JP2017512652A

JP2017512652A - 切断方法

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Publication number: JP2017512652A
Application number: JP2016550536A
Authority: JP
Inventors: クラウディオランキオッティ; マルコリベラーティ; マッシミリアーノサーレ; マルコヴィヴァレッリ
Original assignee: マンツイタリーエス．アール．エル．
Priority date: 2014-02-19
Filing date: 2014-12-29
Publication date: 2017-05-25
Also published as: US10559799B2; CN106163725A; HUE051134T2; US20170012262A1; PL3107679T3; EP3107679B1; WO2015124971A1; EP3107679A1; KR20160122760A

Abstract

切断方法は、固体タイプのレーザー手段を用いて、２つの非矩形状の電極の間に含まれる切断ゾーンにおいて連続したセパレータ・シート材を切断するために開示される。レーザー手段は、シート材上に第１のカッティングラインを実行し、第１のカッティングラインは、次いで、第１のカッティングラインの中間部に位置する交点で、第２のカッティングラインによって交差され、第２のカッティングラインは、交点で第１のカッティングラインに対して垂直である交差方向を有する。【選択図】図５

Description

本発明は、切断方法、特に電気エネルギー蓄積装置（例えば、バッテリまたはストレージユニット）の電極用のセパレータとして使用可能なシート材を切断するための切断方法に関する。

特に、しかし排他的でないが、本発明は、電気エネルギー蓄積装置の一部であることを意図する非矩形状の要素（セル）を形成するために用いることができる。

セパレータの少なくとも１つのシート材に適用される互いに特定の隙間で次々に１列において電極の配置を形成して、次いで、電気エネルギー蓄積装置を生産することを意図してセル生産用の電極の間に含まれる隙間においてシート材を切断する。

特許文献１は、２つの矩形状の電極間の隙間において実行される直接的なカッティングラインによって電解質二次バッテリのセパレータのシートを切断するための固体レーザー切断装置を示す。

特開２０１３−１１９０９５公報

本発明の１つの目的は、２つの電極間に含まれるセパレータ・シート材を切断するための切断方法および／または装置を提供することである。

１つの利点は、正確かつ効率的な非直接的な切断がなされることを可能にしている。

１つの利点は、非矩形状の電極を有する高品質なセルが造られることを可能にすることである。

１つの利点は、特に、カットエッジに付着して残っていることによって、不完全な切断を作る虞があり、そしてカットエッジを完全に分離することをできなくする虞がある材料のワイヤまたは断片なしで、きれいで明確な切断を得ることである。

１つの利点は、特にカットエッジに沿って、材料に対する過剰な変形または他の損傷を回避することである。

１つの利点は、迅速なそして効率的な切断ができるようにすることである。

１つの利点は、安価でそして単純な方法および／または装置を提供することである。

この種の目的および利点は、そしてその他は、下記の請求項の１つ以上による方法および／または装置によって達成される。

一例では、切断方法は、セパレータ・シート材上に１列に配置された非矩形状の電極の配置を提供するステップ、および、少なくとも１つの可動レーザービームを有する第１のカッティングラインを実行することによってシート材を切断する次のステップを含む。この第１のカッティングラインは、次いで、交点で第１のカッティングラインによるカットエッジに対して横切っている交差方向にしたがって少なくとも１つの可動ビームによってなされる第２のカッティングラインによって交差される。

非限定的な例としてその一実施形態を例示する添付図面を参照して、本発明は、よりよく理解されることができて、作動されることができる。

図１は、連続したセパレータ・シート材を有する電極の配置の平面図である。図２は、セパレータ・シートのカットおよび除去を意図するゾーンが模式的に示される図１の図である。図３は、図２に示す上述したゾーンがカットされて除去された後に得られる複数の単一セルを模式的な仕方で示す。図４は、本発明の一実施形態にしたがって実行される切断方法の第１ステップを示す。図５は、上述した切断方法の第２ステップを示す。図６は、上述した切断方法によって得られるセルを示す。図７は、図４の拡大詳細図である。図８は、図５の拡大詳細図である。図９は、上述した方法を実施するための切断装置の１例の概略的立面図である。

上述した図に関して、全体１は、電極用のセパレータの連続したシート材Ｓに適用される複数の電極Ｅの配置が示された。電極Ｅは、本実施形態におけるように、１つの電極と別の電極との間に特定の（例えば一定の）隙間を残して、長手方向に沿って次々に整列された１列に配置されてよい。列の連続的な電極Ｅの各対間に含まれる隙間においてシート材Ｓを切断することは、このように許容されてよい。

図２において、実線は、除去を意図する材料の領域を表す一方で、破線は、連続的な電極の対間の（上述した長手方向に対して横切る）カッティングラインを表す。図３において、セルは、カットおよび切れ端の除去後を示される。

シート材Ｓは、上述した長手方向に沿って連続的に延びているウェブを含んでよい。電極の配置１は、周知の仕方でなされてよく、そしてここでは開示されない。特に、電極の配置１は、上述した長手方向と平行な前進方向Ｆ（図９）において伝わってよい。シート材Ｓは、第１の長手方向サイド（例えば右側）によって、そして、第１の長手方向サイドの反対側の第２の長手方向サイド（例えば左側）によって、横に境界づけられてよい。２つの反対側の長手方向サイドは、直線的でもよい。

シート材Ｓ上に配置される電極Ｅは、本実施形態におけるように、非矩形状の電極から成ってよい。添付図面において、非矩形状の電極の具体例は、示される。それにもかかわらず、（特に非矩形状の）電極の多くの異なる形状を提供することは、可能である。

電極Ｅは、それに取り付けられるように、シート材Ｓに適用されてよい。特に、（周知の仕方の）ラミネーションによって、電極Ｅをシート材Ｓと結合するステップを提供することができる。このラミネーション・ステップは、材料Ｓを切断するステップに先行してよい。

特に、切断方法は、電極用のセパレータのシート材Ｓをレーザー手段で、特に固体タイプのレーザー手段で切断するステップを含んで開示される。切断は、特に、２つの連続的な電極Ｅ間の隙間においてなされてよい。レーザー手段は、少なくとも１つの非直線運動部分を有する少なくとも１つの切断運動を実行することが可能な少なくとも１つのレーザービームを発するために準備される。本実施形態におけるように、電気エネルギー蓄積装置を生産することを意図して単一セルを形成するために、切断は、使用されて良い。

特に、電極用セパレータのシート材Ｓは、第１のカッティングラインＴ１が、交点で第１のカッティングラインＴ１に対して横切っている交差方向を有する第２のカッティングラインＴ２によって交差される、少なくとも２つの別個のカッティングラインに沿って切断されてよい。レーザー手段は、上述したカッティングラインＴ１およびＴ２に対応する切断運動を実行することが可能な、少なくとも２つのレーザービームを発するための手段を含んでよい。図４および図５において、２つのカッティングラインＴ１およびＴ２の実行方向は、矢印で示された。切断は、矢印によって示される方向と反対方向において実行されてもよい。

上述した交差方向は、この場合のように、交点で第１のカッティングラインＴ１に対して垂直でもよい。

実施形態におけるように、第２のカッティングラインＴ２は、第１のカッティングラインＴ１（少なくとも交点において）の後、実行されてよい。交点は、特に、第１のカッティングラインＴ１の中間点でもよい。上述したカッティングラインＴ１およびＴ２は、連続したシート材Ｓに適用される２つの非矩形状の電極Ｅ間に含まれるゾーンにおいて実行されてよい。交点での材料の分離を確実にするために（シートを２つの別個のパーツに分離するように）、（ラインＴ１後に実行されるラインＴ２については、あるいは、逆もまた同じであり、ラインＴ１の前に実行されて、交差を意図する点を越えて続くラインＴ２については、）第２のカッティングラインＴ２は、第１のカッティングラインＴ１をともなう交点を（例えば２、３ミリメートルだけ、または２、３０ミリメートルだけ）越えて続けてよい。

シート材Ｓは、例えば、２枚、３枚またはそれ以上重畳されたフィルムを含んでよい。電極Ｅは、例えば、セパレータ材の２枚の重畳されたフィルム間に積層されてもよい。切断ゾーンにおけるラミネーションの後、２枚の重畳されたフィルム間に含まれるエアギャップを形成することは、可能である。切断ステップは、エアギャップが形成された切断ゾーンにおける２枚の重畳されたフィルムの（同時の）カットを含んでよい。ソリッドステート・タイプのレーザカットは、エアギャップが存在する場合でさえ、明確かつ正確な切断がなされることを可能にする。

第１のカッティングラインＴ１を実行することは、シート材Ｓの第１のサイドにおいて開始してよくおよび／または終了してよい。第１のカッティングラインＴ１の開始および／または終了は、本実施形態におけるように、シート材Ｓのそのサイドに対して横切ってもよい。第２のカッティングラインＴ２は、シート材Ｓの第２のサイドと第１のカッティングラインＴ１の中間点との間に実行されてよい。そして、例えば、シート材Ｓの第２の側において開始して、第１のカッティングラインＴ１の中間点において終了する。

第１のカッティングラインＴ１は、上述した長手方向と平行な少なくとも１つの成分を備える少なくとも１つの中間部２を含んでよい。交点は、特に、この中間部２において配置されてよい。

特に、中間部２は、例えば、少なくとも１つの点において、上述した長手方向と平行である接線を有するように形づくられる曲線を含んでよい。特定の場合には、第１のカッティングラインＴ１は、楕円の半分の形における１つの中間部２を含むが、しかし、多くの他の形（例えば半円形、または縁にぎざぎざのある、あるいは、ジグザグにされた、など）が可能である。湾曲形状に加えて、第１のカッティングラインＴ１の直線の中間部（特に上述した長手方向と平行な）を提供することができる。

シートＳは、例えば、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、二弗化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）から成る群から選択されるポリマーの組合せを含むポリマーシート（例えば、マイクロポーラス・ポリマーシート）の１つ以上の層を含んでよい。（マイクロポーラス）ポリマーシートのこれらの層は、特に、無機微粒子によって負荷（ｌｏａｄ）されていることができる。これらの無機微粒子は、例えば、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリコン（ＳｉＯ_２）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）から成る群から選択されることができる。シート材Ｓは、例えば、１２〜３０ミクロンの間に含まれる厚みを有してよい。

図９において、上で開示された方法を実施する装置は、概略的に開示される。装置は、セパレータ・シート材Ｓをヒットする少なくとも１つのレーザービームを発することが可能で、上述したカッティングラインＴ１およびＴ２を実行するために１つの切断方向において移動可能である、少なくとも１つのレーザービーム３（特に１つの固体レーザービーム）を含んでよい。いくつかのレーザービーム（例えば第１のカッティングラインＴ１のための第１のビームおよび第２のカッティングラインＴ２のための第２のビーム）を生成することが可能なレーザー手段を提供することは、可能である。いくつかのレーザービーム３（例えば、本実施形態におけるように２つのレーザービーム３）を配置することは、可能である。

装置は、電極の配置１を前進方向Ｆに前進させるための運搬手段を含んでよい。この種の運搬手段は、例えば、電極の配置１が静止する（閉ループの）無端コンベヤ・ベルト４を含んでよい。電極の配置１は、間欠的にまたは連続的に移動可能でもよい。この後者の場合、レーザー手段の少なくとも部分は、（カッティングラインＴ１およびＴ２を実行するための切断運動に加えて、）前進運動によって、カットの間、切断レーザービームが電極の配置１を運搬するベルト４の進行に続くことができるように、そして、後退運動によって、次の切断のための位置決めをされるように、切断なしでそれが開始位置まで戻ることができるように、往復運動を備えてよい。

比較的複雑な切断経路については、固体タイプのレーザー手段を使用することは、比較的高い切断速度（例えば約６００〜７００ｍｍ／秒）によって、特に縮小したＨＡＺ（「熱影響部」）が得られることを可能にする。

交差されるカッティングラインに対して横切っている交差方向によって出会う２つのカッティングラインの実行のために、上に開示した切断方法は、特に切断が直線的でないときに、効率的な切断を確実にして、したがって、例えば、完全に切断されていない材料のゾーンの作成を回避する。そしてそれは、エッジが完全に分離しない結果を有するカットエッジに付着したままの材料の糸、断片またはバリの形成に至る。

カットエッジにしわが寄っていないことがさらに分かった。そして、製品の材料の質を改善した。

Claims

電極用のセパレータの少なくとも１つの連続したシート材（Ｓ）をレーザー手段（３）を用いて切断するステップを含み、そして、第１のカッティングライン（Ｔ１）が交点で第２のカッティングライン（Ｔ２）によって交差される、少なくとも２つの別個のカッティングラインを実行する、切断方法。
前記第１のカッティングライン（Ｔ１）は、前記交点で前記第１のカッティングラインに対して横切っている交差方向を有する前記第２のカッティングライン（Ｔ２）によって交差される、請求項１に記載の方法。
前記交差方向は、前記交点における前記第１のカッティングライン（Ｔ１）に対して垂直またはほぼ垂直である、請求項２に記載の方法。
前記第２のカッティングライン（Ｔ２）は、少なくとも前記交点において、前記第１のカッティングライン（Ｔ１）の後になされる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の方法。
前記第２のカッティングライン（Ｔ２）は、前記交点での材料の分離を確実にするために前記交点を越えて続く、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
前記交点は、前記第１のカッティングライン（Ｔ１）の中間点である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の方法。
前記少なくとも２つのカッティングライン（Ｔ１、Ｔ２）は、前記連続したシート材（Ｓ）に適用される２つの非矩形状の電極（Ｅ）間に含まれるゾーンにおいてなされる、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
ラミネーションによって前記電極（Ｅ）を前記連続したセパレータ・シート材（Ｓ）と結合するステップを含み、前記結合するステップは、前記切断するステップに先行する、請求項７に記載の方法。
前記シート材（Ｓ）は、２枚、３枚またはそれ以上重畳されたフィルムを含んでよく、そして、前記切断するステップは、少なくとも２枚の重畳されたフィルムの間に含まれる少なくとも１つのエアギャップを含む切断ゾーンにおいて前記重畳されたフィルムを切断することを含む、請求項８に記載の方法。
前記連続したシート材（Ｓ）は、前記第１の長手方向サイドによって、そして、前記第１の長手方向サイドの反対側の第２の長手方向サイドによって、横に境界づけられ、そして、前記第１のカッティングライン（Ｔ１）を前記第１のサイドにおいて開始させておよび／または終了させて、そして、前記第２のカッティングライン（Ｔ２）を前記第２のサイドと前記第１のカッティングライン（Ｔ１）の中間点との間に発生させる、請求項１〜９のいずれか１項に記載の方法。
前記シート材（Ｓ）が前記電極間の隙間において切断されることを可能にするために１つの電極（Ｅ）と他の電極との間に隙間を残して、前記長手方向において次々に１列において前記シート材（Ｓ）に適用される複数の電極（Ｅ）の配置（１）を提供するステップを含み、前記第１のカッティングライン（Ｔ１）は、前記長手方向と平行な少なくとも１つの成分の長さを延びる少なくとも１つの中間部（２）を有して、前記交点は、前記中間部（２）に配置される、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の方法。
前記中間部（２）は、少なくとも１つの点において、前記長手方向と平行な接線を有するように形づくられる曲線を含む、請求項１１に記載の方法。
前記シート材（Ｓ）は、ポリプロピレン（ＰＰ）、ポリエチレン（ＰＥ）、二弗化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）から成る群から選択されるポリマーの組合せを含むポリマーシートの１つ以上の層を含む、請求項１〜１２のいずれか１項に記載の方法。
ポリマーシートの前記層は、酸化アルミニウム（Ａｌ_２Ｏ_３）、シリコン（ＳｉＯ_２）、二酸化チタン（ＴｉＯ_２）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ_３）から成る群から選択される無機微粒子によって負荷されている、請求項１３に記載の方法。
前記シート材は、１２〜３０ミクロンの間に含まれる厚みを有する、請求項１〜１４のいずれか１項に記載の方法。
電極用のセパレータの少なくとも１つの連続したシート材（Ｓ）を前進させるための運搬手段、および、第１のカッティングライン（Ｔ１）が交点で第２のカッティングライン（Ｔ２）によって交差される、少なくとも２つの別個のカッティングラインを前記シート材（Ｓ）上で実行するために配置されるレーザー手段（３）、を備える、切断装置。