwohl ferner im Verfahren der
JP 2015-185372 A Polypropylenschichten aneinandergeschweißt werden können, wird eine relativ scharfe Schneidklinge eingesetzt, so dass es schwierig ist, die Schweißbreite von Polypropylen zu vergrößern, und es daher ebenfalls schwierig ist, die Schweißfläche insgesamt zu vergrößern und eine ausreichende Verbindungsstärke zu erhalten.
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In Anbetracht einer solchen Situation liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Ultraschallschweißen eines Separators bereitzustellen, bei dem zwei Separatoren mit einer hitzebeständigen Schicht aneinandergeschweißt werden können, wobei sich die hitzebeständigen Schichten gegenüberliegen, wobei die Verbindungsstärke relativ hoch ist.
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MITTEL ZU LÖSEN DER AUFGABE
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Das Verfahren zum Ultraschallschweißen eines Separators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist versehen mit:
- - Stützen von mindestens zwei Separatoren mit einer Harzschicht und einer auf der Harzschicht gebildeten hitzebeständigen Schicht durch ein Stützelement, wobei sich die hitzebeständigen Schichten gegenüberliegen, sowie
- - Drücken eines Vibrationselements, das an den Separatoren punktförmig anliegt und mit Ultraschall vibriert, gegen die mindestens zwei Separatoren und relativem Bewegen des Vibrationselements in Bezug auf die Separatoren.
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Das Verfahren zum Ultraschallschweißen eines Separators gemäß einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist versehen mit:
- - Anordnen von mindestens zwei Separatoren mit einer Harzschicht und einer auf der Harzschicht gebildeten hitzebeständigen Schicht derart, dass sich die hitzebeständigen Schichten gegenüberliegen,
- - Einklemmen der mindestens zwei Separatoren zwischen einem Vibrationselement, das mit Ultraschall vibriert, und einem Stützelement, das die Separatoren punktförmig stützt, sowie
- - relativem Bewegen der mindestens zwei Separatoren in Bezug auf das Vibrationselement und das Stützelement.
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EFFEKTE DER ERFINDUNG
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Im oben genannten Verfahren zum Ultraschallschweißen des Separators können Separatoren mit einer hitzebeständigen Schicht geschweißt werden, wobei sich die hitzebeständigen Schichten gegenüberliegen und die Verbindungsstärke relativ hoch ist.
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Figurenliste
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- [1] ist eine schematische Schnittdarstellung, die ein Verfahren zum Ultraschallschweißen eines Separators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
- [2] ist eine schematische Draufsicht des Verfahren zum Ultraschallschweißens des Separators von 1.
- [3] ist eine schematische Schnittdarstellung, die ein Verfahren zum Ultraschallschweißen eines Separators zeigt, der sich von 1 der vorliegenden Erfindung unterscheidet.
- [4] ist eine schematische seitliche Teilschnittdarstellung des Verfahren zum Ultraschallschweißens des Separators von 3.
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Ausführungsform der Erfindung
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben bestätigt, dass es in herkömmlichen Verfahren zum Ultraschallschweißen unter Verwendung eines sich linear erstreckenden Elements zur Ultraschallbeaufschlagung schwierig ist, im Zustand, in dem sich die hitzebeständigen Schichten von zwei Separatoren gegenüberliegen, die Separatoren ausreichend zu verbinden, und im Hinblick auf den Grund die folgenden Hypothesen aufgestellt.
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(Hypothese 1)
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In einem sich linear erstreckenden Element zur Ultraschallbeaufschlagung wird Energie leicht dispergiert.
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(Hypothese 2)
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Im Fall der Verwendung eines Elements zur Ultraschallbeaufschlagung, das sich linear erstreckt, ist es erforderlich, die Spitze des Elements zur Ultraschallbeaufschlagung zu verengen, um die Energie möglichst zu konzentrieren, so dass die auf dem Separator gebildete Schweißbreite eng wird und daher es schwierig ist, eine ausreichend Verbindungsstärke zu erhalten.
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(Hypothese 3)
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Im Fall der Verwendung eines Elements zur Ultraschallbeaufschlagung, das sich linear erstreckt, werden Bruchstücke der durch das Element zur Ultraschallbeaufschlagung zerstörten hitzebeständigen Schicht im Separator lediglich auf beide Seiten herausgedrückt, die an die Linie der Erstreckung des Elements zur Ultraschallbeaufschlagung angrenzen. Zusammen mit der Notwendigkeit, die Spitze aufgrund der Energiekonzentration zu verengen, wird die auf dem Separator gebildete Schweißbreite eng, so dass es schwierig ist, eine ausreichende Verbindungsstärke zu erhalten.
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Die Erfinder der vorliegenden Erfindung haben auf Basis der obigen Hypothesen anstelle des sich linear erstreckenden Elements durch Verwendung eines Vibrationselements (bspw. eines Vibrationselements mit einer sphärischen Spitze), das mit Ultraschall vibriert, ein Experiment zum Schweißen von zwei Separatoren mit einer hitzebeständigen Schicht durchgeführt. D. h., ein linearer Schweißabschnitt wurde gebildet, indem das Vibrationselement, das mit Ultraschall vibriert, gegen die beiden Separatoren gedrückt und in Bezug auf die Separatoren relativ bewegt wird. Überraschenderweise war es durch dieses Verfahren möglich, im Zustand, in dem sich die hitzebeständigen Schichten der beiden Separatoren gegenüberliegen, die Separatoren ausreichend zu verbinden, ohne die Ultraschallleistung zu erhöhen.
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Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zum Ultraschallschweißen eines Separators, versehen mit:
- - Anordnen von mindestens zwei Separatoren mit einer Harzschicht und einer auf der Harzschicht gebildeten hitzebeständigen Schicht derart, dass sich die hitzebeständigen Schichten gegenüberliegen, und Stützen durch ein Stützelement, sowie
- - Drücken eines Vibrationselements, das an den Separatoren punktförmig anliegt und mit Ultraschall vibriert, gegen die beiden Separatoren und relativem Bewegen des Vibrationselements in Bezug auf die Separatoren.
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Gemäß dem Verfahren zum Ultraschallschweißen des Separators liegen mindestens zwei Separatoren mit einer Harzschicht und einer auf der Harzschicht gebildeten hitzebeständigen Schicht auf einem Stützelement an, wobei sich die hitzebeständigen Schichten gegenüberliegen, und ein Vibrationselement (ultrasonic vibrating indenter), das mit Ultraschall vibriert, wird gegen die mindestens zwei Separatoren gedrückt und hierdurch das Vibrationselement und das Stützelement klemmen die mindestens zwei Separatoren ein und übt eine Ultraschallvibration aus, wodurch die hitzebeständige Schicht zerstört wird und die Harzschichten aneinander geschweißt werden können.
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Konkret wird im Verfahren zum Ultraschallschweißen des Separators, im Unterschied zu einem herkömmlichen sich linear erstreckenden Element zur Ultraschallbeaufschlagung, ein Vibrationselement verwendet, das am Separator punktförmig anliegt, so dass es davon ausgegangen werden kann, dass, indem sich die Energie an einer Stelle konzentriert, eine Energie erhalten wird, die ausreicht, um die hitzebeständige Schicht in dem relativ großen punktförmigen Bereich zu zerstören, die Bruchstücke der hitzebeständigen Schicht in Flächenrichtung nach außen herauszudrücken und die Harzschichten aneinander zu schweißen. In dem Verfahren zum Ultraschallschweißen des Separators kann ferner ein kontinuierliches Schweißen vorgenommen werden, indem das Vibrationselement zu dem Separator relativ bewegt wird. Daher kann ein kontinuierlicher linearer Schweißabschnitt mit einer relativ großen Breite gebildet werden, so dass die Verbindungsstärke des Separators relativ erhöht werden kann.
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Es ist bevorzugt, dass die Relative Bewegung des Vibrationselements durch Bewegung der absoluten Position des Vibrationselements vorgenommen wird. Indem die Relative Bewegung des Vibrationselements, wie hier beschrieben, durch Bewegung der absoluten Position des Vibrationselements vorgenommen wird, kann die Ausbildung der Vorrichtung relativ vereinfacht werden und die Produktivität erhöht werden. Durch Bewegung des Vibrationselements ist es ferner möglich, die Form des Schweißabschnitts, der an den beiden Separatoren gebildet wird, relativ frei auszuwählen, wie z. B. in einer Linienform oder einer gestrichelten Linienform.
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Die relative Bewegung des Vibrationselements kann durchgeführt werden, während der Separator befördert wird. Auf diese Weise kann durch Durchführen der relativen Bewegung des Vibrationselements, während der Separator befördert wird, die Produktivität weiter verbessert werden.
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Es ist bevorzugt, dass der Krümmungsradius des Anlageabschnitts des Vibrationselements am Separator 0,5 mm oder mehr beträgt. Indem der Krümmungsradius des Anlageabschnitts des Vibrationselements am Separator, wie hier beschrieben, 0,5 mm oder mehr beträgt, kann die Breite des Schweißabschnitts relativ vergrößert werden und die Verbindungsstärke zwischen den Separatoren sicherer erhöht werden. Der „Krümmungsradius“ umfasst einen Punkt, der an dem Separator anliegt, und bedeutet einen Mittelwert zwischen dem Krümmungsradius im Querschnitt unter den zum Separator senkrechten Querschnitten des Vibrationselements, an dem der Krümmungsradius der Konturlinie am größten ist, und dem Krümmungsradius der Konturlinie im zu diesem orthogonal stehenden Querschnitt
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Es ist bevorzugt, dass die relative Bewegung des Vibrationselements eine relative Bewegung des Vibrationselements in Bezug auf den Separator in einer ersten Richtung und eine relative Bewegung des Vibrationselements in Bezug auf den Separator in einer zweiten Richtung umfasst, die die erste Richtung kreuzt. Indem die relative Bewegung des Vibrationselements die Relative Bewegung indem die relative Bewegung des Vibrationselements die relativen Bewegungen in der ersten und der zweiten Richtung umfasst, ist es möglich, im Vergleich zu herkömmlichen sich linear erstreckenden Elementen ein komplizierterer ebener Schweißabschnitt als die beiden Separatoren zu bilden. Bspw. ist es relativ einfach, eine Elektrodenplatte zwischen den beiden Separatoren anzuordnen und entlang der Kontur der Elektrodenplatte einen Schweißabschnitt zu bilden.
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Es ist bevorzugt, den Schweißabschnitt des Separators, der bei der relativen Bewegung des Vibrationselements in Bezug auf den Separator in der ersten Richtung gebildet wird, zu vermeiden und das Vibrationselement in Bezug auf den Separator in der zweiten Richtung relativ zu bewegen. Indem der nächste Schweißen, wie hier beschrieben, unter Vermeidung einer einmal geschweißten Stelle vorgenommen wird, kann die Produktivität erhöht und ein guter Schweißzustand aufrechterhalten werden.
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Es ist bevorzugt, dass die Anordnung einer Elektrodenplatte zwischen den mindestens zwei Separatoren weiter vorgesehen ist und durch die relative Bewegung des Vibrationselements ein linearer Schweißabschnitt entlang der Kontur der Elektrodenplatte gebildet wird. Indem die Anordnung einer Elektrodenplatte zwischen den mindestens zwei Separatoren, wie hier beschrieben, weiter vorgesehen ist und durch die relative Bewegung des Vibrationselements ein linearer Schweißabschnitt entlang der Kontur der Elektrodenplatte gebildet wird, ist es möglich, eine verpackte Elektrode, bei der die Elektrodenplatte mit einem beutelförmigen Separator bedeckt ist, effizient herzustellen.
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Bei einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung handelt es sich um ein Verfahren zum Ultraschallschweißen eines Separators, versehen mit:
- - Anordnen von mindestens zwei Separatoren mit einer Harzschicht und einer auf der Harzschicht gebildeten hitzebeständigen Schicht derart, dass sich die hitzebeständigen Schichten gegenüberliegen,
- - Einklemmen der mindestens zwei Separatoren zwischen einem Vibrationselement, das mit Ultraschall vibriert, und einem Stützelement, das die Separatoren punktförmig stützt, sowie
- - relativem Bewegen der mindestens zwei Separatoren in Bezug auf das Vibrationselement und das Stützelement.
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Im Verfahren zum Ultraschallschweißen des Separators wird das Stützelement verwendet, das am Separator punktförmig anliegt, so dass es davon ausgegangen werden kann, dass, indem sich die Energie an einer Stelle konzentriert, eine Energie erhalten wird, die ausreicht, um die hitzebeständige Schicht in dem relativ großen punktförmigen Bereich zu zerstören, die Bruchstücke der hitzebeständigen Schicht in Flächenrichtung nach außen herauszudrücken und die Harzschichten aneinander zu schweißen. In dem Verfahren zum Ultraschallschweißen des Separators kann ferner ein kontinuierliches Schweißen vorgenommen werden, indem der Separator in Bezug auf das Vibrationselement und das Stützelement relativ bewegt wird. Daher kann ein kontinuierlicher linearer Schweißabschnitt mit einer relativ großen Breite gebildet werden, so dass die Verbindungsstärke des Separators relativ erhöht werden kann.
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Es ist auch möglich, die mindestens zwei Separatoren durch relative Bewegung der mindestens zwei Separatoren in Bezug auf das Vibrationselement zu schneiden. Indem die mindestens zwei Separatoren, wie hier beschrieben, in Bezug auf das Vibrationselement relativ bewegt werden, können der Schweißschritt und der Schneidschritt gleichzeitig ausgeführt werden und die Herstellungseffizienz gleichzeitig kann erhöht werden.
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Es ist bevorzugt, dass die Anlagefläche des Vibrationselements flach ist und die Stützfläche des Stützelements in einer zur Richtung der relativen Bewegung des Separators senkrechten Seitenansicht bogenförmig ist. Indem die Anlagefläche des Vibrationselements, wie hier beschrieben, flach ist und die Stützfläche des Stützelements in einer zur Richtung der relativen Bewegung des Separators senkrechten Seitenansicht bogenförmig ist, ist es möglich, den Separator, der zwischen dem Vibrationselement und dem Stützelement eingeklemmt ist, relativ frei zu bewegen.
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Im Folgenden wird das Verfahren zum Ultraschallschweißen des Separators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen näher erläutert.
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[Verfahren zum Ultraschallschweißen des Separators]
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Das Verfahren zum Ultraschallschweißen des Separators gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist, wie in 1 gezeigt, mit Anordnen von mindestens zwei Separatoren S mit einer Harzschicht 1 und einer auf der Harzschicht 1 gebildeten hitzebeständigen Schicht 2 derart, dass sich die hitzebeständigen Schichten 2 gegenüberliegen, und Stützen durch ein Stützelement (Amboss) A, sowie, wie in 2 gezeigt, mit Drücken eines Vibrationselements (Horn) H, das mit Ultraschall vibriert, gegen die beiden Separatoren S und relativem Bewegen in Bezug auf die Separatoren S versehen.
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Das Verfahren zum Ultraschallschweißen des Separators kann typischerweise als Schritt zur Herstellung einer verpackten Elektrodenplatte angewendet werden, in dem eine Elektrodenplatte P für ein elektrisches Speicherelement von zwei Separatoren S eingeklemmt wird und zwei Separatoren S außerhalb der Elektrodenplatte (positive oder negative Elektrodenplatte) P geschweißt werden, um in einer Umschlagform zu verbinden. Durch die Verwendung einer solchen verpackten Elektrodenplatte ist es möglich, zu unterdrücken, dass durch Eindringen eines Fremdkörpers usw. an einer positiven Elektrodenplatte des elektrischen Speicherelements erzeugte Metallionen sich zu einer negativen Elektrode bewegen und sich elektrolytisch abscheiden, und einen Mikrokurzschluss aufgrund der elektrolytischen Abscheidung zu verhindern.
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<Separator>
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Der Separator S kann auch von einer Spule, auf der ein langes Blatt aufgewickelt ist, zugeführt werden und nach dem Schweißen durch das Verfahren zum Ultraschallschweißen geschnitten werden. Alternativ können zwei Separatoren S gebildet werden, indem ein großformatiges Blatt in zwei gefaltet wird.
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Durch die kontinuierliche Zuführung der zwei Separatoren S von der Spule ist es möglich, eine Vielzahl von verpackten Elektrodenplatten kontinuierlich und effektiv herzustellen. Die verpackte Elektrodenplatte wird erhalten, indem das lange Blatt, auf dem der Schweißabschnitt C durch das Verfahren zum Ultraschallschweißen gebildet ist, zwischen den beiden Schweißabschnitten C oder in der Mitte eines einzigen Schweißabschnitts C geschnitten wird, um die Separatoren S zu trennen.
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(Harzschicht)
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Die Harzschicht 1 wird aus einem porösen Harzfilm gebildet.
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Als Hauptkomponente der Harzschicht 1 können z. B. angewendet werden: Polyethylen (PE), Polypropylen (PP), Ethylen-Vinylacetat-Copolymer, Ethylen-Methylacrylat-Copolymer, Ethylen-Ethylacrylat-Copolymer, Polyolefinderivate wie chlorierte Polyethylen, Polyolefine wie Ethylen-Propylen-Copolymer, Polyester wie Polyethylenterephthalat und Copolymerester usw. Unter diesen werden als Hauptkomponente der Harzschicht 1 bevorzugt Polyethylen und Polypropylen verwendet, die eine ausgezeichnete Beständigkeit gegen elektrolytische Lösung, Haltbarkeit und Schweißbarkeit aufweisen. Mit der „Hauptkomponente“ ist eine Komponente mit dem größten Massengehalt gemeint.
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Die untere Grenze der durchschnittlichen Dicke der Harzschicht 1 beträgt bevorzugt 5 µm und mehr bevorzugt 10 µm. Demgegenüber beträgt die obere Grenze der durchschnittlichen Dicke der Harzschicht 1 bevorzugt 50 µm und mehr bevorzugt 30 µm. Indem die durchschnittliche Dicke der Harzschicht 1 auf oder über die untere Grenze festgelegt wird, ist es möglich, den Separator S zu schweißen, ohne die Harzschicht 1 zu brechen. Indem ferner die durchschnittliche Dicke der Harzschicht 1 auf die obere Grenze oder weniger festgelegt wird, ist es möglich, die Kapazität pro Volumen des elektrischen Speicherelements ausreichend zu erhöhen, ohne die Dicke des Separators S unnötig zu erhöhen.
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(Hitzebeständige Schicht)
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Die hitzebeständige Schicht 2 ist mit einer Vielzahl an anorganischen Teilchen und einem Bindemittel ausgebildet, das die anorganischen Teilchen verbindet.
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Als Hauptkomponente der anorganischen Teilchen können sich angeführt werden: Oxide wie Aluminiumoxid, Siliziumdioxid, Zirkoniumoxid, Titandioxid, Magnesiumoxid, Ceroxid, Yttriumoxid, Zinkoxid, Eisenoxid usw., Nitride wie Siliciumnitrid, Titannitrid und Bornitrid, Siliziumkarbid, Kalziumkarbonat, Aluminiumsulfat, Aluminiumhydroxid, Kaliumtitanat, Talkum, Kaolinton, Kaolinit, Halloysit, Pyrophyllit, Montmorillonit, Sericit, Glimmer, Amesit, Bentonit, Asbest, Zeolith, Calciumsilikat, Magnesiumsilikat usw. Unter diesen sind Aluminiumoxid, Siliciumdioxid und Titandioxid als Hauptkomponente der anorganischen Teilchen der hitzebeständigen Schicht 2 besonders bevorzugt.
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Die untere Grenze der durchschnittlichen Teilchengröße der anorganischen Teilchen der hitzebeständigen Schicht 2 beträgt bevorzugt 1 nm und mehr bevorzugt 7 nm. Gegenüber beträgt die obere Grenze der durchschnittlichen Teilchengröße der anorganischen Teilchen bevorzugt 5 µm und mehr bevorzugt 1 µm. Durch Festlegung der durchschnittlichen Teilchengröße der anorganischen Teilchen auf oder über die oben genannte untere Grenze erhöht sich nicht das Verhältnis des Bindemittels in der hitzebeständigen Schicht 2 und die hitzebeständige Schicht 2 mit ausreichender Hitzebeständigkeit kann erhalten werden. Durch Festlegung der durchschnittlichen Teilchengröße der anorganischen Teilchen auf oder unter die oben genannte obere Grenze kann die homogene hitzebeständige Schicht 2 ohne weiteres gebildet werden. Mit der „durchschnittlichen Teilchengröße“ ist ein unter Verwendung eines Transmissionselektronenmikroskops (TEM) oder eines Scanning-Elektronenmikroskops (SEM) gemäß JIS-R1670 gemessener Wert gemeint.
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Als Hauptkomponente des Bindemittels der hitzebeständigen Schicht 2 kann bspw. angeführt werden: ein Fluorharz wie Polyvinylidenfluorid (PVDF), Polytetrafluorethylen (PTFE) usw., ein Fluorkautschuk wie ein Vinylidenfluorid-Hexafluorpropylen-Tetrafluorethylen-Copolymer, ein Styrol-Butadien-Copolymer und Hydrid davon, Acrylnitril-Butadien-Copolymer und Hydrid davon, Acrylnitril-Butadien-Styrol-Copolymer und Hydrid davon, Synthetischer Kautschuk wie Methacrylsäureester-Acrylsäureester-Copolymer, Styrol-Acrylsäureester-Copolymer, Acrylnitril-Acrylsäureester-Copolymer, Cellulosederivate wie Ammoniumsalz von Carboxymethylcellulose (CMC), Hydroxyethylcellulose (HEC) und Carboxymethylcellulose, Polyimid wie Polyetherimid, Polyamidimid, Polyamid und Precursor davon (Polyamidsäure usw.), Ethylen-Acrylsäure-Copolymer wie Ethylen-Ethylacrylat-Copolymer, Polyvinylalkohol (PVA), Polyvinylbutyral (PVB) Polyvinylpyrrolidon (PVP), Polyvinylacetat, Polyurethan, Polyphenylenether, Polysulfon, Polyethersulfon, Polyphenylensulfid, Polyester usw.
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Die untere Grenze der durchschnittlichen Dicke der hitzebeständigen Schicht 2 beträgt bevorzugt 0,5 µm und mehr bevorzugt 1 µm. Demgegenüber beträgt die obere Grenze der durchschnittlichen Dicke der hitzebeständigen Schicht 2 bevorzugt 10 µm und mehr bevorzugt 6 µ m. Durch Festlegung der durchschnittlichen Dicke der hitzebeständigen Schicht 2 auf oder über die oben genannte untere Grenze ist es möglich, die Hitzebeständigkeit des Separators S ausreichend zu erhöhen. Durch Festlegung der durchschnittlichen Dicke der hitzebeständigen Schicht 2 auf oder unter die obere Grenze ist es möglich, die Kapazität pro Volumen des elektrischen Speicherelements ausreichend zu erhöhen, ohne die Dicke des Separators S unnötig zu vergrößern.
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(Elektrodenplatte)
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Als Elektrodenplatte P wird ein Objekt eingesetzt, das durch Laminieren einer Aktivmaterialschicht auf die Oberfläche einer Metallfolie erhalten wird.
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Als Material für die Metallfolie der Elektrodenplatte P kann im Falle einer positiven Elektrode z. B. Aluminium usw. und im Fall einer negativen Elektrode können z. B. Kupfer, Eisen, Edelstahl usw. verwendet werden.
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Als Aktivmaterial der Elektrodenplatte P kann im Falle einer positiven Elektrode ein Material verwendet werden, das ein Oxidmaterial wie LiCoO2, LiNiO2, LiMn2O4 usw. als Hauptkomponente enthält, und im Falle einer negativen Elektrode kann ein Material verwendet werden, das z. B. Graphit usw. als Hauptkomponente enthält.
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(Stützelement)
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Als Stützelement A kann jedes Element verwendet werden, solange die obere Fläche, auf der die Separatoren S aufliegen, flach ist, eine ausreichende Oberflächenhärte und Stärke aufweist.
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Falls zwei Separatoren S geschweißt werden, während diese gefördert werden, kann der Separator S auf dem Stützelement A geschoben werden, jedoch kann durch Fördern des Stützelements A zusammen mit dem Separator S in einem bestimmten Tempo verhindert werden, dass unnötige Spannungen auf den Anlagebereich des Vibrationselements H des Separators S wirken. Folglich ist es durch Bewegung des Stützelements A zusammen mit dem Separator S möglich, die mehreren Paare von Separatoren S kontinuierlich und effizient zu schweißen und die Reduzierung der Verbindungsstärke der Separatoren S zu verhindern.
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(Vibrationselement)
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Als Vibrationselement H kann jedes Element verwendet werden, solange es punktförmig am Separator S anliegt. Bspw. kann ein Element in Form eines runden Stabes mit einer halbkugelförmigen Spitze geformt werden.
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Die untere Grenze des Krümmungsradius des Anlageabschnitts des Vibrationselements H am Separator S beträgt bevorzugt 0,5 mm und mehr bevorzugt 1,0 mm. Demgegenüber beträgt die obere Grenze des Krümmungsradius des Anlageabschnitts des Vibrationselements H am Separator S bevorzugt 8 mm und mehr bevorzugt 15 mm. Durch Festlegung des Krümmungsradius des Anlageabschnitts des Vibrationselements H am Separator S auf oder über die untere Grenze, wird die Breite des Schweißabschnitts C der beiden Separatoren S nicht klein und eine ausreichende Verbindungsstärke kann erhalten werden. Durch Festlegung des Krümmungsradius des Anlageabschnitts des Vibrationselements H am Separator S auf oder unter die obere Grenze wird die Ultraschallvibration nicht über einen weiten Bereich des Separators S dispergiert und die hitzebeständige Schicht 2 kann effizient zerstört werden.
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Es ist bevorzugt, dass die Vibrationsrichtung des Vibrationselements H in Bezug auf die Oberfläche des Separators S geneigt ist. Indem die Vibrationsrichtung des Vibrationselements in Bezug auf die Oberfläche des Separators S geneigt ist, ist es möglich, die hitzebeständige Schicht 2 durch die Ultraschallvibration des Vibrationselements H zu zerstören und die Bruchstücke der zerstörten hitzebeständigen Schicht 2 durch die Ultraschallvibration des Vibrationselements H zu trennen, um die Harzschichten 1 relativ einfach zu schweißen.
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Indem die Vibrationsrichtung des Vibrationselements H in Bezug auf die Oberfläche des Separators S geneigt ist, treffen das Vibrationselement H und das Stützelement A nicht aufeinander auf, selbst wenn das Spiel (der Abstand im Zustand, in dem keine Ultraschallvibration erzeugt wird) zwischen dem Vibrationselement H und dem Stützelement A bei der Herstellung kleiner als die Bewegungsbreite (das Zweifache der Amplitude) der Spitze des Vibrationselements H aufgrund der Ultraschallvibration eingestellt wird. Indem die Vibrationsrichtung des Vibrationselements H in Bezug auf die Oberfläche des Separators S geneigt ist, kann daher die Energie der Ultraschallvibration des Vibrationselements H effizient übertragen werden, so dass mit einer geringeren Energie der Schweißabschnitt C mit einer relativ großen Dicke und einer großen Schälfestigkeit gebildet werden kann.
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Die Untergrenze des Neigungswinkels des Vibrationselements H in Bezug auf die Oberfläche des Separators S in der Vibrationsrichtung beträgt bevorzugt 5° und mehr bevorzugt 10°. Demgegenüber beträgt die Obergrenze des Neigungswinkels des Vibrationselements H in Bezug auf die Oberfläche des Separators S in der Vibrationsrichtung bevorzugt 70° und mehr bevorzugt 60°. Durch Festlegung des Neigungswinkels des Vibrationselements H in Bezug auf die Oberfläche des Separators S in der Vibrationsrichtung auf oder über die untere Grenze ist es möglich, die Ultraschallvibration effizient auf die hitzebeständige Schicht 2 auszuüben, die hitzebeständige Schicht 2 effizient zu zerstören und somit eine ausreichende Verbindungsstärke des Separators S zu erhalten. Durch Festlegung des Neigungswinkels des Vibrationselements H in Bezug auf die Oberfläche des Separators S in der Vibrationsrichtung auf oder unter die Obergrenze, ist es ferner möglich, die Bruchstücke der zerstörten hitzebeständigen Schicht 2 zu verdrängen und die Harzschichten 1 effizient zu schweißen, so dass die Effizienz erhöht werden kann.
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Zur Realisierung einer solchen Vibration kann, wie in 1 gezeigt, ein stabförmiges Vibrationselement H verwendet werden, das am Separator S am Spitzenabschnitt anliegt und in axialer Richtung mit Ultraschall vibriert, und dieses stabförmige Vibrationselement H kann in Bezug auf die Oberfläche des Separators S geneigt angeordnet werden.
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Die Untergrenze der Amplitude des Vibrationselements H beträgt bevorzugt 10 µm und mehr bevorzugt 27 µm. Demgegenüber beträgt die obere Grenze der Amplitude des Vibrationselements H bevorzugt 80 µm und mehr bevorzugt 68 µm. Durch Festlegung der Amplitude des Vibrationselements H auf oder über die untere Grenze kann die hitzebeständige Schicht 2 ohne weiteres zerstört werden. Durch Festlegung der Amplitude des Vibrationselements H auf oder unter die obere Grenze ist es ferner möglich, eine Beschädigung der Harzschicht 1 zu unterdrücken oder eine unnötige Reduzierung der Energieeffizienz zu unterdrücken.
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Die Frequenz der Ultraschallvibration des Vibrationselements H beträgt bevorzugt 10 kHz und mehr bevorzugt 20 kHz. Demgegenüber beträgt die obere Grenze der Frequenz der Ultraschallvibration des Vibrationselements H bevorzugt 80 kHz und mehr bevorzugt 40 kHz. Durch Festlegung der Frequenz der Ultraschallvibration des Vibrationselements H auf oder über die untere Grenze wird eine Beschädigung der Harzschicht 1 unterdrückt, so dass es möglich ist, eine Reduzierung der Stärke des Schweißabschnitts C des Separators S zu unterdrücken oder einen Bruch des Separators S beim Schweißen zu unterdrücken. Durch Festlegung der Frequenz der Ultraschallvibration des Vibrationselements H auf oder unter die obere Grenze ist es ferner möglich, unnötig teure Vorrichtungen zu vermeiden.
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Die Untergrenze der Andruckkraft (ausschließlich einer durch Ultraschallvibration wirkenden Kraft) des Vibrationselements H auf den Separator S beträgt bevorzugt 5 N und mehr bevorzugt 10 N. Demgegenüber beträgt die Obergrenze der Andruckkraft des Vibrationselements H auf den Separator S bevorzugt 50 N und mehr bevorzugt 30 N. Durch Festlegung der Andruckkraft des Vibrationselements H auf den Separator S auf oder über die Untergrenze kann die hitzebeständige Schicht 2 effizient zerstört werden. Durch Festlegung der Andruckkraft des Vibrationselements H auf den Separator S auf oder unter die Obergrenze ist es ferner möglich, die Reduzierung der Dicke des Schweißabschnitts C und eine hierdurch bedingte Reduzierung der Stärke zu unterdrücken, und einen Bruch des Separators S beim Schweißen zu unterdrücken.
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Es ist bevorzugt, dass die Bewegungsrichtung des Vibrationselements H in der Draufsicht einen Winkel in Bezug auf die Vibrationsrichtung des Vibrationselements H aufweist. D. h., es ist bevorzugt, dass die Vibration des Vibrationselements H eine Komponente in Breitenrichtung des gebildeten Schweißabschnitts C aufweist. Indem sich die Bewegungsrichtung des Vibrationselements H in der Draufsicht von der Vibrationsrichtung unterscheidet, ist es möglich, die Breite des Schweißabschnitts C, an dem die Hin- und Herbewegung des Andruckpunkts durch die Ultraschallvibration des Vibrationselements H gebildet wird, zu vergrößern und die Bruchstücke der zerstörten hitzebeständige Schicht 2 kann nach links und rechts zu stoßen, um die Harzschichten 1 effizient aneinander zu schweißen.
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Die untere Grenze des Winkels der Bewegungsrichtung des Vibrationselements H in Bezug auf die Vibrationsrichtung des Vibrationselements H in der Draufsicht beträgt bevorzugt 30° und mehr bevorzugt 40°. Durch Festlegung des Winkels der Bewegungsrichtung des Vibrationselements H in Bezug auf die Vibrationsrichtung des Vibrationselements H in der Draufsicht auf oder über die untere Grenze kann die Bruchstücke der zerstörten hitzebeständigen Schicht 2 effizient vom Schweißabschnitt C nach außen verdrängt werden, so dass es möglich ist, das Schweißen effizient vorzunehmen oder eine ausreichende Verbindungsstärke des Separators S zu erhalten. Demgegenüber wird die Obergrenze des Winkels der Bewegungsrichtung des Vibrationselements H in Bezug auf die Vibrationsrichtung des Vibrationselements H in der Draufsicht nicht besonders eingeschränkt und beträgt idealerweise 90°, wenn lediglich die Schweißbarkeit berücksichtigt wird. Fall jedoch, wie in 2 gezeigt, zueinander senkrechte lineare Schweißabschnitte C an den beiden Separatoren S gebildet werden, erübrigt sich ein Mechanismus zur Änderung der Richtung des Vibrationselements H, indem der Winkel der Bewegungsrichtungen D1, D2 des Vibrationselements H in Bezug auf die Vibrationsrichtung des Vibrationselements H in der Draufsicht auf 45° festgelegt wird.
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Das Vibrationselement H bewegt im Zustand, in dem dieses an die obere Fläche der beiden am Stützelement A aufliegenden Separatoren S angedrückt wird, seine absolute Position unter Ultraschallvibration, wodurch sich das Vibrationselement H in Bezug auf die Separatoren S relativ bewegt und an den beiden Separatoren S einen linearen Schweißabschnitt C bildet. Es ist daher bevorzugt, dass das Vibrationselement H durch einen Positionierungsantriebsmechanismus, der z. B. aus einem Gelenkroboter, einem Roboter mit orthogonalem Koordinatensystem usw. gebildet wird, beliebig beweglich gehalten wird.
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Die relative Bewegung des Vibrationselements H in Bezug auf den Separator S umfasst, wie z. B. in 2 gezeigt, eine Bewegung in der ersten Richtung D1 und eine Bewegung in der zweiten Richtung D2. Hierdurch ist es möglich, zwei Separatoren S in linearer Form entlang der Kontur der Elektrodenplatte P zu schweißen, während das Vibrationselement H, das am Separator S punktförmig anliegt, verwendet wird.
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Hierbei ist es bevorzugt, das Vibrationselement H relativ zu bewegen, damit der zuvor gebildete Schweißabschnitt C in der ersten Richtung D1 vermieden und der Schweißabschnitt C in der zweiten Richtung D2 gebildet wird. D. h., indem vermieden wird, dass dieselbe Position des Separators S zweimal oder mehr durch das Vibrationselement H gedrückt wird, kann der Separator S des zuvor gebildeten Schweißabschnitts C abgelöst oder der Separator S durch den Schweißabschnitt C gebrochen werden.
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[Weitere Ausführungsformen]
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Die obige Ausführungsform beschränkt nicht die Ausbildung der vorliegenden Erfindung. Folglich ist in der oben erwähnten Ausführungsform die Auslassung, Ersetzung oder Hinzufügung der Bestandteile jedes Teils der Ausführungsform auf der Basis der Beschreibung der vorliegenden Beschreibung und des technischen Allgemeinwissens möglich, und alle sind zu interpretieren, dass sie zum Umfang der vorliegenden Erfindung gehören.
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In dem Verfahren zum Ultraschallschweißen des Separators können auch drei oder mehr Separatoren geschweißt werden. Bspw. ist es auch möglich, mehrere positive Elektrodenplatten und mehrere negative Elektrodenplatten über Separatoren abwechselnd zu laminieren und außerhalb der zu schweißen, um ein Elektrodenlaminat zu bilden.
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In dem Verfahren zum Ultraschallschweißen ist es auch möglich, das Vibrationselement in Bezug auf den Separator relativ zu bewegen, indem das Vibrationselement an den Separator angedrückt fixiert wird und das mit dem Separator beladene Stützelement bewegt wird.
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In dem Verfahren zum Ultraschallschweißen kann z. B. ein intermittierender Schweißabschnitt in Form einer gestrichelten Linie auch gebildet werden.
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Es ist auch möglich, durch relative Bewegung des Vibrationselements mindestens zwei Separatoren unter Schweißen zu schneiden. In diesem Fall ist es bevorzugt, dass die Form der Anlagefläche des Vibrationselements nach links und rechts in der relativen Bewegungsrichtung im Wesentlichen symmetrisch ist, damit der Separator in der Mitte in der Breitenrichtung des zu bildenden Schweißabschnitts geschnitten werden kann.
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Obwohl in der oben erwähnten Ausführungsform zwei Separatoren zwischen dem Vibrationselement, das mit Ultraschall vibriert, und dem Stützelement eingeklemmt sind, wird die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Form eingeschränkt. Das Verfahren zum Ultraschallschweißen eines Separators gemäß der vorliegenden Erfindung kann auch damit versehen sein, dass mindestens zwei Separatoren mit einer Harzschicht und einer auf der Harzschicht gebildeten hitzebeständigen Schicht derart angeordnet sind, dass sich die hitzebeständigen Schichten gegenüberliegen, dass die mindestens zwei Separatoren zwischen dem Vibrationselement, das mit Ultraschall vibriert, und dem Stützelement, das den Separator in einer Punktform stützt, eingeklemmt werden, und dass die mindestens zwei Separatoren in Bezug auf das Vibrationselement und das Stützelement relativ bewegt werden.
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Das oben erwähnte Verfahren zum Ultraschallschweißen kann bspw. auch unter Verwendung der in 3 und 4 gezeigten Ultraschallschweißvorrichtung ausgeführt werden. In dieser Ultraschallschweißvorrichtung weist ein Vibrationselement H1, das mit Ultraschall vibriert, eine Anlagefläche auf, die sich in Seitenansicht senkrecht zur relativen Bewegungsrichtung des Separators S bevorzugt linear erstreckt. Demgegenüber erstreckt sich das Stützelement A1 in einer Kreisbogenform in Seitenansicht senkrecht zur relativen Bewegungsrichtung des Separators S, und die Breite in der Richtung senkrecht zur relativen Bewegungsrichtung des Separators S ist ausreichend klein, so dass das Stützelement A1 am Separator S punktförmig anliegt. Diese Ultraschallschweißvorrichtung kann insbesondere zum Schmelzen des Separators S unter Schweißen zweckmäßig eingesetzt werden.
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In dem Verfahren zum Ultraschallschweißen werden mindestens zwei Separatoren S zwischen der Anlagefläche des Vibrationselements H1 und der Stützfläche des Stützelements A1 eingeklemmt und der Separator S wird relativ zu dem Vibrationselement H1 und dem Stützelement A1 bewegt, wodurch die beiden Separatoren S entlang der Richtung der relativen Bewegung geschweißt werden können. Da bei der in 3 gezeigten Ultraschallschweißvorrichtung die Anlagefläche und die Stützfläche über den Separator S punktförmig in Kontakt stehen, kann davon ausgegangen werden, dass durch Konzentration der Energie der Ultraschallvibration auf eine Stelle eine Energie erhalten wird, die ausreicht, um die hitzebeständige Schicht in einem relativ großen punktförmigen Bereich zu zerstören, die Bruchstücke der hitzebeständigen Schicht herauszudrücken und die Harzschichten aneinander zu schweißen.
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Wie in den Zeichnungen gezeigt, kann das Stützelement A1 ausgebildet werden, mit einem Basisabschnitt B, der in einer konvexen Form gebildet wird, die in Richtung des Separators vorsteht, und die Stärke sichert, sowie einem konvexen Abschnitt E, der in einer Linienform vorsteht, die sich von diesem Basisabschnitt B in der relativen Bewegungsrichtung des Separators S erstreckt und eine Stützfläche bildet, die am Separator S anliegt.
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Die untere Grenze der durchschnittlichen Breite (der substantiellen Anlagebreite in Bezug auf den Separator S) des konvexen Abschnitts E beträgt bevorzugt 0,1 mm und mehr bevorzugt 0,2 mm. Demgegenüber beträgt die obere Grenze der durchschnittlichen Breite des konvexen Abschnitts E bevorzugt 1 mm und mehr bevorzugt 0,6 mm. Durch Festlegung der durchschnittlichen Breite des konvexen Abschnitts E auf oder über die untere Grenze kann die Breite des zu bildenden Schweißabschnitts ausreichend sichergestellt werden. Durch Festlegung der durchschnittlichen Breite des konvexen Abschnitts E auf oder unter die obere Grenze ist es ferner möglich, zu vermeiden, dass die Kontaktfläche in Bezug auf den Separator S übermäßig groß wird, und ein Schweißen sicherzustellen.
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Das Stützelement A1 liegt am Separator S aufgrund der geringen Breite insbesondere des konvexen Abschnitts E substantiell punktförmig an. Da der Anlagepunkt des konvexen Abschnitts E in Bezug auf den Separator S eine Breite von etwa 1 mm aufweisen kann, wird die Querschnittsform des Spitzenabschnitts des Konvexen Abschnitts E nicht besonders eingeschränkt, und verschiedenartige Formen wie z. B. eine rechteckige Form, eine Trapezform, eine halbkreisförmige Form usw. aufgenommen werden. Als besonders bevorzugtes Beispiel kann die Querschnittsform des Spitzenabschnitts des konvexen Abschnitts E eine Halbkreisform mit einem Radius von etwa 0,2 mm annehmen,
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Als äußere Form des konvexen Abschnitts E in einer Richtung senkrecht zur relativen Bewegungsrichtung des Separators S kann ferner eine Bogenform oder eine elliptische Bogenform angenommen werden. Die untere Grenze des Krümmungsradius an der Kontaktposition des konvexen Abschnitts E in Bezug auf den Separator S in der Richtung senkrecht zur relativen Bewegungsrichtung des Separators S beträgt bevorzugt 1 cm und mehr bevorzugt 2 cm. Demgegenüber beträgt die obere Grenze des Krümmungsradius an der Kontaktposition des konvexen Abschnitts E bevorzugt 10 cm und mehr bevorzugt 8 cm. Durch Festlegung des Krümmungsradius an der Kontaktposition des konvexen Abschnitts E auf oder über die untere Grenze kann die relative Bewegung des Separators S erleichtert werden. Durch Festlegung des Krümmungsradius an der Kontaktposition des konvexen Abschnitts E auf oder unter die obere Grenze ist es ferner möglich, zu verhindern, dass das Stützelement A1 linear am Separator S anliegt und die Andruckkraft dispergiert wird, und das Schweißen des Separators S sicherzustellen.
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Die Vibrationsrichtung des Vibrationselements H1 ist bevorzugt eine Richtung senkrecht zu der Bewegungsrichtung (Flächenrichtung) des Separators S. Hierdurch wird die Ausbildung der Vorrichtung relativ einfach und die relative Bewegung des Separators S vereinfacht. Indem ferner die Vibrationsrichtung des Vibrationselements H1 senkrecht zu der Flächenrichtung des Separators S verläuft, kann der Separator S in der Mitte des zu bildenden Schweißabschnitts geschnitten werden.
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Die Positionsbeziehung zwischen dem Vibrationselement H1 und dem Stützelement A1 kann beliebig geändert werden; bspw. das Vibrationselement H1 kann an der unteren Fläche des Separators S und das Stützelement A1 an der oberen Fläche des Separators S anliegen.
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AUSFÜHRUNGSBEISPIELE
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Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung auf Basis von Ausführungsbeispielen näher erläutert, jedoch wird die vorliegende Erfindung nicht auf Basis der Angabe dieser Ausführungsbeispiele eingeschränkt interpretiert.
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(Separator)
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Als mit Ultraschall zu schweißender Separator wurde ein Separator bereitgestellt, bei dem ein poröser Film mit einer durchschnittlichen Dicke von 16 µm, der aus Polypropylen als Hauptkomponente gebildet wird, eine Harzschicht ist, und eine hitzebeständige Schicht mit einer durchschnittlichen Dicke von 5 µm vorgesehen ist, die durch Aufbringen von Aluminiumoxidpulver auf die Oberfläche der Harzschicht mit Polyvinylidenfluorid als Bindemittel gebildet wird. Hinsichtlich der beiden Separatoren wurden auf die nachstehend erläuterte Weise Prüfungen vorgenommen, in denen sich die hitzebeständigen Schichten gegenüberliegen und das Ultraschallschweißen erfolgt. Zum Vergleich wurde ferner ein Separator bereitgestellt, der nicht aus laminierten hitzebeständigen Schichten, sondern lediglich aus der oben genannten Harzschicht besteht.
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(Prüfung Nr. 1)
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Als Prüfung Nr. 1 wurde ein kugelförmiges stabförmiges Vibrationselement mit einer Spitze mit einem Radius von 3,25 mm verwendet, wobei dieses Vibrationselement derart gestützt und an den Separator angedrückt wird, dass die axiale Richtung in Bezug auf die Oberfläche des Separators um 20° geneigt ist. Indem das Vibrationselement in axialer Richtung mit einer Frequenz von 39,5 kHz vibriert und in einer Richtung senkrecht zur Vibrationsrichtung in einer Draufsicht bewegt wird, wurden die beiden Separatoren geschweißt. In dieser Prüfung Nr. 1 wurde die Andrucklast gegen die Separatoren auf 16 N, die Amplitude des Vibrationselements auf 80% der maximalen Amplitude (67,7 µm) und die Bewegungsgeschwindigkeit des Vibrationselements auf 500 mm/s festgelegt.
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Die auf diese Weise geschweißten beiden Separatoren wurden mit einem Mikroskop beobachtet und die durchschnittliche Dicke des Schweißabschnitts wurde gemessen, woraus der Wert 31,2 µm erhalten wurde. Als Index für die Verbindungsstärke der beiden Separatoren wurde ferner eine T-Schälprüfung gemäß JIS-K6854-3 (1999) unter Verwendung von Probestücken vorgenommen, die aus zwei geschweißten Separatoren auf eine Breite von 3 cm geschnitten wurden. Als Folge betrug die Schälfestigkeit bei dieser Prüfung Nr. 1 1,3 N. Als die abgeschälte Oberfläche des Probestücks nach der Schälprüfung bestätigt wurde, war sie am Schweißabschnitt abgeschält. Aus der Untersuchung der Dichtungseigenschaft des Schweißabschnitts der beiden Separatoren unter Verwendung eines Eindringprüfungsmittels ergab sich, dass die Dichtungseigenschaft gut ist.
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(Prüfung Nr. 2)
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Als Prüfung Nr. 2 wurde die gleiche Prüfung wie die Prüfung Nr.1 durchgeführt, abgesehen davon, dass die Amplitude des Vibrationselements auf 100% der maximalen Amplitude festgelegt wurde. In dieser Prüfung Nr. 2 betrug die durchschnittliche Dicke des Schweißabschnitts der beiden verschweißten Separatoren 32,6 µm und die Schälfestigkeit 4,9 N. Als die abgeschälte Oberfläche des Probestücks nach der Schälprüfung bestätigt wurde, war sie am Schweißabschnitt abgeschält. Das Prüfergebnis der Dichtungseigenschaft unter Verwendung des Eindringprüfungsmittels war gut.
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(Prüfung Nr. 3)
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Als Prüfung Nr. 3 wurde die gleiche Prüfung wie die Prüfung Nr. 2 durchgeführt, abgesehen davon, dass ein Separator verwendet wurde, der lediglich aus einer Harzschicht besteht. In dieser Prüfung Nr. 3 betrug die durchschnittliche Dicke des Schweißabschnitts der beiden verschweißten Separatoren 37,1 µm und die Schälfestigkeit 14,5 N. Die Probestücke nach der Schälprüfung waren ferner am Schweißabschnitt abgeschält. Das Prüfergebnis der Dichtungseigenschaft unter Verwendung des Eindringprüfungsmittels war gut.
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(Prüfung Nr. 4)
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Als Prüfung Nr. 4, wurde die gleiche Prüfung wie die Prüfung Nr. 2 durchgeführt, abgesehen davon, dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Vibrationselements 250 mm/s betrug. In dieser Prüfung Nr. 4 betrug die durchschnittliche Dicke des Schweißabschnitts der beiden verschweißten Separatoren 17,1 µm und die Schälfestigkeit 10,5 N. Die Probestücke nach der Schälprüfung waren ferner am Schweißabschnitt abgeschält. Das Prüfergebnis der Dichtungseigenschaft unter Verwendung des Eindringprüfungsmittels war gut.
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(Prüfung Nr. 5)
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Als Prüfung Nr. 5, wurde die gleiche Prüfung wie die Prüfung Nr. 2 durchgeführt, abgesehen davon, dass die Andrucklast des Vibrationselements auf 18 N festgelegt wurde. In dieser Prüfung Nr. 5 betrug die durchschnittliche Dicke des Schweißabschnitts der beiden verschweißten Separatoren 28,2 µm und die Schälfestigkeit 5,9 N. Die Probestücke nach der Schälprüfung waren ferner am Schweißabschnitt abgeschält. Das Prüfergebnis der Dichtungseigenschaft unter Verwendung des Eindringprüfungsmittels war gut.
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(Prüfung Nr. 6)
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Als Prüfung Nr. 6, wurde die gleiche Prüfung wie die Prüfung Nr. 2 durchgeführt, abgesehen davon, dass die Andrucklast des Vibrationselements auf 24 N festgelegt wurde. In dieser Prüfung Nr. 6 wurden zwei Separatoren geschweißt und am Schweißabschnitt geschnitten. Die durchschnittliche Breite (Summe der geschnittenen beiden Seiten) des Schweißabschnitts der auf diese Weise geschweißten beiden Separatoren betrug 23,7 µm und die Schälfestigkeit (lediglich eine geschnittene Seite) 2,0 N. Hinsichtlich der Probestücke nach der Schälprüfung war die Harzschicht gebrochen. Außerdem war das Prüfergebnis der Dichtungseigenschaft unter Verwendung des Eindringprüfungsmittels gut.
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(Prüfung Nr. 7)
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Als Prüfung Nr. 7 wurde die gleiche Prüfung wie die Prüfung Nr. 1 durchgeführt, abgesehen davon, dass die Bewegungsgeschwindigkeit des Vibrationselements auf 250 mm/s festgelegt wurde. In dieser Prüfung Nr. 7 betrug die durchschnittliche Breite des Schweißabschnitts der geschweißten beiden Separatoren 23,7 µm und die Schälfestigkeit 5,6 N. Hinsichtlich der Probestücke nach der Schälprüfung war die Harzschicht gebrochen. Außerdem war das Prüfergebnis der Dichtungseigenschaft unter Verwendung des Eindringprüfungsmittels gut.
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(Prüfung Nr. 8)
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Als Prüfung Nr. 8 wurde die gleiche Prüfung wie die Prüfung Nr. 1 durchgeführt, abgesehen davon, dass die Amplitude des Vibrationselements auf 60% der maximalen Amplitude und die Bewegungsgeschwindigkeit des Vibrationselements auf 250 mm/s festgelegt wurde. In dieser Prüfung Nr. 8 konnten zwei Separatoren geschweißt werden. Die durchschnittliche Breite des Schweißabschnitts der auf diese Weise geschweißten beiden Separatoren betrug 20,0 µm und die Schälfestigkeit 5,7 N. Hinsichtlich der Probestücke nach der Schälprüfung war die Harzschicht gebrochen. Außerdem war das Prüfergebnis der Dichtungseigenschaft unter Verwendung des Eindringprüfungsmittels gut.
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(Prüfung Nr. 9)
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Als Prüfung Nr. 9 wurde die gleiche Prüfung wie die Prüfung Nr. 1 durchgeführt, abgesehen davon, dass die Amplitude des Vibrationselements auf 90% der maximalen Amplitude und die Bewegungsgeschwindigkeit des Vibrationselements auf 250 mm/s festgelegt wurde. In dieser Prüfung Nr. 9 konnten zwei Separatoren geschweißt werden. Die durchschnittliche Breite des Schweißabschnitts der auf diese Weise geschweißten beiden Separatoren betrug 25,2 µmm und die Schälfestigkeit 18,2 N.
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(Prüfung 10)
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Als Prüfung 10 wurde unter Verwendung eines Vibrationselements, das linear am Separator anliegt, ein Schweißen versucht, wobei die Andrucklast des Vibrationselements auf 200 N, die Frequenz auf 30 kHz und die Amplitude des Vibrationselements auf 90% der maximalen Amplitude (49 µm) festgelegt wurde.
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In dieser Prüfung Nr. 10 konnten zwei Separatoren kaum geschweißt werden. Die Schälfestigkeit der auf diese Weise geschweißten beiden Separatoren konnte jedoch nicht gemessen werden, da sie sich bei der Handhabung bei der Messung abgeschält haben. Hinsichtlich der Probestücke nach der Schälprüfung war die Harzschicht gebrochen. Außerdem war das Prüfergebnis der Dichtungseigenschaft unter Verwendung des Eindringprüfungsmittels schlecht.
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Hinsichtlich der Prüfungen Nr. 1 bis 10 sind die Bedingungen und Ergebnisse in den folgenden Tabellen 1 und 2 gezeigt. Als Bewertung des Schweißzustands zeigt „A“ an, dass zwei Separatoren geschweißt wurden, „B“ zeigt an, dass zwei Separatoren geschweißt und auch am Schweißabschnitt geschnitten wurden, und „C“ zeigt an, dass zwei Separatoren nicht geschweißt wurden.
[Tabelle 1]
| Prüfung Nr | 1 | 2 | 3 | 4 | 5 |
| Last (N) | 16 | 16 | 16 | 16 | 18 |
| Amplitude (%) | 80 | 100 | 100 | 100 | 100 |
| Bewegungsgeschwindigkeit (mm/s) | 500 | 500 | 500 | 250 | 500 |
| Vorhandensein einer hitzebeständigen Schicht | vorhanden | vorhanden | nichtvorha nden | vorhanden | vorhanden |
| Schweißzustand | A | A | A | A | A |
| Schweißdicke (pm) | 31,2 | 32,6 | 37,1 | 17,1 | 28,2 |
| Schälfestigkeit (N) | 1,3 | 4,9 | 14,5 | 10,5 | 5,9 |
[Tabelle 2]
| Prüfung Nr | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Last (N) | 24 | 16 | 16 | 16 | 200 |
| Amplitude (%) | 100 | 80 | 60 | 90 | 90 |
| Bewegungsgeschwindigkeit (mm/s) | 500 | 250 | 250 | 250 | - |
| Vorhandensein einer hitzebeständigen Schicht | vorhanden | vorhanden | vorhanden | vorhanden | vorhanden |
| Schweißzustand | B | A | A | A | C |
| Schweißdicke (pm) | 23,7 | 23,7 | 20,0 | 25,2 | - |
| Schälfestigkeit (N) | 2,0 | 5,6 | 5,7 | 18,2 | - |
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Wie oben beschrieben, wurde bestätigt, dass, auch wenn Separatoren mit hitzebeständigen Schichten derart angeordnet sind, dass sich hitzebeständige Schichten gegenüberliegen, durch Drücken des Vibrationselements, das am Separator punktförmig anliegt und mit Ultraschall vibriert, gegen den Separator und durch dessen relative Bewegung die hitzebeständigen Schichten zerstört und die Harzschichten aneinander geschweißt werden können. Es wurde ferner auch bestätigt, dass das Schweißen mit einer relativ hohen Verbindungsstärke vorgenommen werden kann, indem die Andrucklast, die Amplitude und die Bewegungsgeschwindigkeit des Vibrationselements eingestellt werden, und dass das Schneiden vorgenommen werden kann, während die beiden Separatoren geschweißt werden.
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INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
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Das Verfahren zum Schweißen eines Separators gemäß der vorliegenden Erfindung kann zur Herstellung einer verpackten Elektrodenplatte zweckmäßig verwendet werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Harzschicht
- 2
- hitzebeständige Schicht
- A, A1
- Stützelement
- B
- Basisabschnitt
- C
- Schweißabschnitt
- D1
- erste Richtung
- D2
- zweite Richtung
- E
- konvexer Abschnitt
- H, H1
- Vibrationselement
- P
- Elektrodenplatte
- S
- Separator
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2013143337 A [0007, 0008, 0009]
- JP 2015185372 A [0008, 0010]
