JP2023547993A - 電池に使用する電極の製造のための装置、システム、及び方法 - Google Patents

電池に使用する電極の製造のための装置、システム、及び方法 Download PDF

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Abstract

ウェブ内の電極構造の集団を描写する方法が開示される。ウェブには、ダウンウェブの方向、クロスウェブの方向、電気化学的に活性な層、および導電層がある。この方法には、少なくともクロスウェブの方向にウェブをレーザ加工することと、ウェブ内の電極構造の集団のメンバをウェブから解放せずに描写することと、ウェブ内の電極構造の集団の描写された各メンバを配置するように適応されたウェブ内のアラインメント特徴を形成することとが含まれる。

Description

関連出願の相互参照
本出願は、２０２０年９月２２日出願の米国仮特許出願第６３／０８１，６８６号および２０２０年９月１８日出願の米国仮特許出願第６３／０８０，３４５号に対する優先権を主張する。２０１９年０８月０６日出願の米国特許出願第１６／５３３，０８２号、２０２０年０５月１１日出願の米国特許出願第１６／７６３，０７８号、２０１７年１１月１５日出願の米国仮特許出願第６２／５８６，７３７号、２０１８年０８月０６日出願の米国仮特許出願第６２／７１５，２３３号に言及される。これらの各出願の内容は、その全体が参照によりここに組み込まれる。
技術分野
本開示の分野は、一般に、電池技術などのエネルギ貯蔵技術に関するものである。より具体的には、本開示の分野は、リチウムベースの電池を含む電池で使用するための電極などのエネルギ貯蔵システムの製造のためのシステムおよび方法に関するものである。
背景
リチウム系二次電池は、エネルギ密度、出力、保存性が比較的高いため、望ましいエネルギ源となっている。リチウム二次電池の例としては、リチウムイオン電池やリチウムポリマ電池のような非水系電池が挙げられる。
電池、燃料電池、電気化学キャパシタなどの既知のエネルギ貯蔵デバイスは、典型的には、平面または螺旋状に巻かれた（すなわち、ジェリーロール）ラミネート構造などの２次元ラミナ構造を有し、各ラミネートの表面積は、その幾何学的フットプリント（多孔性および表面粗さを無視）とほぼ同じである。
図１は、一般に１０で示される公知の層状型二次電池の断面図を示している。電池１０は、正電極２０と接触する正電極集電体１５を含む。負電極２５は、セパレータ層３０によって正電極２０から分離されている。負電極２５は、負電極集電体３５と接触している。図１に示すように、電池１０は、スタックに形成されている。スタックは、負電極集電体３５の上に別のセパレータ層（図示せず）で覆われることもあり、その後、ロール状に巻かれて缶（図示せず）に入れられ、電池１０を組み立てる。充電プロセス中、キャリアイオン（典型的には、リチウム）は、正電極２０を離れ、セパレータ層３０を経て負電極２５に移動する。使用されるアノード材料に応じて、キャリアイオンは、インターカレート（例えば、合金を形成せずに負電極２５の材料のマトリックスに収まる）するか、または負電極２５の材料と合金を形成する。放電プロセス中、キャリアイオンは負電極２５から離れ、セパレータ層３０を通過して正電極２０に戻るように移動する。
３次元二次電池は、層状二次電池と比較して、容量および寿命の増加を提供し得る。しかしながら、このような３次元二次電池の製造には、製造上及びコスト上の課題がある。これまで使用されてきた精密製造技術では、サイクル寿命が改善された二次電池を得ることができるが、生産性と製造コストが犠牲になる。しかし、既知の製造技術を高速化すると、欠陥の増加、容量の減少、電池の寿命の低下などが生じる可能性がある。
ロッキングチェア型電池セルでは、二次電池の正極と負極の両方が、リチウムなどのキャリアイオンが挿入・抽出される材料で構成されている。電池の放電に伴い、キャリアイオンは負極から抽出され、正極に挿入される。電池が充電されると、キャリアイオンは正極から抽出され、負極に挿入される。
シリコンは、比容量が高いことから、炭素質材料に代わるアノードの有力候補となっている。例えば、ＬｉＣ６から形成されるグラファイトアノードは、約３７０ミリアンペア時間／グラム（ｍＡｈ／ｇ）の比容量を有することがあるが、Ｌｉ１５Ｓｉ４から形成される結晶シリコンアノードは、約３６００ｍＡｈ／ｇの比容量を有することがあり、グラファイトアノードに対してほぼ１０倍の増加である。しかし、シリコンアノードにＬｉキャリアイオンを挿入すると、シリコンの体積変化が大きい（例えば、３００％）ため、シリコンアノードの使用は制限されてきた。この体積変化と、充放電サイクルに伴うクラックや粉砕のために、シリコンアノードの実用化は制限されてきた。さらに、シリコンアノードの使用は、シリコンアノードを利用する二次電池の初期形成時に容量損失をもたらすその貧弱な初期コロンビック効率（ＩＣＥ）のために制限されてきた。
したがって、シリコン系アノードを利用する二次電池の性能を向上させること、より具体的には、シリコンアノードがその貧弱なＩＣＥに関して示す問題を緩和することが望ましいとされている。
一実施形態では、ウェブの電極構造の集団を描写する方法が開示される。ウェブは、ダウンウェブの方向、クロスウェブの方向、電気化学的に活性な層、及び、導電層を有する。この方法は、少なくともクロスウェブの方向にウェブをレーザ加工して、ウェブからメンバを解放しないでウェブの電極構造の集団のメンバを描写することと、ウェブの電極構造の集団の各描写されるメンバを位置付けるように適合されたアラインメント特徴をウェブ内に形成することとを含む。
別の実施形態では、ウェブの電極構造体の集団を描写する別の方法が開示される。ウェブは、ダウンウェブの方向、クロスウェブの方向、電気化学的に活性な層、及び導電層を有する。この方法は、ウェブを切断ステーションに供給することと、切断ステーションでウェブを少なくともクロスウェブの方向に切断して、ウェブからメンバを解放しないでウェブの電極構造の集団のメンバを描写することとを含む。この方法はまた、ウェブの電極構造の集団の各病舎されるメンバを位置決めするように適合されたアラインメント特徴をウェブ内で切断することを含む。
別の実施形態では、ウェブの電極構造の集団を描写する別のプロセスが開示される。ウェブは、ダウンウェブの方向、クロスウェブの方向、電気化学的に活性な層、及び導電層を有する。この方法は、ウェブをレーザ切断システムに供給することと、レーザ切断システムを用いてアラインメント特徴をウェブへ切断することと、アラインメント特徴の少なくとも１つを用いてウェブの位置を確立することとを含む。この方法は、確立された位置に基づいて、ウェブに関してカットアクション及びアブレートアクションの少なくとも１つを実行することを、更に含む。
別の実施形態では、電気化学的に活性な層と導電層とを含むウェブが開示される。ウェブは、電極構造の描写された集団を有し、電極構造の描写された集団の各電極構造は、ウェブのクロスウェブカットによって、近接する電極構造から間隔を空けられている。ウェブは、電極構造の集団の各描写された電極構造をウェブ内で位置決めするように適合されたアラインメント特徴を、更に含む。
別の実施形態では、ウェブは、セパレータ構造の描写される集団を有する。セパレータの描写される集団の各セパレータは、ウェブのクロスウェブカットによって、近接するセパレータから間隔を空けられている。ウェブは、ウェブ内のセパレータ集団の各描写されるセパレータを位置決めするように適合されたアラインメント特徴を、更に含む。
図１は、既存のラミナ電池の断面図である。 図２は、本開示による電極製造システムの１つの好適な実施形態の概略図である。 図３は、本開示によるレーザシステムの１つの好適な実施形態の拡大概略図である。 図４は、本開示による切断プレナムの１つの好適な実施形態の等角図である。 図５は、本開示の電極製造システムを通して処理された後に電極に形成された基材の例示的なウェブの切り欠き上面図である。 図６は、その上に形成された電極パターンを有する基材の例示的なウェブの上面図である。 図６Ａは、例示的な負電極としての基材のウェブの一部分の透視図である。 図６Ｂは、例示的な正電極としての基材のウェブの一部分の透視図である。 図７は、その上に形成された例示的な電極パターンを有する基材のウェブの一部の拡大した上面図である。 図８は、本開示の電極製造システムを通して処理された後、電極パターンを含む電極材料のウェブに形成されたベース材料の等角図である。 図８Ａは、図８の電極材料のウェブの一部分の上面図である。 図９は、本開示の電極製造システムの巻き取りローラの好適な一実施形態の等角図である。 図１０は、本開示のブラッシングステーションの１つの好適な実施形態の上面図である。 図１１は、図１０に示される例示的なブラッシングステーションの側面図である。 図１２は、本開示による検査ステーションの１つの好適な実施形態の等角図である。 図１３は、本開示の１つの好適な実施形態に従ったチャックの上面図である。 図１４は、本開示による積み重ね配置の概略図である。 図１５は、本開示による電極の多層スタックの断面図である。 図１６Ａは、本開示による電極の多層スタックの側断面図である。 図１６Ｂは、図１６Ａの電極の多層スタックの部分上面図である。 図１６Ｃは、第２の穿孔の破裂後の図１６Ａの多層スタックの部分上面図である。 図１７は、本開示によるスタックドセルの等角図である。 図１８Ａ及び１８Ｂは、その上に配置された電池パッケージを有する積層セルの順次の等角図である。 図１８Ａ及び１８Ｂは、その上に配置された電池パッケージを有する積層セルの順次の等角図である。
定義
本明細書で使用される「ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」（すなわち、単数形）は、文脈が明らかにそうでないことを指示しない限り、複数の参照元を指す。例えば、１つの例では、「電極」への言及は、単一の電極と複数の同様の電極の両方を含む。
本明細書で使用される「約」及び「約」は、記載された値のプラス又はマイナス１０％、５％、又は１％を指す。例えば、一例では、約２５０μｍは、２２５μｍ～２７５μｍを含むであろう。さらなる例として、一例では、約１，０００μｍは、９００μｍ～１，１００μｍを含むであろう。特に指示しない限り、明細書および特許請求の範囲で使用される量（例えば、測定値など）などを表すすべての数値は、すべての例において“約”という用語によって修正されるものとして理解されるものと思われる。従って、反対の指示がない限り、以下の明細書及び添付の特許請求の範囲に記載された数値パラメータは近似値である。各数値パラメータは、少なくとも、報告された有効桁数に照らして、通常の丸め技術を適用することによって解釈されるべきである。
二次電池の文脈で本明細書に使用される「アノード」は、二次電池における負極を指す。
本明細書で使用される「アノード材料」又は「アノード活性」とは、二次電池の負極として使用するのに適した材料を意味する。
本明細書で使用される「容量」又は「Ｃ」は、文脈が明確にそうでないことを示さない限り、電池（又は二層を形成する１対以上の電極構造及び対電極構造を含む電池のサブ部分）が予め定義された電圧で供給できる電荷の量を指す。
二次電池の文脈で本明細書に使用される「カソード」は、二次電池の正極を指す。
本明細書で使用する「カソード材料」又は「カソード活性」とは、二次電池の正極として使用するのに適した材料を意味する。
二次電池の状態の文脈で本明細書で使用される「充電状態」とは、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、二次電池がその定格容量の少なくとも７５％まで充電された状態を指す。例えば、電池は、その定格容量の少なくとも８０％、その定格容量の少なくとも９０％、さらにはその定格容量の少なくとも９５％、例えばその定格容量の１００％に充電され得る。
本明細書で使用される「複合部材」又は「複合体」は、文脈が明確にそうでないことを示さない限り、２つ以上の構成部材からなる部材を意味する。
「変換化学活性部材」又は「変換化学部材」は、二次電池の充電及び放電サイクルの間に化学反応を受ける材料を指す。
本明細書で使用される「対電極」は、文脈が明確にそうでないことを示さない限り、二次電池の電極の反対側の負又は正電極（アノード又はカソード）を指すことがある。
本明細書で使用する「対電極集電体」は、文脈が明確にそうでないことを示さない限り、二次電池の、電極電流コネクタの反対側の、負または正の（陽極または陰極）集電体を指す場合がある。
充電状態と放電状態との間の二次電池のサイクルの文脈で本明細書で使用される「サイクル」とは、充電状態または放電状態のいずれかである第１の状態から、第１の状態の反対である第２の状態（すなわち、第１の状態が放電状態であれば充電状態、第１の状態が充電状態であれば放電状態）へ、サイクルで電池を動かすために電池を充電および／または放電し、次に電池を第１の状態へ動かしてサイクルを完了することである。例えば、充電状態と放電状態との間の二次電池の単一サイクルは、充電サイクルのように、電池を放電状態から充電状態に充電し、次いで放電状態に戻して放電し、サイクルを完了させることを含むことができる。また、単一サイクルには、放電サイクルのように、バッテリを充電状態から放電状態に放電し、その後、充電状態に充電してサイクルを完了させることを含むことができる。
負電極に関連して本明細書で使用される「放電容量」とは、文脈が明らかにそうでないことを示さない限り、所定の一連のセル充電終了電圧限界及び放電終了電圧限界の間の電池の放電動作中に負電極から抽出し正電極に挿入するために利用できるキャリアイオンの数量をいう。
二次電池の状態の文脈で本明細書で使用される「放電状態」は、文脈が明確にそうでないことを示さない限り、二次電池がその定格容量の２５％未満まで放電された状態を指す。例えば、電池は、その定格容量の２０％未満、例えばその定格容量の１０％未満、さらにはその定格容量の５％未満、例えばその定格容量の０％まで放電され得る。
本明細書で使用する「電気化学的に活性な材料」は、アノード活性材料（部材）又はカソード活性材料（部材）を意味する。
本明細書で使用される「電極」は、文脈が明確にそうでないことを示さない限り、二次電池の負電極又は正電極を指すことができる。
本明細書で使用される「電極集電体」は、アノード（例えば、負）集電体又はカソード（例えば、正）集電体を意味することがある。
本明細書で使用される「電極材料」は、文脈が明確にそうでないことを示さない限り、アノード材料またはカソード材料を指す場合がある。
本明細書で使用される「電極構造」は、文脈が明確にそうでないことを示さない限り、電池での使用に適合したアノード構造（例えば、負電極構造）またはカソード構造（例えば、正電極構造）を指すことがある。
本明細書で使用される「電解質」は、文脈が明確にそうでないことを示さない限り、電池での使用に適合したイオンの移動によって電流が運ばれる非金属液体、ゲル、または固体物質を指す。
本明細書で使用する「縦軸」、「横軸」、及び「鉛直軸」は、相互に垂直な軸（すなわち、それぞれが互いに直交している）を指す。）例えば、本明細書で使用される「縦軸」、「横軸」、および「鉛直軸」は、３次元の側面または向きを定義するために使用されるデカルト座標系に類似している。そのため、本明細書における開示された主題の要素の説明は、要素の３次元的な向きを説明するために使用される特定の軸または軸に限定されるものではない。代替的に述べると、開示された主題の３次元的な側面に言及する場合、軸は交換可能であり得る。
本明細書で使用する「微細構造」は、文脈が明確にそうでないことを示さない限り、約２５倍以上の倍率の光学顕微鏡によって明らかにされる材料の表面の構造を指す場合がある。
本明細書で使用される「マイクロポーラス」は、文脈が明確にそうでないことを示さない限り、約２ナノメートル未満の直径を有する孔を含む材料を指す場合がある。
本明細書で使用される「マクロポーラス」は、文脈が明確にそうでないことを示さない限り、約５０ナノメートルより大きい直径を有する孔を含む材料を指すことができる。
本明細書で使用される「ナノスケール」または「ナノスコピックスケール」は、約１ナノメートル～約１００ナノメートルの範囲の長さスケールを有する構造を指すことがある。
本明細書で使用される「ポリマ」は、文脈が明確にそうでないことを示さない限り、高分子のサブユニットの繰り返しからなる物質または材料を指す場合がある。
電極（すなわち、正電極、負電極または補助電極）に関連して本明細書で使用される「可逆クーロン容量」とは、対極との可逆交換に利用できるキャリアイオンに対する電極の総容量をいう。
本明細書で使用する「ボイド率」または「空隙率」または「ボイド体積率」は、材料中のボイド（すなわち、空）空間の測定を意味し、０～１の間、または０～１００％の間のパーセントとして、材料の総体積に対するボイドの体積の割合である。
「弱められた領域」とは、弱められた領域の局所的な破断強度が弱められていない領域の破断強度よりも低くなるような、スコアリング、切断、ミシン目などの加工操作を受けたウェブの部分をいう。
詳細な説明
本開示の実施形態は、電池容量および電池寿命を保持または改善し、製造プロセス中の欠陥の発生を低減しながら、電極部品の製造速度を向上させる、３次元二次電池などの電池用電極部品の製造のための装置、システムおよび方法に関する。
電池に使用するための電極およびセパレータを含む電極構成要素の製造のための例示的なシステムを、図２を参照して説明する。一般に１００で示される電極生産（または製造）システムは、電池で使用するための精密電極の効率的な生産を可能にするように機能する多数の個別のステーション、システム、コンポーネント、または器具を含む。生産システム１００は、まず図２に関して一般的に説明され、その後、より広い生産システム１００が紹介された後に、各構成要素の追加の詳細がさらに説明される。
図示された例示的な実施形態では、生産システム１００は、基材１０４のウェブを保持し巻き戻すためのベース巻き戻しローラ１０２を含む。基材１０４のウェブは、二次電池用の電極アセンブリの製造に適した電極材料（すなわち、アノード材料５０２のウェブまたはカソード材料５０４のウェブ）、セパレータ材料等であってもよい。基材１０４のウェブは、ベース巻き戻しローラ１０２上に配置するための大きさの中心貫通孔を有する、ロールの形態に巻かれた材料の薄いシートである。いくつかの実施形態では、基材１０４のウェブは、例えば、電極集電体層（すなわち、アノード集電体層５０６またはカソード集電体層５１０）、およびその少なくとも一方の主要表面上の電気化学活性材料層（すなわち、アノード活性材料層５０８またはカソード活性材料層５１２）を含む多層材料であり、他の実施形態では基材１０４のウェブは単一層（例えば、セパレータ材料のウェブ）であってもよい。ベース巻き戻しローラ１０２は、金属、金属合金、複合材、プラスチック、または生産システム１００が本明細書に記載のように機能することを可能にする他の任意の材料から形成されてもよい。一実施形態では、ベース巻き戻しローラ１０２は、ステンレス鋼製であり、３インチ（７６．２ｍｍ）の直径を有する。
図２の実施形態に見られるように、基材１０４のウェブは、基材１０４のウェブの巻き戻しを容易にするために、エッジガイド１０６の上を通過させられる。一実施形態では、エッジガイド１０６は、固定基準点に対する基材１０４のウェブの一方のエッジの位置に対する貫通ビームタイプの光学センサを使用する。フィードバックは、エッジガイド１０６から「ウェブステアリング」ローラ、一般にベース巻き戻しローラ１０２に送られ、このローラは、基材１０４のウェブの移動方向と垂直な方向に移動することになる。この実施形態では、基材１０４のウェブは、次に、アイドラ１０８ａの周りを通過して、スプライシングステーション１１０に入る。アイドラ１０８ａ（アイドルローラとも呼ばれ得る）は、基材１０４のウェブの適切な位置及び張力を維持することを容易にし、また、基材１０４のウェブの方向を変更することも容易にする。図２に示す実施形態では、アイドラ１０８ａは、基材１０４のウェブを鉛直方向に受け取り、基材１０４のウェブが入力方向から実質的に９０度離れた出力方向にアイドラ１０８ａを離れるように、部分的にアイドラ１０８ａに巻き付けられる。しかしながら、入力方向および出力方向は、本開示の範囲から逸脱することなく変化し得ることを理解されたい。いくつかの実施形態では、生産システム１００は、複数のアイドラ１０８ａ～１０８ｘを使用して、基材１０４のウェブが生産システム１００を通って搬送される際に１回以上方向を変更することができる。アイドラ１０８ａ～１０８ｘは、金属、金属合金、複合材、プラスチック、ゴム、または生産システム１００が本明細書に記載されるように機能することを可能にする他の任意の材料から形成されてもよい。一実施形態では、アイドラ１０８ａ～１０８ｘは、ステンレス鋼で形成され、１インチ（２５．４ｍｍ）直径×１８インチ（４５７．２ｍｍ）長さの寸法を有する。
スプライシングステーション１１０は、２つの別個のウェブを一緒にスプライシング（例えば、接続）することを容易にするように構成される。好適な一実施形態では、基材１０４のウェブの後縁（図示せず）がスプライシングステーション１１０内で停止するように、基材１０４の第１のウェブが巻き戻されると、基材１０４の第１のウェブの後縁と基材１０４の第２のウェブの前縁が互いに隣接するように、基材１０４の第２のウェブの前縁（図示せず）がスプライシングステーション１１０に巻き戻られる。次に、ユーザは、粘着テープなどの接着剤を塗布して、基材１０４の第２のウェブの前縁を基材１０４の第１のウェブの後縁に接合し、２つのウェブ間にシームを形成して基材１０４の連続ウェブを作成してもよい。このようなプロセスは、ユーザによって指示されるように、基材１０４の多数のウェブに対して繰り返されることがある。このように、スプライシングステーション１１０は、複数の基材のウェブを一緒にスプライシングして１つの連続したウェブを形成させる可能性を可能にする。他の実施形態では、ユーザは、所望に応じて、同じ材料、または異なる材料のウェブを一緒にスプライスすることができることを理解されたい。
好適な一実施形態では、スプライシングステーション１１０を出ると、基材１０４のウェブは、次に、ニップローラ１１２に入り得るように、ダウンウェブの方向ＷＤに搬送される。ニップローラ１１２は、基材１０４のウェブが生産システム１００を通って搬送される速度を制御することを容易にするように構成される。一実施形態では、ニップローラ１１２は、ニップを定義するその間の空間を有する少なくとも２つの隣接するローラ１１４を含む。ニップは、基材１０４のウェブが、ローラの摩擦によって基材１０４のウェブを移動させるのに十分な圧力で、しかし基材１０４のウェブに大きな変形または損傷を与えないように十分低い圧力で、２つの隣接するローラ１１４の各々に押し付けられるようにサイズ設定される。いくつかの好適な実施形態では、少なくとも２つの隣接するローラ１１４によって基材１０４のウェブに対して及ぼされる圧力は、ウェブＳｗのクロスウェブスパンにわたって０～２１０ポンドの力の間に設定される（すなわち、クロスウェブの方向ＸＷＤにおけるウェブの端から端までの距離）（Ｆｉｇｓ．６、８Ａ）の基材１０４のクロスウェブの方向ＸＷＤにおける力、例えば、０ポンド、５ポンド、１０ポンド、１５ポンド、２０ポンド、２５ポンド、３０ポンド、３５ポンド、４０ポンド、４５ポンド、５０ポンド、５５ポンド、６０ポンド、６５ポンド、７０ポンド、７５ポンド、８０ポンド、８５ポンド、９０ポンド、９５ポンド、１００ポンド、１１０ポンド、１２０ポンド、１３０ポンド、１４０ポンド、１５０ポンド、１６０ポンド、１７０ポンド、１８０ポンド、１９０ポンド、２００ポンド、２１０ポンドの力がかかる。
好適な一実施形態では、隣接するローラ１１４の少なくとも１つは、電気モータによって駆動される高摩擦ローラであってもよいコンプライアントローラであり、隣接するローラ１１４の別のものは、低摩擦受動ローラである。コンプライアントローラは、基材１０４のウェブに十分なグリップ力を与えて、基材１０４のウェブに押し力または引き力を与えて生産システム１００を通して搬送することができるゴムまたはポリマからなる少なくとも外面を有してよい。一実施形態では、隣接するローラ１１４の少なくとも１つは、約３．８インチ、例えば３．８６３インチ（９８．１２ｍｍ）の直径を有するスチールローラである。別の実施形態では、隣接するローラ１１４の少なくとも１つは、約２．５インチ、例えば２．５４インチ（６４．５１ｍｍ）の直径を有するゴムローラである。さらに別の実施形態では、隣接するローラ１１４の１つ以上は、ローラの幅に沿った任意の場所に配置するために調整され得るその上に配置されたゴム製リングを含み、各リングは約３．９０インチ（９９．０６ｍｍ）の外径を有している。ローラの直径は、ローラが本明細書に記載されるように機能する限り、そのような量より少なくても大きくてもよいことを理解されたい。一実施形態では、ゴム輪は、基材１０４のウェブをダウンウェブの方向ＷＤに駆動するために、その連続する外縁で基材１０４のウェブに接触するようにローラ上に配置される。したがって、ユーザインターフェース１１６を介して高摩擦ローラの回転速度を制御することにより、基材１０４のウェブの速度が制御される。他の実施形態では、隣接するローラ１１４の各々は、生産システム１００が本明細書に記載されるように機能することを可能にする、任意の高摩擦材料または低摩擦材料から作られ得る。隣接するローラ１１４の１つまたは複数が、ニップを通過する基材１０４のウェブの速度を制御するためのモータ（図示せず）に接続されてもよいことを理解されたい。生産システム１００は、生産システム１００を通って搬送される基材１０４のウェブの速度の制御を容易にするために、１つまたは複数の追加のニップローラ１２２、１３２を含むことができ、これはユーザインターフェース１１６を介して制御されることができる。複数のニップローラ１１２、１２２、１３２が使用される場合、ニップローラ１１２、１２２、１３２の各々は、基材１０４のウェブが生産システム１００を通って滑らかに搬送されるように、ユーザインターフェース１１６を介して同じ速度に設定されることができる。
生産システム１００は、ダンサ１１８を含むこともできる。図２に見られるように、図示されたダンサ１１８は、互いに間隔をあけて配置された一対のローラを含むが、ダンサ１１８の一対のローラの間で中心軸を中心に連結されている。ダンサ１１８の一対のローラは、中心軸を中心に回転することができ、それによって、基材１０４のウェブ上の張力を受動的に調整することができる。例えば、基材１０４のウェブ上の張力が所定の閾値を超えた場合、ダンサ１１８の一対のローラは、中心軸を中心に回転してウェブ上の張力を低下させる。したがって、ダンサ１１８は、適切な張力が基材１０４のウェブ上に一貫して維持されるように、ダンサ１１８単独の質量（例えば、一対のローラのうちの１つまたは複数の質量）、ユーザインターフェース１１６を介してユーザ調節可能または制御可能であり得るばね、ねじり棒または他のバイアス／張力付与デバイスを用いてよい。一実施形態では、ダンサ１１８の質量および慣性は、例えばアルミニウム製の中空ローラを使用することによって、５００グラムの力またはそれ以下でウェブ張力を可能にするために低減または最小化される。他の実施形態では、ダンサ１１８のローラは、炭素繊維、アルミニウム合金、マグネシウム、他の軽量金属および金属合金、ガラス繊維、または５００グラムの力またはそれ以下のウェブ張力を提供するのに十分低い質量を可能にする任意の他の適切な材料などの他の軽量材料で作られる。さらに別の実施形態では、ダンサ１１８のローラは、２５０グラム重以下の基材１０４のウェブの張力を可能にするようにカウンタバランスされる。
生産システム１００は、１つまたは複数のレーザシステム１２０ａ、１２０ｂ、および１２０ｃを含む。図２に示す実施形態は、３つのレーザシステム１２０ａ～ｃを含むが、生産システム１００が本明細書に記載するように機能するように、任意の数のレーザシステム１２０を使用することができることを理解されたい。レーザシステム１２０ａ～ｃのさらなる説明は、図３を参照して行われる。好適な一実施形態では、レーザシステム１２０ａ～ｃの少なくとも１つは、レーザビーム３０２を切断プレナム３０４に向けて放出するように構成されたレーザデバイス３００を含む。図示された実施形態では、切断プレナム３０４は、チャック３０６及び真空３０８を含む。チャック３０６の詳細は、以下にさらに説明する図４および図１３に最もよく示されている。好適な一実施形態では、レーザシステム１２０に隣接して、１つ以上の検査装置３１０、３１２があり、これは、カメラのような視覚検査装置であってもよいし、生産システム１００が本明細書にさらに説明するように機能することを可能にする任意の他の適切な検査装置でもよい。
図２に示される例示的な生産システム１００は、ブラッシングステーション１２４およびエアナイフ１２６などの１つまたは複数のクリーニングステーションを含む。各クリーニングステーションは、本明細書でさらに説明するように、基材１０４のウェブからデブリ（図示せず）を除去するか、さもなければ除去を促進するように構成される。
図２の生産システム１００は、本明細書でさらに説明するように、欠陥を識別するための検査ステーション１２８と、識別された欠陥の位置を特定するために基材１０４のウェブをマークするための、関連する欠陥マーキングシステム１３０を含む。
好適な一実施形態では、基材１０４のウェブは、インターリーフ材料１３８のウェブとともに巻き取りローラ１３４を介して巻き取られ、インターリーフローラ１３６を介して巻き戻されて、インターリーフ材料１３８のウェブによって分離された電極の層を有する電極のロール１４０を作成する。いくつかの実施形態では、基材１０４のウェブは、インターリーフ材料１３８のウェブなしで巻き取りローラ１３４を介して巻き取ることができる。
一連のニップローラ１１２、１２２、及び１３２、アイドラ１０８ａ－ｘ、及びダンサ１１８ｍは、生産システム１００を通して基材１０４のウェブを搬送するための搬送システムと一緒に呼ばれ得ることに留意されたい。本明細書で使用する場合、搬送システムまたは基材１０４のウェブの搬送は、基材１０４のウェブを生産システム１００を通してダウンウェブの方向ＷＤに意図的に移動させることを指す。
図５を参照すると、基材１０４のウェブは、本明細書で説明するような電池で使用するための電極構成要素の製造に適した任意の材料であってもよい。例えば、基材１０４のウェブは、電気絶縁性セパレータ材料５００、アノード材料５０２またはカソード材料５０４であってもよい。好適な一実施形態では、基材１０４のウェブは、二次電池のセパレータとして使用するのに適した電気絶縁性およびイオン透過性の高分子織物材料である。
別の好適な実施形態では、基材１０４のウェブは、アノード集電体層５０６とアノード活性材料層５０８とを含み得るアノード材料５０２のウェブである。一実施形態では、アノード集電体層５０６は、銅、銅合金、またはアノード集電体層として適した他の材料などの導電性金属からなる。アノード活性材料層５０８は、アノード集電体層５０６の第１の表面上の第１の層と、アノード集電体層５０６の第２の対向面上の第２の層として形成することができる。別の実施形態では、アノード集電体層５０６とアノード活性材料層５０８とが混在していてもよい。第１の表面および第２の対向する表面は、基材１０４のウェブの主要な表面、または表および裏の表面と呼ばれることがある。本明細書で使用する主要面とは、ダウンウェブの方向ＷＤにおける基材１０４のウェブの長さとクロスウェブの方向ＸＷＤにおける基材１０４のウェブのスパンとによって形成される平面によって規定される面を意味する。
一般に、基材１０４のウェブがアノード材料５０２のウェブである場合、そのアノード活性材料層５０８は、（それぞれ）少なくとも約１０μｍの厚さを有するであろう。例えば、一実施形態では、アノード活性材料層５０８は、（それぞれ）少なくとも約４０μｍの厚さを有することになる。さらなる例として、そのような一実施形態では、アノード活性材料層５０８は、（それぞれ）少なくとも約８０μｍの厚さを有することになる。さらなる例として、そのような一実施形態では、アノード活性材料層５０８は、（それぞれ）少なくとも約１２０μｍの厚さを有するであろう。しかし、典型的には、アノード活性材料層５０８は、（それぞれ）約６０μｍ未満、またはさらに約３０μｍ未満の厚さを有するであろう。
アノード活性材料層５０８として使用するための例示的なアノード活性材料には、グラファイト、ソフトカーボンまたはハードカーボン、またはグラフェン（例えば、単層または多層カーボンナノチューブ）などの炭素材料、またはリチウムをインターカレートするかまたはリチウムとの合金を形成することができる金属、半金属、合金、酸化物、窒化物および化合物の範囲のいずれかを含む。アノード材料５０２を構成可能な金属または半金属の具体例としては、グラファイト、スズ、鉛、マグネシウム、アルミニウム、ボロン、ガリウム、シリコン、Ｓｉ／Ｃコンポジット、Ｓｉ／グラファイトブレンド、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、多孔質Ｓｉ、金属間Ｓｉ合金、インジウム、ジルコニウム、ゲルマニウム、ビスマス、カドミウム、アンチモン、銀、亜鉛、ヒ素、ハフニウム、イットリウム、リチウム、ナトリウム、黒鉛、炭素、チタン酸リチウム、パラジウム、およびこれらの混合物を、含む。１つの例示的な実施形態では、アノード活性材料層５０８は、アルミニウム、スズ、またはシリコン、またはその酸化物、その窒化物、そのフッ化物、またはその他の合金からなる。別の例示的な実施形態では、アノード活性材料層５０８は、シリコンまたはその合金もしくは酸化物からなる。
一実施形態では、アノード活性材料層５０８は、充電および放電プロセス中にリチウムイオン（または他のキャリアイオン）がアノード活性材料層５０８に取り込まれるか、またはそこから出る際の体積膨張および収縮に対応するために、有意な空隙体積分率を提供するように微細構造化される。一般に、アノード活性材料層５０８の（それぞれの）ボイド体積分率は、少なくとも０．１である。しかしながら、典型的には、アノード活性材料層５０８の各々のボイド体積分率は、０．８を超えない。例えば、一実施形態では、アノード活性材料層５０８の（それぞれの）ボイド体積分率は、約０．１５～約０．７５である。さらなる例として、一実施形態では、（アノード活性材料層５０８のボイド体積分率は約０．２～約０．７である。さらなる例として、一実施形態では、アノード活性材料層５０８の（それぞれの）ボイド体積分率は約０．２５～約０．６である。
微細構造のアノード活性材料層５０８の組成およびその形成方法に応じて、微細構造のアノード活性材料層５０８は、マクロポーラス、マイクロポーラス、またはメソポーラス材料層、またはマイクロポーラスとメソポーラスの組み合わせ、またはメソポーラスとマクロポーラスの組み合わせなどのそれらの組み合わせからなる場合がある。マイクロポーラス材料は、典型的には、１０ｎｍ未満の孔寸法、１０ｎｍ未満の壁寸法、１～５０マイクロメートルの孔深さ、および一般に「スポンジ状」で不規則な外観、滑らかでない壁、および分岐した孔によって特徴付けられる孔の形態によって特徴付けられる。メソポーラス材料は、典型的には、１０～５０ｎｍの孔寸法、１０～５０ｎｍの壁寸法、１～１００マイクロメートルの孔深さ、および一般に、ある程度明確な分岐した孔または樹枝状孔によって特徴付けられる孔の形態によって特徴付けられる。マクロポーラス材料は、一般に、５０ｎｍを超える細孔寸法、５０ｎｍを超える壁寸法、１～５００マイクロメートルの細孔深さ、および変化、直線、分岐、または樹状、および滑らかまたは粗壁であり得る細孔形態によって特徴付けられる。さらに、ボイド体積は、開口ボイドもしくは閉口ボイド、またはそれらの組み合わせから構成されてもよい。一実施形態では、ボイド体積は開口ボイドからなり、すなわち、アノード活性材料層５０８は、リチウムイオン（または他のキャリアイオン）がアノード活性材料層５０８に入るか出ることができる、アノード活性材料層５０８の側面の開口を有するボイドを含み、例えば、リチウムイオンがカソード活性材料層５１２を出た後にボイド開口を通してアノード活性材料層５０８に入ることがある。別の実施形態では、空隙容積は閉じた空隙からなり、すなわち、アノード活性材料層５０８は、アノード活性材料層５０８内に囲まれている空隙を含む。一般に、開いた空隙はキャリアイオンにより大きな界面表面積を提供できるのに対し、閉じた空隙は固体電解質界面の影響を受けにくい傾向がある一方、それぞれがキャリアイオンの侵入に伴うアノード活性材料層５０８の膨張のための余地を提供する。したがって、特定の実施形態では、アノード活性材料層５０８が開口ボイドと閉口ボイドの組み合わせからなることが好ましい。
一実施形態では、アノード活性材料層５０８は、多孔質アルミニウム、スズまたはシリコンまたはその合金、酸化物、もしくは窒化物からなる。多孔質シリコン層は、例えば、陽極酸化によって、エッチングによって（例えば、単結晶シリコンの表面に金、白金、銀または金／パラジウムなどの貴金属を堆積させ、フッ酸および過酸化水素の混合物で表面をエッチングすることによって）、またはパターン化化学エッチングなどの当該分野で知られている他の方法によって形成することができる。さらに、多孔質のアノード活性材料層５０８は、一般に、少なくとも約０．１、しかし０．８未満の空隙率を有し、約１～約１００マイクロメートルの厚さを有するであろう。例えば、一実施形態では、アノード活性材料層５０８は、多孔質シリコンからなり、約５～約１００マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５～約０．７５の気孔率分率を有する。さらなる例として、一実施形態では、アノード活性材料層５０８は、多孔質シリコンからなり、約１０～約８０マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５～約０．７の気孔率分率を有している。さらなる例として、そのような一実施形態では、アノード活性材料層５０８は、多孔質シリコンからなり、約２０～約５０マイクロメートルの厚さを有し、約０．２５～約０．６の気孔率分率を有している。さらなる例として、一実施形態では、アノード活性材料層５０８は、多孔質シリコン合金（ニッケルシリサイドなど）からなり、約５～約１００マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５～約０．７５の気孔率分率を有している。
別の実施形態では、アノード活性材料層５０８は、アルミニウム、スズもしくはシリコン、またはそれらの合金の繊維で構成される。個々の繊維は、約５ｎｍ～約１０，０００ｎｍの直径（厚み寸法）と、アノード活性材料層５０８の厚みに概ね対応する長さとを有することができる。シリコンの繊維（ナノワイヤ）は、例えば、化学気相成長、または蒸気液体固体（ＶＬＳ）成長および固体液体固体（ＳＬＳ）成長などの当該技術分野で既知の他の技術によって形成することができる。さらに、アノード活性材料層５０８は、一般に、少なくとも約０．１、しかし０．８未満の空隙率を有し、約１～約２００マイクロメートルの厚さを有するであろう。例えば、一実施形態では、アノード活性材料層５０８は、シリコンナノワイヤからなり、約５～約１００マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５～約０．７５の気孔率分率を有している。さらなる例として、一実施形態では、アノード活性材料層５０８は、シリコンナノワイヤからなり、約１０～約８０マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５～約０．７の気孔率分率を有している。さらなる例として、そのような一実施形態では、アノード活性材料層５０８は、シリコンナノワイヤからなり、約２０～約５０マイクロメートルの厚さを有し、約０．２５～約０．６の気孔率分率を有している。さらなる例として、一実施形態では、アノード活性材料層５０８は、シリコン合金（ニッケルシリサイドなど）のナノワイヤからなり、約５～約１００マイクロメートルの厚さを有し、約０．１５～約０．７５の気孔率分率を有している。
一般に、アノード集電体層５０６は、少なくとも約１０３シーメンス／ｃｍの電気伝導率を有することになる。例えば、１つのそのような実施形態において、アノード集電体層５０６は、少なくとも約１０４シーメンス／ｃｍの導電率を有するであろう。さらなる例として、１つのそのような実施形態では、アノード集電体層５０６は、少なくとも約１０５シーメンス／ｃｍの導電性を有することになる。アノード集電体層５０６として使用するのに適した例示的な導電性材料は、例えば、銅、ニッケル、コバルト、チタン、およびタングステンなどの金属、ならびにこれらの合金を含む。
一般に、アノード集電体層５０６は、少なくとも約１０３シーメンス／ｃｍの電気伝導度を有することになる。例えば、そのような一実施形態では、アノード集電体層５０６は、少なくとも約１０４シーメンス／ｃｍの導電性を有することになる。さらなる例として、１つのそのような実施形態では、アノード集電体層５０６は、少なくとも約１０５シーメンス／ｃｍの導電性を有することになる。アノード集電体層５０６として使用するのに適した例示的な導電性材料は、例えば、銅、ニッケル、コバルト、チタン、およびタングステンなどの金属、ならびにそれらの合金を含む。
再び図５を参照すると、別の好適な実施形態では、基材１０４のウェブは、カソード集電体層５１０とカソード活性材料層５１２とを含むことができるカソード材料５０４のウェブとなる。カソード材料５０４のカソード集電体層５１０は、アルミニウム、アルミニウム合金、チタン、またはカソード集電体層５１０として使用するのに適した他の材料からなる場合がある。カソード活性材料層５１２は、カソード集電体層５１０の第１の表面上の第１の層と、カソード集電体層５１０の第２の対向面上の第２の層として形成することができる。カソード活性材料層５１２は、カソード集電体層５１０の片面または両面に塗布されてもよい。同様に、カソード活性材料層５１２は、カソード集電体層５１０の一方または両方の主要面にコーティングされてもよい。別の実施形態では、カソード集電体層５１０は、カソード活性材料層５１２と混在していてもよい。
一般に、基材１０４のウェブがカソード材料５０４のウェブである場合、そのカソード活性材料層５１２は（それぞれ）少なくとも約２０μｍの厚さを有することになる。例えば、一実施形態では、カソード活性材料層５１２は、（それぞれ）少なくとも約４０μｍの厚さを有するであろう。さらなる例として、そのような一実施形態では、カソード活性材料層５１２は、（それぞれ）少なくとも約６０μｍの厚さを有することになる。さらなる例として、そのような一実施形態では、カソード活性材料層５１２は、（それぞれ）少なくとも約１００μｍの厚さを有するであろう。しかし、典型的には、カソード活性材料層５１２は、（それぞれ）約９０μｍ未満、またはさらに約７０μｍ未満の厚さを有するであろう。
例示的なカソード活性材料は、広範なカソード活性材料のいずれかを含む。例えば、リチウムイオン電池の場合、カソード活性材料層５１２は、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、遷移金属窒化物、リチウム－遷移金属酸化物、リチウム－遷移金属硫化物、およびリチウム－遷移金属窒化物から選択的に用いられるカソード活性材料からなることがある。これら遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、遷移金属窒化物の遷移金属元素としては、ｄ殻またはｆ殻を有する金属元素を挙げることができる。このような金属元素の具体例としては、Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド、アクチノイド、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｃｕ、Ａｇ、Ａｕが挙げられる。追加のカソード活性材料には、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４、Ｌｉ（ＮｉｘＣｏｙＡｌｚ）Ｏ２、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ２ＭｎＯ４、Ｖ２Ｏ５、モリブデンオキシサルファイド、リン酸塩、ケイ酸塩、バナデート、イオウ、イオウ化合物、酸素（大気）、Ｌｉ（ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ）Ｏ２およびこれらの組み合わせがある。
一般に、カソード集電体層５１０は、少なくとも約１０３シーメンス／ｃｍの電気伝導率を有することになる。例えば、１つのそのような実施形態では、カソード集電体層５１０は、少なくとも約１０４シーメンス／ｃｍの導電率を有することになる。さらなる例として、１つのそのような実施形態では、カソード集電体層５１０は、少なくとも約１０５シーメンス／ｃｍの導電率を有することになる。例示的なカソード集電体層５１０は、アルミニウム、ニッケル、コバルト、チタン、およびタングステンなどの金属、ならびにそれらの合金を含む。
再び図５を参照すると、別の好適な実施形態では、基材１０４のウェブは、電気絶縁性であるがイオン透過性のセパレータ材料のウェブである。電気絶縁性セパレータ材料５００は、アノード集団の各メンバを二次電池のカソード集団の各メンバから電気的に分離するように適合される。電気絶縁性セパレータ材料５００は、典型的には、非水電解質を浸透させることができる微孔性セパレータ材料を含むであろう。例えば、一実施形態では、微孔性セパレータ材料は、少なくとも５０Åの直径、より典型的には約２，５００Åの範囲内の直径、および約２５％～約７５％の範囲内の気孔率、より典型的には約３５～５５％の範囲内である孔を有する孔材を含む。
一般に、基材１０４のウェブが電気絶縁性セパレータ材料５００のウェブである場合、電気絶縁性セパレータ材料５００は、少なくとも約４μｍの厚みを有することになる。例えば、一実施形態では、電気絶縁性セパレータ材料５００は、少なくとも約８μｍの厚さを有することになる。さらなる例として、そのような一実施形態では、電気絶縁性セパレータ材料５００は、少なくとも約１２μｍの厚さを有することになる。さらなる例として、そのような一実施形態では、電気絶縁性セパレータ材料５００は、少なくとも約１５μｍの厚さを有することになる。しかしながら、典型的には、電気絶縁性セパレータ材料５００は、約１２μｍ未満、あるいは約１０μｍ未満の厚さを有することになる。
一実施形態では、マイクロポーラスセパレータ材料は、粒子状材料とバインダとを含み、少なくとも約２０ｖｏｌ％の空隙率（ｖｏｉｄ ｆｒａｃｔｉｏｎ）を有する。％マイクロポーラスセパレータ材料の孔は、少なくとも５０Åの直径を有し、典型的には約２５０～２，５００Åの範囲内に入るであろう。マイクロポーラスセパレータ材料は、典型的には、約７５ｖｏｌ％未満の気孔率を有するであろう。一実施形態では、マイクロポーラスセパレータ材料は、少なくとも約２５ｖｏｌ％の空隙率（ｖｏｉｄ ｆｒａｃｔｉｏｎ）を有する。一実施形態では、マイクロポーラスセパレータ材料は、約３５～５５ｖｏｌ％の気孔率を有することになる。
マイクロポーラスセパレータ材料用のバインダは、広範囲の無機材料またはポリマ材料から選択することができる。例えば、一実施形態では、バインダは、ケイ酸塩、リン酸塩、アルミネート、アルミノケイ酸塩、および水酸化マグネシウム、水酸化カルシウムなどの水酸化物からなる群から選択された有機材料である。例えば、一実施形態では、バインダは、フッ化ビニリデン、ヘキサフルオロプロピレン、テトラフルオロプロペンなどを含むモノマーから得られるフッ素系ポリマである。別の実施形態では、バインダは、ポリエチレン、ポリプロピレン、またはポリブテンなどのポリオレフィンであり、様々な分子量および密度の範囲のいずれかを有する。別の実施形態では、バインダは、エチレン－ジエン－プロペンターポリマ、ポリスチレン、ポリメチルメタクリレート、ポリエチレングリコール、ポリ酢酸ビニル、ポリビニルブチラール、ポリアセタール、及びポリエチレングリコールジアクリレートからなる群から選択される。別の実施形態では、バインダは、メチルセルロース、カルボキシメチルセルロース、スチレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、イソプレンゴム、ポリアクリルアミド、ポリビニルエーテル、ポリアクリル酸、ポリメタクリル酸、およびポリエチレンオキシドからなる群から選ばれる。別の実施形態では、バインダは、アクリレート、スチレン、エポキシ、およびシリコーンからなる群から選択される。別の実施形態では、バインダは、前述のポリマのうちの２つ以上のコポリマまたはブレンドである。
微孔性セパレータ材料によって構成される微粒子材料は、広範囲の材料から選択することもできる。一般に、このような材料は、動作温度において比較的低い電子伝導性およびイオン伝導性を有し、マイクロポーラスセパレータ材料に接触する電池電極または電流コレクタの動作電圧の下で腐食することはない。例えば、一実施形態では、微粒子材料は、１×１０－４Ｓ／ｃｍ未満のキャリアイオン（例えば、リチウム）に対する導電率を有する。さらなる例として、一実施形態では、粒子状材料は、１×１０－５Ｓ／ｃｍ未満のキャリアイオンに対する導電性を有する。さらなる例として、一実施形態では、粒子状材料は、１×１０－６Ｓ／ｃｍ未満のキャリアイオンに対する導電性を有する。例示的な粒子状材料は、粒子状ポリエチレン、ポリプロピレン、ＴｉＯ２－ポリマ複合体、シリカエアロゲル、ヒュームドシリカ、シリカゲル、シリカヒドロゲル、シリカキシロゲル、シリカゾル、コロイド状シリカ、アルミナ、チタニア、マグネシア、カオリン、タルク、珪藻土、ケイ酸カルシウム、ケイ酸アルミニウム、炭酸カルシウム、炭酸マグネシウムまたはそれらの組合せが挙げられる。例えば、一実施形態では、粒子状材料は、ＴｉＯ２、ＳｉＯ２、Ａｌ２Ｏ３、ＧｅＯ２、Ｂ２Ｏ３、Ｂｉ２Ｏ３、ＢａＯ、ＺｎＯ、ＺｒＯ２、ＢＮ、Ｓｉ３Ｎ４、Ｇｅ３Ｎ４などの粒子状酸化物または窒化物を含んで成る。例えば、Ｐ．Ａｒｏｒａ及びＪ．Ｚｈａｎｇによる“Ｂａｔｔｅｒｙ Ｓｅｐａｒａｔｏｒｓ” Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗｓ ２００４， １０４， ４４１９－４４６２を参照。一実施形態では、粒子状材料は、約２０ｎｍ～２マイクロメートル、より典型的には２００ｎｍ～１．５マイクロメートルの平均粒径を有するであろう。一実施形態では、粒子状材料は、約５００ｎｍ～１マイクロメートルの平均粒径を有することになる。
別途の実施形態では、微孔性セパレータ材料によって構成される粒子状材料は、電池の機能のためのイオン伝導性を提供するために電解液の浸入に望ましい空隙率を維持しながら、焼結、結合、硬化などの技術によって結合することができる。
組み立てられたエネルギ貯蔵デバイスにおいて、微孔性セパレータ材料は、二次電池電解質としての使用に適した非水電解質で浸透される。典型的には、非水電解質は、有機溶媒および／または溶媒混合物に溶解したリチウム塩および／または塩の混合物からなる。例示的なリチウム塩としては、ＬｉＣｌＯ４、ＬｉＢＦ４、ＬｉＰＦ６、ＬｉＡｓＦ６、ＬｉＣｌ、およびＬｉＢｒなどの無機リチウム塩、並びに、ＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）４、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）３、ＬｉＮＳＯ２ＣＦ３、ＬｉＮＳＯ２ＣＦ５、ＬｉＮＳＯ２Ｃ４Ｆ９、ＬｉＮＳＯ２Ｃ５Ｆ１１、ＬｉＮＳＯ２Ｃ６Ｆ１３、およびＬｉＮＳＯ２Ｃ７Ｆ１５などの有機リチウム塩を、含む。リチウム塩を溶解させる有機溶媒の具体例としては、環状エステル、鎖状エステル、環状エーテル、鎖状エーテルが挙げられる。環状エステルの具体例としては、プロピレンカーボネート、ブチレンカーボネート、γ－ブチロラクトン、ビニレンカーボネート、２－メチル－γ－ブチロラクトン、アセチル－γ－ブチロラクトン、γ－バレロラクトンなどが挙げられる。鎖状エステルの具体例としては、炭酸ジメチル、炭酸ジエチル、炭酸ジブチル、炭酸ジプロピル、炭酸メチルエチル、炭酸メチルブチル、炭酸メチルプロピル、炭酸エチルブチル、炭酸ブチルプロピル、アルキルプロピオン酸、ジアルキルマロン酸、アルキル酢酸塩が挙げられる。環状エーテルの具体例としては、テトラヒドロフラン、アルキルテトラヒドロフラン、ジアルキルテトラヒドロフラン、アルコキシテトラヒドロフラン、ジアルコキシテトラヒドロフラン、１，３－ジオキソラン、アルキル－１，３－ジオキソラン、１，４－ジオキソランが挙げられる。鎖状エーテルの具体例としては、１，２－ジメトキシエタン、１，２－ジエトキシエタン、ジエチルエーテル、エチレングリコールジアルキルエーテル、ジエチレングリコールジアルキルエーテル、トリエチレングリコールジアルキルエーテル、テトラエチレングリコールジアルキルエーテルが挙げられる。
さらに他の実施形態では、基材１０４のウェブは、参照によりその全体が組み込まれる２０１７年１月２４日発行の米国特許第９，５５３，３３２号に記載のものなど、固体二次電池に用いる電極成分の製造に適した任意の材料であり得る。例えば、いくつかの実施形態では、基材１０４のウェブは、負電極集電体または正電極集電体材料などの電極集電体材料を含んでよい。電極集電体材料は、いくつかの実施形態では、銅、ニッケル、ニッケル被覆銅、鉄被覆銅、銅被覆アルミニウム、アルミニウム、チタン、ステンレス鋼、又は、リチウムと合金化しないことが知られておりアノード集電体として機能するように構成された他の材料を、含み得る。別の実施形態では、基材１０４のウェブは、アルミニウム、アルミニウム箔、炭素被覆アルミニウム箔からなる正極集電体材料である。このような実施形態では、電極集電体材料は、電気めっき、無電解めっき、ＰＶＤ、金属ナノ粒子焼結、および／または後還元によるゾルゲルなどの、標準的な経路で作成された、箔であるのとは対照的な、金属被覆であってもよい。
別の実施形態では、例えば固体二次電池の場合、基材１０４のウェブは、上記で参照した米国特許第９，５５３，３３２号に記載されているような固体電解質材料からなる場合がある。この実施形態では、基材１０４のウェブは、ガーネット、ＬｉＰＯＮ、アンチペロフスカイト、ＬＩＳＩＣＯＮ、チオＬＩＳＩＣＯＮ、硫化物、オキシサルファイド、ポリマ、複合ポリマ、イオン液体、ゲル、または有機液体など、１０－５Ｓ／ｃｍを超える伝導度を有する高速リチウムイオン導体から構成されても良い。電解質は、約０．１μｍから約４０μｍの範囲の厚さを有するが、バリエーションを含む。いくつかの例では、電解質の厚さは２５μｍ、すなわち、２５ミクロンである。いくつかの例では、電解質の厚さは２５μｍ以下、すなわち、２５ミクロン以下である。
別の実施形態では、例えば固体二次電池の場合、基材１０４のウェブは、上記で参照した米国特許第９，５５３，３３２号に記載されているものなどのカソライト材料からなることがある。この実施形態では、基材１０４のウェブは、リチウム、ゲルマニウム、リン、および硫黄（「ＬＧＰＳ」）含有材料またはリチウム、ケイ素、リン、および硫黄（「ＬＳＰＳ」）含有材料を含むカソライト材料からなり、これらの各々は多結晶状態または非晶質状態に構成される。この実施形態では、カソライト材料は、１０－４Ｓ／ｃｍより大きい、好ましくは１０－３Ｓ／ｃｍより大きいイオン伝導度を有する。一実施形態では、カソライト材料は、活性領域粒径よりも小さい粒径を有する。例えば、いくつかの実施形態におけるカソライト粒子の中央値は、活性粒子サイズの中央値より３倍以上小さい直径を有する。カソライト材料は、交互に、カソード活性材料の周りのコーティングとしてコアシェル構造で構成されてもよい。さらなる変形例では、カソライト材料は、ナノロッドまたはナノワイヤとして構成されてもよい。この実施形態では、基材１０４のウェブは、炭素、活性炭、カーボンブラック、炭素繊維、カーボンナノチューブ、グラファイト、グラフェン、フラーレン、金属ナノワイヤ、スーパーＰ、および当技術分野で知られている他の材料などのカソード電子伝導スピーシーズを含むこともできる。カソード領域は、カソードの基板への接着力およびサイクル中のカソードのそれ自体への凝集力を向上させるためのバインダ材料をさらに含む。一実施形態では、カソライト材料は、ＬＧＰＳまたはＬＳＰＳを含む材料内に構成された酸素種を有する。別の実施形態では、酸素種は、ＬＧＰＳＯ材料またはＬＳＰＳＯ材料を形成するために、１：２以下の硫黄種に対する比を有する。一例では、酸素種は、ＬＧＰＳＯ材料の２０％未満である。
さらに他の実施形態では、基材１０４のウェブは、カソライト材料が固体として特徴付けられる上記で参照した米国特許第９，５５３，３３号に記載されているような、固体二次電池で使用するための電極構成要素の製造に適していてもよい。この実施形態では、カソライト材料は、実質的に固定された化合物構造を有し、流体ではなく、固体のように振る舞う。一実施形態では、固体カソライト材料は、物理蒸着（ＰＶＤ）、化学蒸着（ＣＶＤ）、原子層蒸着（ＡＬＤ）、および粉末の固体反応、粉末の機械粉砕、溶液合成、蒸発、またはそれらの任意の組み合わせによって作製される。別の実施形態では、カソライト材料は、ミキサーまたはミルで活性材料と混合され、または物理蒸着法の異なる構成で、任意に炭素と混合され、グラビア、コンマコーティング、マイヤーロッド・コーティング、ドクターブレード、スロットダイコーティング、または従来の技術で基板上にコーティングされる。別の実施形態では、カソライト材料は、気相成長、メカノフュージョン、液相成長、流動床または回転式反応器における粒子への堆積、またはそれらの組み合わせなどを用いて、カソード活性材料上に直接コーティングされる。別の実施形態では、基材１０４のウェブは、リチウム種を含むポリマ材料からなる。ポリマ材料は、カソライト材料を覆って形成されてもよい。いくつかの実施形態におけるポリマ材料は、ポリアクリロニトリル、ポリエチレンオキシド、ＰｖＤＦ、ＰｖＤＦ－ＨＦＰ、ブタジエンゴムおよびスチレンブタジエンゴムのようなゴム、等である。
一実施形態では、基材１０４のウェブは、アノード活性材料層５０８、またはカソード活性材料層５１２の一方または両方の表面にそれぞれ接着テープ層（図示せず）を付着させることができる。その後、接着剤層は、不要な材料または破片を除去するために、アブレーションおよび切断（後述）に続いて除去することができる。
レーザシステム１２０ａ～ｃの実施形態は、図２～図６を参照して更に説明される。基材１０４のウェブは、ダウンウェブの方向ＷＤにレーザシステム１２０に入る。一実施形態では、基材１０４のウェブは、まだアブレーションまたは切断されていない、第１の状態４００でレーザシステム１２０ａに進入する。したがって、第１の状態４００の基材１０４のウェブは、初期状態からの欠陥または変化を実質的に有さないことが望ましい。基材１０４のウェブは、複数の真空孔４０６を含むチャック３０６の上を通過する。真空孔４０６は真空３０８と流体連通しており、真空孔４０６上を通過する基材１０４のウェブに真空圧を引き込む。真空孔４０６は、基材１０４のウェブが引っ掛かることなくその上をより容易に通過できるように、千鳥配置にしたり、面取りをしたりすることができる。孔の断面積は、基材１０４のウェブがそこに引き込まれるのを防ぐのに十分小さくなければならないが、そこを通る真空からの適切な空気流を可能にするのに十分大きい。真空圧は、基材１０４のウェブがチャック３０６を横切って搬送される際に、実質的に平坦／平面な状態に維持することを容易にする。いくつかの好適な実施形態では、レーザシステム１２０は焦点に敏感であり、そのような実施形態では、切断又はアブレーションプロセス中に基材１０４のウェブに接触するときにレーザビーム３０２が焦点になるように、基材１０４のウェブをレーザ出力３１３から、例えば所定位置の±１００ミクロンから実質的に一定の距離で維持することが重要である。従って、真空孔４０６を通る真空圧は、基材１０４のウェブがチャック３０６を横切って実質的に平坦な状態を保ち、処理中に持ち上げたり座屈したりしないように、例えばユーザインターフェース１１６を介してリアルタイムで監視及び調整され得る。真空孔４０６の断面形状は、円形、正方形、長方形、楕円形、またはチャック３０６が本明細書に記載のように機能することを可能にする他の任意の形状であってよい。
図４に見られるように、チャック３０６（例えば、支持表面）は、上流エッジ４１２と下流エッジ４１４とによって規定される開口部４１０を含む。図示されたチャック３０６は、下流エッジ４１４に面取り４１６を含む。この実施形態では、面取り４１６は、基材１０４のウェブが下流エッジ４１４に引っかかったり引っ掛かったりすることなく下流エッジ４１４の上を通過することを容易にする。面取り４１６の角度αは、１度から９０度の間、例えば、５度、１０度、１５度、２０度、２５度、３０度、３５度、４０度、４５度、５０度、５５度、６０度、６５度、７０度、７５度、８０度、８５度または面取り４１６がここに記載するように機能できる任意の他の角度とし得る。図示された実施形態では、例えば、角度αは約２５度である。面取り４１６の角度αが、面取り４１６の上を通過する基材１０４のウェブのたわみよりも大きい場合、性能が向上することが分かっている。面取り４１６の上縁４１８は、面取り４１６からチャック３０６の表面への滑らかな移行を提供するために、放射状にすることができる。
好適な一実施形態では、チャック３０６はアルミニウムから形成されている。しかしながら、チャック３０６は、アルミニウム合金、複合材料、金属または金属合金、またはチャック３０６が本明細書に記載のように機能することを可能にする他の任意の適切な材料から形成され得る。一実施形態では、アルミニウムなどのチャック３０６の材料は、レーザ加工中のウェブからの熱放散を容易にする。
好適な一実施形態では、基材１０４のウェブは、レーザビーム３０２（図３）によって最初にアブレーションされ、レーザビーム３０２によってアブレーションされた後に第２の状態４０２になるように、基材１０４のウェブにアブレーション４０４（図４）を形成することができる。一実施形態では、基材１０４のウェブはアノード材料５０２であり、アブレーション４０４はアノード活性材料層５０８を除去してアノード集電体層５０６（図５）を露出する。別の実施形態では、基材１０４のウェブはカソード材料５０４であり、アブレーション４０４はカソード活性材料層５１２を除去してカソード集電体層５１０を露出させる。一実施形態では、アブレーション４０４は、（カソード集電体層５１０およびアノード集電体層５０６を、それぞれ二次電池の正極および負極端子に電気的に接続するように適合されている）電極タブとして構成される。レーザシステム１２０ａを使用して基材１０４のウェブにアブレーション４０４を作るとき、レーザビーム３０２のパワーは、コーティング層を実質的に完全に、または完全に除去することができるが、電流コレクタ層を損傷したり切断したりしないレベルに設定される。使用中、レーザビーム３０２は、例えばユーザインターフェース１１６を介して制御され、基材１０４のウェブが動いていてダウンウェブの方向ＷＤに搬送されている間にアブレーション４０４を作成する。アブレーション４０４は、図５に最もよく示されるように、基材１０４のウェブの各側面に作成される。一実施形態では、アブレーション４０４を作った後、レーザシステム１２０ａは、本明細書でさらに説明するように、フィデューシャル特徴６０２を形成する。別の実施形態では、複数のレーザシステム１２０ａを使用して、基材１０４のウェブの一部をそれぞれアブレーションして、１つまたは複数のアブレーション４０４をそれぞれ作成し、生産システム１００のスループットを増加させることができる。
図２、図３及び図４を更に参照すると、生産システムの別の段階において、材料１０４のウェブは、レーザシステム１２０ａの切断領域４０８に向かってダウンウェブの方向ＷＤで搬送される。切断領域４０８は、チャック３０６の開口部４１０を含む。一実施形態では、開口部４１０は、真空３０８と流体連通しており、開口部４１０上を通過する基材１０４のウェブに真空圧を引き込むようになっている。好適な一実施形態では、開口部４１０は、基材１０４のウェブよりもクロスウェブの方向ＸＷＤに広く、クロスウェブの方向ＸＷＤにおける基材１０４のウェブの全幅が開口部４１０上に懸架されるようにする。一実施形態では、チャック３０６と反対側の基材１０４のウェブ上の圧力を等しくするように構成された、第２の真空が存在し得る。この実施形態では、圧力の均一化により、開口部４１０上を通過する際に、基材１０４のウェブを実質的に平坦／平面状態に維持し、一定の高さに保つことが容易になり、基材１０４のウェブ上のレーザビーム３０２の焦点を維持しやすくなる。一実施形態では、基材１０４のウェブを支持するために、キャリアウェブを使用することができる。いくつかの実施形態では、キャリアウェブは、低タック接着剤又は静電ピンニングを用いて基材１０４のウェブに取り外し可能に取り付けられる。そのような実施形態では、取り付け具は、処理中に基材１０４のウェブに取り付けられたままであるが、基材１０４のウェブに損傷を与えることなく取り外し可能な十分な粘着力を有する。一実施形態では、キャリアウェブは、基材１０４のウェブの処理中に使用されるレーザ波長を吸収しない材料であり、キャリアウェブが切り裂かれたり、気化したり、アブレーションしたりしないようにし、それに応じて基材１０４の他のウェブに再利用することができる。
レーザシステム１２０ａは、基材１０４のウェブが開口部４１０の上にある間に、基材１０４のウェブにおいて、電極構造の集団の各メンバを画定するための１つ以上のパターン（個々の電極パターン８００（図８）、これは電極裂傷パターンまたは弱化裂傷パターンとも呼ばれ得るなど）を切断するように構成される。一実施形態では、複数の開口部４１０が存在してもよく、そのために、基材１０４のウェブがそれぞれの１つの上にある間に、電極パターン８００の１つ以上が切断される。図６を参照すると、パターンは、クロスウェブの方向ＸＷＤにおける電極の長さ方向の縁を画定する１以上の長さ方向のエッジカット６００を含む場合がある。長さ方向のエッジカット６００は、基材１０４のウェブがダウンウェブの方向ＷＤに搬送される間に、クロスウェブの方向ＸＷＤに基材１０４のウェブを切断するレーザビーム３０２を使用して切断される。クロスウェブの方向ＸＷＤは、ダウンウェブの方向ＷＤと直交している。一実施形態では、ダウンウェブの方向ＷＤに実質的に直交する長さ方向のエッジカット６００を形成するために、ダウンウェブの方向ＷＤにおける基材１０４のウェブの移動を考慮して、レーザビーム３０２がダウンウェブの方向ＷＤに対して角度を持って進むように制御しなければならないことに留意されたい。例えば、基材１０４のウェブがダウンウェブの方向ＷＤに移動すると、レーザビーム３０２の経路は、初期のカット位置６０４で基材１０４のウェブに投影され、その後、基材１０４のウェブのウェブの方向の動きに同期して移動される。従って、レーザビーム３０２の経路は、エンドカット位置６０６に到達するまで、クロスウェブの方向ＸＷＤ及びダウンウェブの方向ＷＤの両方に移動して、長さ方向のエッジカット６００を作成するように制御される。この実施形態では、基材１０４のウェブがダウンウェブの方向ＷＤに連続的に移動している間にクロスウェブの方向ＸＷＤにカットを行うことができるように、レーザビーム３０２の経路に補正係数が適用される。レーザビーム３０２が移動する角度は、ダウンウェブの方向ＷＤにおける基材１０４のウェブの速度に基づいて変化することを理解されたい。別の実施形態では、基材１０４のウェブは、レーザ加工動作中に一時的に停止し、そのため、レーザビーム３０２の経路は、ダウンウェブの方向ＷＤにおける基材１０４のウェブの移動の動きを考慮する必要はない。このような実施形態は、ステッププロセス、またはステップアンドリピートプロセスと呼ばれることがある。レーザ加工中、レーザシステム１２０ａ～ｃの１つ以上は、フィデューシャル特徴６０２などの繰り返しアラインメント特徴を使用して、レーザ加工動作中にレーザビーム３０２を調整／整列し、例えば、基材１０４のウェブの位置の起こり得る変動を補償する。
長さ方向のエッジカット６００がクロスウェブの方向ＸＷＤに画定され、個々の電極パターン８００の反復パターンがクロスウェブの方向ＸＷＤに整列されるような本明細書に記載のレーザ加工操作が、他の実施形態では、長さ方向のエッジカット６００、およびすべての関連カット、穿孔およびアブレーション操作がそれぞれ垂直に方向付けられるように制御できることが理解されよう。例えば、長さ方向のエッジカット６００は、個々の電極パターン８００の集団がクロスウェブの方向ＸＷＤではなく、ダウンウェブの方向ＷＤに整列するように、ダウンウェブの方向ＷＤに整列することができる。
一実施形態では、レーザシステム１２０ａは、個々の電極パターン８００の１つまたは複数の間にタイバー６１４を切断する。タイバー６１４は、個々の電極パターン８００のグループ間を画定するために使用され得る。例えば、図６に示した実施形態では、５個の個々の電極パターン８００のグループの間にタイバー６１４が切断される。しかし、他の実施形態では、タイバー６１４は、任意の数の個々の電極パターン８００の後に含まれるか、または全く存在しないことができる。タイバー６１４は、上流および下流のタイバーエッジカット６１６、６１８によってそれぞれ定義される。いくつかの実施形態では、タイバー６１４は、処理中に基材１０４のウェブに追加の構造的剛性を提供するための大きさである。
さらに、好適な一実施形態では、レーザシステム１２０ａは、基材１０４のウェブにおいて、複数のフィデューシャル特徴６０２のような繰り返しアラインメント特徴の１つまたは複数を切断する。一実施形態では、フィデューシャル特徴６０２は、フィデューシャルスルーホールである。フィデューシャル特徴６０２は、基材１０４のウェブ上の既知の位置で切断される。フィデューシャル特徴６０２は、図６では円形として示されているが、図８に示すように矩形であってもよいし、生産システム１００が本明細書に記載のように機能することを可能にする任意のサイズ又は形状であってもよい。フィデューシャル特徴６０２は、フィデューシャル特徴６０２の位置および移動速度を測定する視覚検査装置３１０、３１２のうちの１つまたは複数によって追跡される。そして、フィデューシャル特徴６０２の測定は、ダウンウェブの方向ＷＤ及びクロスウェブの方向ＸＷＤの両方において、基材１０４のウェブ上のパターンの前後方向の位置合わせを正確に可能にするために使用される。レーザシステム１２０ａは、基材１０４のウェブの位置合わせのために使用されてもよい複数のトラクタホール６１２を切断してもよいし、基材１０４のウェブの位置合わせ及び張力制御のためのギアホイール１２１０（図１２）と係合する孔として使用されてもよい。トラクタホール６１２は、円形、正方形、または生産システム１００が本明細書で説明するように機能することを可能にする他の任意の形状であってよい。別の好適な実施形態では、基材１０４のウェブは、巻き戻されて生産システム１００を通って搬送される前に、複数のトラクタホール６１２および／またはフィデューシャル特徴６０２がそこに予めカットされている。一実施形態では、個々の電極パターン８００に対するフィデューシャル特徴６０２の比率は１対１である。他の実施形態では、個々の電極パターン８００ごとに２つ以上のフィデューシャル特徴６０２が存在する場合がある。
図２及び図６を参照すると、好適な一実施形態では、レーザシステム１２０ａは、個々の電極パターン８００の一部として、基材１０４のウェブに第１の穿孔６０８及び第２の穿孔６１０を切断する。第１の穿孔６０８は、クロスウェブの方向ＸＷＤにおいて個々の電極パターン８００の外側に位置するので、「外側穿孔」とも呼ばれることがあり、第２の穿孔６１０は、クロスウェブの方向ＸＷＤにおいて外側穿孔６０８のインボードに位置するので「内側穿孔」とも呼ばれることがある。穿孔６０８、６１０は、基材１０４のウェブの部分６１３（図５）の拡大図である図７に最もよく示されている。第１の穿孔６０８は、基材１０４のウェブがチャック３０６の開口部４１０上に配置されている間に、レーザビーム３０２を用いたレーザ切断によって形成される。第１の穿孔６０８は、ダウンウェブの方向ＷＤと整列した方向における線状のスリット（例えば、スルーカット）として形成される。重要なことは、第１の穿孔６０８は、電極Ｗｅの幅の全体にわたって延びることはないことである。代わりに、外側ティアーストリップ７００は、個々の電極パターン８００が基材１０４のウェブに接続されたままであることを保証するために、第１の穿孔６０８の上流および下流の両縁に残る。
同様に、図６及び図７を更に参照すると、第２の穿孔６１０は、第１の穿孔６０８からインボード（クロスウェブの方向ＸＷＤに）に形成されている。好適な一実施形態では、第２の穿孔６１０は、内側ティアーストリップ７０２によって分離されたダウンウェブの方向ＷＤのスリットのラインとして形成されている。図示の実施形態では、第２の穿孔６１０は、貫通ホール７０４と交差している。図示の実施形態では、内側ティアーストリップ７０２は、外側ティアーストリップ７００の長さの少なくとも２倍であり、外側ティアーストリップ７００を分離するのに必要な破断力が、内側ティアーストリップ７０２を基材１０４のウェブから分離するのに必要な破断力の約半分になるようにする。他の実施形態では、外側ティアーストリップ７００および内側ティアーストリップ７０２のそれぞれの破断強度の比は変化してもよいが、外側ティアーストリップ７００が内側ティアーストリップ７０２よりも低い破断強度を有することが好ましく、これは、基材１０４のウェブの縁部に引張力またはせん断力が加えられると、外側ティアーストリップ７００が内側ティアーストリップ７０２よりも前に破断するようにする。
図３、図４及び図６を参照すると、長さ方向のエッジカット６００、フィデューシャル特徴６０２、及び第１及び第２の穿孔６０８、６１０のレーザカットをチャック３０６の開口部４１０上で行うことによって、破片が開口部４１０を通って落ちることを可能にするとともに、真空３０８がレーザ切断プロセス中に形成される破片を収集することを可能にする。
好適な一実施形態では、レーザシステム１２０ａは、第１のアブレーションステーションとして構成される。この実施形態では、レーザシステム１２０ａは、基材１０４のウェブの第１の表面上に、上述したようなアブレーション４０４を形成する。レーザシステム１２０ａを出ると、基材１０４のウェブは、基材１０４のウェブの第２の表面（第１の表面と対向する）が、この実施形態では第２のアブレーションステーションとして構成されているレーザシステム１２０ｂによる処理のために位置付けられるように、基材１０４のウェブを反転させるアイドラ１０８ｄを通過する。本実施形態では、レーザシステム１２０ｂは、フィデューシャル特徴６０２を用いて、ダウンウェブの方向ＷＤ及びクロスウェブの方向ＸＷＤのアラインメントを確保するように構成される。したがって、レーザシステム１２０ｂは、基材１０４のウェブの各表面上のアブレーション４０４がダウンウェブの方向ＷＤ及びクロスウェブの方向ＸＷＤに整列するように、基材１０４のウェブの対向面上で第２のアブレーション工程を実施する。一実施形態では、アブレーション４０４は、電極の集電体タブとして構成される。
一実施形態では、図２に見られるレーザシステム１２０ｃは、レーザ切断ステーションとして構成される。この実施形態では、レーザシステム１２０ｃは、長さ方向のエッジカット６００、並びに第１及び第２の穿孔６０８、６１０などのレーザカットを実行する。
好適な一実施形態では、レーザシステム１２０ａ～ｃのレーザデバイス３００の１つ以上は、２０Ｗのファイバレーザである。実施形態において、レーザシステム１２０ａ～ｃの好適なレーザデバイス３００は、１０Ｗ～５０００Ｗの範囲内、例えば、１０Ｗ～１００Ｗ、１００Ｗ～２５０Ｗ、２５０Ｗ～１ｋＷ、１ｋＷ～２．５ｋＷ、２．５ｋＷ～５ｋＷまでのレーザパワーを有する。好適なレーザデバイス３００は、１５０ｎｍから１０．６μｍの波長、例えば、１５０ｎｍから３７５ｎｍ、３７５ｎｍから７５０ｎｍ、７５０ｎｍから１，５００ｎｍ、及び１，５００ｎｍから１０．６μｍのような波長を有するレーザビーム３０２を含むことになるだろう。実施形態において、レーザデバイス３００は、連続波（ｃｗ）、マイクロ秒（μｓ）、ナノ秒（ｎｓ）、ピコ秒（ｐｓ）及びフェムト秒（ｆｓ）パルスタイプのうちの１以上のレーザパルス幅タイプが可能であろう。これらのタイプのレーザのいずれかが、レーザシステム１２０ａ～ｃのレーザデバイス３００として単独又は組み合わせて使用され得る。他の好適な実施形態では、レーザデバイス３００は、レーザシステム１２０ａ～ｃが本明細書に記載されるように実行することを可能にすることができる任意の他のレーザである。
いくつかの実施形態では、基材１０４のウェブは、生産システム１００にロードされる前に、マシンパンチされた、またはレーザカットされたフィデューシャル特徴６０２を含み得る。別の好適な実施形態では、フィデューシャル特徴６０２は、基材１０４のウェブの第１の表面上にアブレーション４０４を形成するのに続いて、機械的にマシンパンチされることがある。他の好適な実施形態では、生産システム１００は、長さ方向のエッジカット６００、および／または第１および第２の穿孔６０８、６１０のうちの１つまたは複数を形成するために使用され得る１つまたは複数の追加の機械的パンチを含み得る。
一実施形態では、コンベヤシステムのローラの１つ以上は、ローラが偏心を有するように、完全な円形でない場合がある。このような場合、特に偏心ローラがニップローラ１１２、１２３、１３２である場合、偏心ローラのどの部分がウェブと接触しているかに応じて、基材１０４のウェブの位置が異なる方法で前進するように、基材１０４のウェブが搬送され得る。例えば、偏心ローラが、ローラの予想される半径を超える部分を有する場合、ローラのより大きな半径の部分がウェブを押し／引いているときに、ウェブが予想よりもダウンウェブの方向ＷＤにさらに前進することがある。同様に、偏心ローラが減少した半径部分を有する場合、ウェブは、予想よりもダウンウェブの方向ＷＤに減少した距離を前進する可能性がある。したがって、一実施形態では、偏心ローラ（複数可）は、半径対半径位置を決定するためにマッピングされ得る。次いで、レーザシステム１２０ａ－ｃは、ローラ（複数可）のマッピングに基づいて偏心を考慮するようにレーザビーム３０２の位置を調整するように制御されてもよい。一実施形態では、ローラのマッピングは、ユーザインターフェース１１６のメモリに格納されることがある。
レーザシステム１２０ａ～ｃの１つ以上を出た時点で、基材１０４のウェブは、ブラッシングステーション１２４及びエアナイフ１２６などの１つ以上のクリーニングステーションに搬送され得る。つの好適な実施形態では、ブラッシングステーション１２４は、クロスウェブの方向ＸＷＤに移動するブラシ１０００（図１０及び図１１）を含む。ブラシ１０００は、剛毛ホルダ１００４によって保持される一組の剛毛１００２を含む。ブラシ１０００は、剛毛１００２が基材１０４のウェブの表面に微妙に接触し、そこからあらゆるデブリを除去または外れるように構成されている。基材１０４のウェブの表面に対する剛毛１００２の接触圧力は、個々の電極パターン８００に破損、破裂、またはその他の欠陥を生じさせず、個々の電極パターン８００を基材１０４のウェブに取り付けられた状態に維持するのに十分低いものでなければならない。一実施形態では、剛毛１００２と基材１０４のウェブの表面との間の法線力は、０から２ポンド、例えば、０．１ポンド、０．２ポンド、０．３ポンド、０．４ポンド、０．５ポンド、０．６ポンド、０．７ポンド、０．８ポンド、０．９ポンド、１．０ポンド、１．１ポンド、１．２ポンド、１．３ポンド、１．４ポンド、１．５ポンド、１．６ポンド、１．７ポンド、１．８ポンド、１．９ポンド又は２．０ポンドである。他の実施形態では、法線力は、２．０ポンドより大きくてもよい。
一実施形態では、剛毛１００２の長さは、３／４インチ（１９．０５ｍｍ）である。一実施形態では、剛毛１００２は、約１／８インチだけ剛毛ホルダ１００４内に挿入又はクランプされる。剛毛１００２の直径は、．００３インチ（０．０７６ｍｍ）から．０１０インチ（０．２５４ｍｍ）、例えば、．００４インチ（０．１０１ｍｍ）、．００５インチ（０．１２７ｍｍ）、．００６インチ（０．１５２ｍｍ）、０．００７インチ（０．１７７ｍｍ）、０．００８インチ（０．２０３ｍｍ）、０．００９インチ（０．２２８ｍｍ）と０．０１０インチ（０．２５４ｍｍ）でも良い。好適な一実施形態では、剛毛１００２はナイロン剛毛である。しかしながら、他の実施形態では、剛毛１００２は、ブラシ１０００が本明細書に記載されるように機能することを可能にする任意の他の天然又は合成材料であってもよい。
図１０および図１１をさらに参照すると、好適な一実施形態では、クロスウェブの方向ＸＷＤにおけるブラシ１０００の移動をもたらすために、ブラシ１０００は、ベアリング、ブッシュなどの回転可能なカップリング１００８を介してクランクアーム１００６に連結されている。クランクアーム１００６は、第２の回転可能なカップリング１０１２を介して駆動ホイール１０１０に回転可能に結合される。第２の回転可能なカップリング１０１２は、クランクアーム１００６がブラシ１０００をクロスウェブの方向ＸＷＤに往復運動させるように、駆動ホイール１０１０の中心からずれた位置に結合される。駆動ホイール１０１０は、駆動ホイール１０１０の回転をもたらすためにモータ１０１４に結合される。位置センサ１０１６は、駆動ホイール１０１０に結合されているブラシ位置マーカ１０１８の位置を感知する。したがって、位置センサ１０１６は、駆動ホイール１０１０の位相（例えば、角度位置）および時間あたりの回転を測定することができる。一実施形態では、駆動ホイール１０１０は、０ｒｐｍ、２５ｒｐｍ、５０ｒｐｍ、７５ｒｐｍ、１００ｒｐｍ、１２５ｒｐｍ、１５０ｒｐｍ、１７５ｒｐｍ、２００ｒｐｍ、２２５ｒｐｍ、２５０ｒｐｍ、２７５ｒｐｍ、３００ｒｐｍなど、１分あたりの回転数（「ｒｐｍ」）０～３００の範囲内（例えば、ブラシ１０００の１分あたりのストローク数０～３００）となるように制御される。他の実施形態では、駆動ホイール１０１０のｒｐｍは、３００ｒｐｍより大きくてもよい。駆動ホイール１０１０の一定のｒｐｍは、駆動ホイール１０１０へのクランクアーム１００６の接続に起因して、ブラシ１０００の正弦波状の速度変動を引き起こすことに留意されたい。
好適な一実施形態では、第２のブラシ（図示せず）が、基材１０４のウェブの対向面に接触する位置に配置される。この実施形態では、第１のブラシ１０００と実質的に同じであってもよい第２のブラシは、第１のブラシと反対方向に、好適には第１のブラシと１８０度位相がずれた方向に移動するように構成される。第１のブラシと第２のブラシの位相は、位置センサ１０１６、および第２のブラシの同等の位置センサを介して決定されてもよい。この実施形態では、第１のブラシ１０００と第２のブラシの剛毛１００２の接触圧力は、一緒になって、個々の電極パターン８００に破損、破裂などの欠陥を生じさせず、個々の電極パターン８００を基材１０４のウェブに付着した状態に維持するのに十分低いものである必要がある。
一実施形態では、ブラシ１０００は、クロスウェブの方向ＸＷＤにおいて、基材１０４のウェブの幅よりも広いブラシ幅１０２２を有する。例えば、一実施形態では、ブラシ幅１０２２は、ブラシ１０００がクロスウェブの方向ＸＷＤに振動すると、剛毛１００２が、ブラシ１０００の運動範囲の全体にわたって基材１０４のウェブの表面の全幅に接触したままであるのに十分な幅である。ブラシ１０００の振動速度、および基材１０４のウェブの表面に対して剛毛１００２によって及ぼされる圧力は、ユーザインターフェース１１６を使用してユーザによって制御され得る。
ブラッシングステーション１２４は、ブラシステーションオリフィス１０２０を通して真空を作り、基材１０４のウェブの１つ以上の表面からブラッシングされたデブリを排出するように構成された真空システムを備えてもよい。この実施形態では、破片は、基材１０４のウェブからブラッシングされて落下するか、またはブラシステーションオリフィス１０２０を通して吸引されることがある。ブラシステーションオリフィス１０２０は、丸いものとして図示されているが、ブラッシングステーション１２４が本明細書に記載されるように機能することを可能にする任意の形状であってもよい。さらに、ブラシステーションオリフィス１０２０の上縁は、面取りされ、及び／又は位置をずらして、基材１０４のウェブの縁がそこに引っかかることなく、基材１０４のウェブがそれらの上をより容易に通過できるようにすることができる。一実施形態では、真空レベルは、０～１４０インチＨ２Ｏ、例えば、０インチＨ２０、１０インチＨ２０、２０インチＨ２０、３０インチＨ２０、４０インチＨ２０、５０インチＨ２０、６０インチＨ２０、７０インチＨ２０、８０インチＨ２０、９０インチＨ２０、１００インチＨ２０、１１０インチＨ２０、１２０インチＨ２０、１３０インチＨ２０、１４０インチＨ２０となるように制御されてよい。いくつかの実施形態では、真空の流量は、約０～４２５立方フィート／分（「ｃｆｍ」）、例えば、０ｃｆｍ、２５ｃｆｍ、５０ｃｆｍ、７５ｃｆｍ、１００ｃｆｍ、１２５ｃｆｍ、１５０ｃｆｍ、１７５ｃｆｍ、２００ｃｆｍ、２２５ｃｆｍ、２５０ｃｆｍ、２７５ｃｆｍ、３００ｃｆｍ、３２５ｃｆｍ、３５０ｃｆｍ、３７５ｃｆｍ、４００ｃｆｍ及び４２５ｃｆｍとなるように制御する。他の実施形態では、真空レベルおよび流量は、それぞれ１４０インチＨ２Ｏおよび４２５ｃｆｍより大きくてもよい。真空レベルおよび流量は、基材１０４のウェブと搬送システム構成要素との間に不要な摩擦を生じさせることなく、基材１０４のウェブからデブリが引き離されるような範囲内にあるように制御される。そのような真空レベルおよび流量は、いくつかの実施形態では、真空を使用するシステムの他のすべての構成要素に適用可能である。
別の好適な実施形態では、第１のブラシおよび第２のブラシのうちの１つ以上は、ブラシが電極材料８０２のウェブに及ぼす圧力を測定または監視する荷重センサを含むことができる。図８に示すように、電極材料８０２のウェブは、個々の電極パターン８００の集団がそこに形成されているように、本書に説明するように処理した後のウェブを指している。この実施形態では、第１のブラシおよび第２のブラシは、ユーザインターフェース１１６を介して、ブラシ毛の摩耗または電極の厚さもしくは表面粗さの変動に基づいて、電極材料８０２のウェブに対する均一なブラッシング圧力を維持するように制御され得る。
別の好適な実施形態では、第１のブラシおよび第２のブラシのうちの１つ以上は、電極材料８０２のウェブの速度に実質的に等しい速度でダウンウェブの方向ＷＤに少なくとも部分的に動くように構成され、したがって、ダウンウェブの方向ＷＤにおけるブラシ１０００と電極材料８０２のウェブとの間の速度差を実質的にゼロに維持する。
さらに別の好適な実施形態では、ブラッシングステーション１２４は、第１のブラシと第２のブラシの位相を決定するために位置センサ１０１６を備えてもよい。そのような一実施形態では、位置センサ１０１６は、第１のブラシ及び第２のブラシのブラシ位置マーカ１０１８の位置を測定することができる。この実施形態では、位置センサ１０１６は、第１ブラシおよび第２ブラシが、１８０度の位相差、９０度の位相差、またはゼロ度の位相差、または生産システム１００が本明細書に記載されるように機能することを可能にする任意の他の適切な位相差などの所定の位相差の範囲内にあるかどうかを決定する。本明細書で使用する場合、ブラシの「位相」は、２つの別々のブラシの毛が”同位相”のときに整列するような、ブラシの角度位置を指す。
さらに別の実施形態では、超音波トランスデューサ（図示せず）が、電極材料８０２のウェブからの破片の除去を容易にするために、第１および第２のブラシの１つまたは複数に超音波振動を付与するように構成され得る。
図２をさらに参照すると、好適な一実施形態では、基材１０４のウェブは、エアナイフ１２６を通して搬送される。本明細書で使用する場合、エアナイフという用語は、基材１０４のウェブに吹き付けられる高圧の空気を使用する装置を指す。高圧空気は、基材１０４のウェブの表面に接触し、そこからデブリを除去する。エアナイフ１２６は、個々の電極パターン８００に破損、破裂、またはその他の欠陥を生じさせないような圧力／速度で空気を供給するように制御され、個々の電極パターン８００を基材１０４のウェブに取り付けられた状態に維持する。別の実施形態では、エアナイフ１２６と同様の第２のエアナイフ（図示せず）が、基材１０４のウェブの対向面に空気を吹き付け、そこから破片を除去するように構成される。この実施形態では、第２のエアナイフは、第１のエアナイフ１２６と同じ方向に、または第１のエアナイフ１２６と反対方向に、またはエアナイフ１２６が本明細書に記載されるように機能することを可能にする他の任意の方向に空気を吹き付けることができる。一実施形態では、エアナイフ１２６ステーションは、エアナイフ１２６によって除去されたデブリの除去を容易にする真空を備えている。
図８を参照すると、レーザシステム１２０ａ～ｃによって加工され、ブラッシングステーション１２４およびエアナイフ１２６によって洗浄された後、基材１０４のウェブは、基材１０４のウェブ内に複数の個々の電極パターン８００を含むウェブ、集合的に電極材料８０２のウェブとして洗浄ステーションを出る。
図２、図８および図１２をさらに参照すると、一実施形態では、電極材料８０２のウェブは、検査ステーション１２８を通過する。検査ステーション１２８は、電極材料８０２のウェブを分析し、その上の欠陥を特定するように構成された装置である。例えば、一実施形態では、検査ステーション１２８は、電極材料８０２のウェブ上の個々の電極パターン８００を分析するように構成されたデジタル３Ｄカメラなどのデジタルカメラであってもよいカメラ１２００を含む視覚検査装置である。一実施形態では、カメラ１２００は、４８メガピクセル感度を有するＣＭＯＳを含むデジタルライトカメラである。カメラ１２００は、広視野レンズであってよいレンズ１２０２に光学的に結合されている。一実施形態では、レンズ１２０２は、テレセントリックレンズである。レンズ１２０２は、レンズマウント１２０４によって所定の位置に保持され、一実施形態では、レンズ１２０２の焦点を制御するために鉛直方向Ｖに調整可能であってもよい。レンズ１２０２は、電極材料８０２のウェブが検査プレート１２０６を通過する際に焦点を合わせるように向けられる。一実施形態では、検査プレート１２０６は、検査プレート１２０６内に収容された光源（図示せず）からの光がそこを照らしてバックライトを生成することを可能にする透明または半透明の上部１２０８を含む。好適な一実施形態では、光の強度および／または色は、ユーザインターフェース１１６を介して制御され得る。一実施形態では、上流ライトおよび下流ライトなどの１つまたは複数の追加の照明源が、検査ステーション１２８内にある間、電極材料８０２のウェブを照らす。いくつかの実施形態では、照明源の各々は、強度及び色について独立して制御可能である。一実施形態では、バックライトは、拡散型低角度リングライトを含む。電極材料８０２のウェブは、電極材料８０２のウェブのトラクタホール６１２に係合するように構成されたギアホイール１２１０によって検査プレート１２０６上に固定され、搬送されてもよい。その際、電極材料８０２のウェブは検査プレート１２０６に対して教示されて、電極材料８０２のウェブのカールを大幅に排除する。検査プレート前縁１２１４および検査プレート後縁１２１６のそれぞれは面取り（例えば、電極材料８０２のウェブが引っ掛かることなくその上をスムーズに通過できるように、角度αに類似した角度で）面取りすることができる。
図１２を引き続き参照すると、一実施形態では、検査ステーション１２８は、フィデューシャル特徴６０２、長さ方向のエッジカット６００、またはここに記載されているように検査ステーション１２８が機能することを可能にするその他のフィーチャーなど、電極材料８０２のウェブの所定のフィーチャーを検出するトリガセンサ１２１２を含む。所定の特徴を検出すると、トリガセンサ１２１２は、電極材料８０２のウェブの電極を画像化するためにカメラ１２００をトリガするために、カメラ１２００に直接またはユーザインターフェース１１６を介して間接的に信号を送信する。電極を撮像する際に、カメラ１２００は、電極の高さ、レーザシステム１２０ａ－１２０ｃのいずれかによって切断された特徴のサイズまたは形状（図２）、電極間のピッチ（距離）、またはここに記載されているように検査ステーション１２８が機能することを可能にするその他の特徴などの１つ以上の指標を検出するように構成されてもよい。例えば、ある適切な実施形態では、検査ステーション１２８は、アブレーション４０４（図４）、長さ方向のエッジカット６００、フィデューシャル特徴６０２、トラクタホール６１２、個々の電極パターン８００間のピッチ、トラクタホール６１２のクロスウェブおよびウェブの方向のオフセット、および第１および第２の穿孔６０８、６１０（図６）が、サイズ、形状、配置および向きの事前に定義された許容範囲内にあるかどうかを検出する。ある適切な実施例では、ユーザはユーザインターフェース１１６を使用して検査する機能を制御することができる。
一実施形態では、電極材料８０２のウェブの反対側にバランスのとれた真空または流体（例えば空気）の流れを適用するなどして、検査ステーション１２８による分析の間、電極材料８０２のウェブは実質的に平らに保持される。本実施例では、検査時に電極材料８０２のウェブを平坦にすることで、電極材料８０２のウェブ上でより正確な画像化と解析を行うことができ、より高品質なエラー・欠陥検出が可能となる。
一実施形態では、検査ステーション１２８は、基材１０４のウェブおよび／または電極材料８０２のウェブのインライン計測を提供するように構成されてもよい。例えば、検査ステーション１２８は、ウェブがダウンウェブの方向ＷＤに伝達されている間に、ウェブの厚さ、個々の電極パターン８００のサイズと形状などのメトリックを測定するように構成されている。これらのメトリックは、表示またはメモリストレージのためにユーザインターフェース１１６に送信されるか、または生産システム１００の生産パラメータを調整するために使用される場合がある。
一実施形態では、検査ステーション１２８が電極材料８０２のウェブ上に欠陥が存在すると判断した場合（図８）、欠陥マーキングシステム１３０（図２）は、そのような欠陥を識別するために電極材料８０２のウェブをマークする。欠陥マーキングシステム１３０は、電極材料８０２のウェブ上に欠陥が存在することを示すマークを配置することができるレーザエッチング装置、プリンタ、スタンパ、またはその他のマーキング装置であってもよい。別の適切な実施形態では、欠陥マーキングシステム１３０は、識別番号（ＩＤ）および既知の良好な電極（ＫＧＥ）の一つ以上で電極材料８０２のウェブをマークするように制御可能であり、電極材料８０２のウェブ内の特定の電極の品質測定（欠陥の数またはタイプなど）を示すグレードＡ、グレードＢ、グレードＣなどのグレードで電極材料８０２のウェブをさらにマークする可能性を可能にする。
基材１０４のウェブを電極材料８０２のウェブに加工（機械加工ともいう）すると、電極材料８０２のウェブは、基材１０４の未加工（機械加工ともいう）のウェブと比較して、ダウンウェブの方向ＷＤで２５％から９０％のウェブ強度低下がある。図８Ａを参照すると、電極材料８０２のウェブの一部が示されている。この実施形態では、電極材料８０２のウェブは、タイバー６１４によって分離された五つの個々の電極パターン８００からなる電極クラスタＥＣを含む。しかしながら、他の実施形態では、電極クラスタＥＣは、例えば、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、１９、２０またはタイバー６１４の間の任意の数の個々の電極パターン８００のように、１つ以上を含む任意の数の個別電極パターン１９を含むことができることを理解すべきである。電極クラスタ幅ＷＥＣの距離は、電極クラスタＥＣの第１の個々の電極パターン８００の中心点から第２の電極クラスタＥＣの第１の個々の電極パターン８００の中心点までのダウンウェブの方向ＷＤにおける距離として定義される。
例示的な実施形態では、ウェブＳＷのクロスウェブのスパンはクロスウェブの方向に３Ｘｍｍであり、各個々の電極パターン８００のダウンウェブの方向の幅ＷＥＰはＸｍｍである。この実施例では、電極材料８０２のウェブのダウンウェブの方向ＷＤにおけるウェブ強度の低下は、未処理の基材１０４のウェブと比較して３３％である。ウェブ強度の低下は、幅ＷＥＰをクロスウェブスパンＳＷで割って計算される（つまり、Ｘｍｍ／３Ｘｍｍ＝０．３３）。
別の例示的な実施形態では、ウェブＳＷのクロスウェブのスパンはクロスウェブの方向で１．５Ｘｍｍであり、各個々の電極パターン８００のダウンウェブの方向の幅ＷＥＰは１．３Ｘｍｍである。この実施例では、電極材料８０２のウェブのダウンウェブの方向ＷＤにおけるウェブ強度の低下は、未処理の基材１０４のウェブと比較して８７％である。ウェブ強度の低下はＷＥＰ／ＳＷとして計算される（すなわち、１．３Ｘ／１．５Ｘ＝０．８７）。ダウンウェブの方向ＷＤにおける電極材料８０２のウェブのウェブ強度は、少なくとも力のフィードバックがある電気機械または油圧材料テスターを使用して、電極材料８０２のウェブの破壊強度として検証および測定され、インストロンブランドの試験機のような変位のフィードバックを含む場合がある。
別の例示的な実施形態では、基材１０４のウェブと比較して、電極材料８０２のウェブのクロスウェブの方向ＸＷＤの強度低下がある。第一の実施例では、電極クラスタ幅ＷＥＣはダウンウェブの方向ＷＤで６Ｘｍｍ、タイバー６１４の幅ＷＴＢはダウンウェブの方向ＷＤでＸｍｍ、個々の電極パターン８００の幅ＷＥＰはダウンウェブの方向ＷＤでＸｍｍ、個々の電極パターン８００の長さＬＥはクロスウェブの方向ＸＷＤで１．７Ｘｍｍである。この実施例では、クロスウェブの方向ＸＷＤにおける電極材料８０２のウェブの強度の低下は、基材１０４の未処理ウェブと比較して約７７％である。別の例示的な実施形態では、電極クラスタ幅ＷＥＣは１０Ｘｍｍ、タイバー６１４の幅ＷＴＢは０Ｘｍｍ（すなわち、タイバー６１４なし）、個々の電極パターン８００の幅ＷＥＰは２Ｘｍｍ、個々の電極パターン８００の長さＬＥは１．７Ｘｍｍである。この実施例では、クロスウェブの方向ＸＷＤにおける電極材料８０２のウェブの強度低下は、基材１０４の未処理ウェブと比較して約９２％である。クロスウェブの方向ＸＷＤのウェブ強度は、少なくとも力のフィードバックがある電気機械または油圧材料テスターを使用して、電極材料８０２のウェブの破壊強度として検証および測定され、インストロンブランドの試験機のような変位フィードバックを含む場合がある。
さらに図９を参照すると、電極材料８０２のウェブは巻き戻しローラ１３４に運ばれ、そこでインターリーフ材料１３８のウェブと共に巻き取られ、電極材料８０２のウェブとインターリーフ材料１３８のウェブの交互の層を持つスプール９００が作成される。
一つの適切な実施例では、ユーザインターフェース１１６は、命令を格納して実行するように構成されたプロセッサとメモリを含み、ここで説明するように生産システム１００を機能させることができる。ユーザインターフェース１１６はさらに、ＬＣＤまたはＬＥＤディスプレイや一連のコントロール、または仮想コントロールなどのディスプレイデバイスを含むことができ、これにより、ユーザは生産システム１００のパラメータを制御および調整したり、ウェブの伝達速度、張力、欠陥の数、および生産システム１００がここに記載されているように機能することを可能にするその他のパラメータなどのメトリックを表示したりすることができる。
使用中、図２を参照すると、生産システム１００のベース巻き戻しローラ１０２には、基材１０４のウェブが搭載されている。基材１０４のウェブは、エッジガイド１０６を通過し、基材１０４のウェブの巻き戻しを容易にする。この実施例では、基材１０４のウェブは次にアイドラ１０８ａの周りを通過し、接続ステーション１１０に入る。アイドラ１０８ａは、基材１０４のウェブの適切な位置と張力の維持、および基材１０４のウェブの方向の変更を容易にするために使用される。アイドラ１０８ａは、基材１０４のウェブを鉛直方向に受け、基材１０４のウェブがアイドラ１０８ａに部分的に巻き付けられ、基材１０４のウェブが入力方向から実質的に９０度の出力方向にアイドラ１０８ａを離れるようになっている。ただし、入力方向と出力方向は、本開示の範囲を逸脱せずに異なる場合があることを認識すべきである。いくつかの実施例では、生産システム１００は、複数のアイドラ１０８ａ－１０８ｘを使用して、生産システム１００を介して伝達されるときに、基材１０４のウェブの方向を一回以上変更することができる。この実施例では、例えば図２に示すように、ユーザはアイドラ１０８ａ－１０８ｘを通して基材１０４のウェブを巻き戻す。
一実施形態では、接続ステーション１１０は、二つの別々のウェブを互いに接続するために使用される。この実施例では、基材１０４の第１のウェブを巻き戻して、基材１０４の第１のウェブの後縁（非表示）を接続ステーション１１０内で停止させ、基材１０４の第２のウェブの前縁（非表示）を、第１のウェブの後縁と第２のウェブの前縁が隣接するように接続ステーション１１０内で巻き戻す。次に、ユーザは、粘着テープ、接着剤、またはその他の適切な接着剤などの接着剤を使用して、第２のウェブの前縁を第１のウェブの後縁に結合し、二つのウェブ間に継ぎ目を形成して、基材１０４の連続したウェブを作成する。このようなプロセスは、ユーザが指示するように、基材１０４の多数のウェブに対して繰り返すことができる。
一つの適切な実施形態では、接続ステーション１１０を出ると、基材１０４のウェブは、ダウンウェブの方向ＷＤでニップローラ１１２に伝達される。ニップローラ１１２は、ユーザインターフェース１１６を介して制御され、基材１０４のウェブが生産システム１００を介して伝達される速度を調整／維持する。基材１０４のウェブは、ニップローラ１１２の隣接する二つのローラ１１４のそれぞれに押し付けられており、ローラの摩擦によって基材１０４のウェブが移動するのに十分な圧力であるが、基材１０４のウェブの著しい変形や損傷を避けるのに十分な低い圧力である。
一実施形態では、使用中、基材１０４のウェブの速度は、ユーザインターフェース１１６を介してニップローラ１１２の高摩擦ローラの回転速度を制御することによって制御される。他の実施形態では、生産システム１００は、基材１０４のウェブの速度の制御を容易にするために、一つ以上の追加のニップローラ１２２，１３２を含むことができ、基材１０４のウェブはそこを通って伝えられる。この実施形態では、追加のニップローラ１２２，１３２の速度は、ユーザインターフェース１１６を介して制御することができる。使用時、複数のニップローラ１１２，１２２，１３２を使用する場合、各ニップローラ１１２，１２２，１３２の速度は、ユーザインターフェース１１６を介して、必要に応じて同じ速度、または異なる速度に設定することができ、その結果、基材１０４のウェブが生産システム１００を介してスムーズに伝達される。
使用において、一実施形態では、基材１０４のウェブは、ダンサ１１８を介して巻き取られる。この実施例では、ダンサ１１８の一対のローラがその中心軸を中心として回転し、基材１０４のウェブ上の張力を受動的に調整する。
さらに図２を参照すると、使用時には、基材１０４のウェブは、１つ以上のレーザシステム１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃを介して伝達される。図２に示す実施例は３つのレーザシステム１２０ａ～ｃを含むが、ここに記載されているように生産システム１００を機能させるために、任意の数のレーザシステム１２０を使用してもよいことを理解すべきである。
１００の使用については、さらに図２－６を参照して説明する。基材１０４のウェブは、レーザシステム１２０ａ－ｃを介してダウンウェブの方向ＷＤに伝達される。一実施例では、基材１０４のウェブは、まだ剥離または切断されていない状態で、第１の条件４００でレーザシステム１２０ａに伝達される。基材１０４のウェブは、チャック３０６を介して、したがって複数の真空孔４０６を介して搬送される。真空孔４０６は真空３０８と流体接続されており、真空３０８はユーザインターフェース１１６を介して制御され、真空孔４０６を通過する基材１０４のウェブに真空圧力を引き込む。真空圧は、基材１０４のウェブがチャック３０６を越えて搬送される際に、実質的に平坦／平面状態に維持されるように制御される。使用の一実施形態では、基材１０４のウェブがチャック３０６全体で実質的に平坦なままであり、処理中に持ち上げたり座屈したりしないことを確実にするために、真空孔４０６を通る真空圧力が、ユーザインターフェース１１６を介してリアルタイムで監視および調整される。
図４を参照すると、基材１０４のウェブは、チャック３０６の開口部４１０上、さらに下流エッジ４１４の面取り４１６上に伝達される。この実施形態では、面取り４１６は、基材１０４のウェブが下流エッジ４１４に引っかかったり引っかかったりすることなく、基材１０４のウェブが下流エッジ４１４を通過するのを容易にする。
さらに図３－図５を参照すると、使用の一実施形態では、基材１０４のウェブがレーザビーム３０２（図３）によってアブレーションされ、基材１０４のウェブにアブレーション４０４（図４）が作成される。一実施例では、基材１０４のウェブはアノード材料５０２であり、アブレーション４０４はアノード活性材料層５０８を除去してアノード集電体層５０６を露出させる（図５）。別の実施形態では、基材１０４のウェブはカソード材料５０４であり、アブレーション４０４はカソード活性材料層５１２を除去してカソード集電体層５１０を露出させる。
使用中に、レーザシステム１２０ａを使用して基材１０４のウェブにアブレーション４０４を作成するとき、レーザビーム３０２の出力は、ユーザインターフェース１１６を介して、コーティング層を実質的に完全に、または完全に除去することができるレベルに制御されるが、電流コレクタ層を損傷または切断することはない。使用時には、例えばユーザインターフェース１１６を介してレーザビーム３０２を制御し、基材１０４のウェブが動き、ダウンウェブの方向ＷＤに伝達されている間に、アブレーション４０４を生成する。レーザビーム３０２は、図５に最もよく示されているように、基材１０４のウェブの各側面にアブレーション４０４が作成されるように制御される。使用の一実施形態では、アブレーションを４０４にした後、レーザシステム１２０ａを制御して、ここでさらに説明するように、基材１０４のウェブ中のフィデューシャル特徴６０２を切断する。いくつかの実施形態では、複数のレーザを使用して基材１０４のウェブの一部をそれぞれ除去し、それぞれが一つ以上のアブレーション４０４を作成して生産システム１００のスループットを向上させる。
さらに図２、３、４を参照すると、生産システム１００の別の使用段階では、基材１０４のウェブは、レーザシステム１２０ａの切断領域４０８に向かってダウンウェブの方向ＷＤに伝達される。この実施形態では、開口部４１０は真空３０８と流体連通しており、真空３０８は、開口部４１０の上を通過する際に基材１０４のウェブに真空圧力を引き込むように制御される。別の実施形態では、第２の真空を制御して、チャック３０６の反対側にある基材１０４のウェブ上の圧力を均等にする。この実施形態では、圧力の均等化を監視および制御して、基材１０４のウェブを実質的に平坦／平面状態に維持し、開口部４１０の上を通過するときに一定の高さに維持し、基材１０４のウェブ上でのレーザビーム３０２の焦点合わせを容易にする。
使用の一実施形態では、レーザシステム１２０ａは、基材１０４のウェブが開口部４１０の上にある間に、基材１０４のウェブで一つ以上のパターンを切断するように制御される。図６を参照すると、レーザシステム１２０は、クロスウェブの方向ＸＷＤの電極の縦方向エッジを定義するために、１つ以上の長さ方向のエッジカット６００を切断するように制御される。長さ方向のエッジカット６００は、基材１０４のウェブをクロスウェブの方向ＸＷＤに切断しながら、基材１０４のウェブをダウンウェブの方向ＷＤに搬送することで、レーザビーム３０２を用いて切断する。例えば、一実施形態では、レーザビーム３０２の経路運動は、ダウンウェブの方向ＷＤにおける基材１０４のウェブの運動と制御および／または同期される。したがって、レーザビーム３０２の経路は、ダウンウェブの方向ＷＤに対して角度を持って進み、ダウンウェブの方向ＷＤにおける基材１０４のウェブの移動を考慮する。この実施例では、レーザビーム３０２の経路に補正係数を適用して、基材１０４のウェブが連続的にダウンウェブの方向ＷＤに移動している間に、クロスウェブの方向ＸＷＤにカットを行うことができるようにしている。この実施例では、基材１０４のウェブがダウンウェブの方向ＷＤに移動すると、初期のカット位置６０４で基材１０４のウェブにレーザビーム３０２が投影され、次にエンドカット位置６０６に到達するまでクロスウェブの方向ＸＷＤとダウンウェブの方向ＷＤの両方に移動するように制御され、長さ方向のエッジカット６００が作成される。レーザビーム３０２の進行を制御する角度は、ダウンウェブの方向ＷＤにおける基材１０４のウェブの速度に基づいて変化することを認識すべきである。別の実施形態では、レーザ加工動作中に基材１０４のウェブが一時的に停止するため、レーザビーム３０２の経路は基材１０４のウェブの移動運動を考慮する必要がない。このような実施形態は、ステッププロセス、またはステップアンドリピートプロセスと呼ばれることがある。レーザ処理中に、一つ以上のレーザシステム１２０ａ～ｃは、例えば、基材１０４のウェブの位置の可能な変動を補正するために、レーザ処理操作中にレーザビーム３０２を調整および／または整列させるために、フィデューシャル特徴６０２などの繰り返しアラインメント特徴を使用する。
さらに図６を参照すると、使用の一実施形態において、レーザシステム１２０ａは、基材１０４のウェブにおける複数のフィデューシャル特徴６０２のような繰り返しアラインメント特徴の一つ以上を切断するように制御される。フィデューシャル特徴６０２は、基材１０４のウェブ上の所定の／既知の位置で切断される。使用の一実施形態では、フィデューシャル特徴６０２は、基材１０４のウェブの位置と移動速度を測定するために、一つ以上の視覚検査装置３１０，３１２によって追跡される。その後、フィデューシャル特徴６０２の測定は、ダウンウェブの方向ＷＤとクロスウェブの方向ＸＷＤの両方で、基材１０４のウェブ上のパターンの前後のアラインメントを正確に維持するために使用される。使用のいくつかの実施形態では、レーザシステム１２０ａは、複数のトラクタホール６１２および／またはフィデューシャル特徴６０２を切断する。他の実施形態では、フィデューシャル特徴６０２は、上記のように、一つ以上のレーザシステム１２０ａ－ｃがそれらを位置決め／アラインメントに使用するように、基材１０４のウェブに予め形成されている。
図２および図６を参照すると、使用の適切な一実施例では、基材１０４のウェブがダウンウェブの方向ＷＤで運動しているときに、個々の電極パターン８００の一部として、基材１０４のウェブの第１の穿孔６０８及び第２の穿孔６１０を切断するようにレーザシステム１２０ａを制御する。第１の穿孔６０８は、レーザビーム３０２を使用したレーザ切断によって形成され、基材１０４のウェブはチャック３０６の開口部４１０の上に配置される。第１の穿孔６０８は、ダウンウェブの方向ＷＤに合わせた方向に直線状のスリット（例えばスルーカット）として形成されている。重要なのは、第１の穿孔６０８が電極ＷＥの幅全体に及ばないようにカットされていることである。代わりに、レーザシステム１２０ａは、個々の電極パターン８００が基材１０４のウェブに接続されたままになるように、外側ティアーストリップ７００が第１の穿孔６０８の上流および下流の端の両方に残るようにパターンを切断するように制御される。
さらに図６と図７を参照すると、使用時には、第２の穿孔６１０は、第１の穿孔６０８から内側（クロスウェブの方向ＸＷＤ）に切断される。この使用例では、内側ティアーストリップ７０２で区切られたダウンウェブの方向のＷＤのスリット線として第２の穿孔６１０がカットされる。図の例では、第２の穿孔６１０は、貫通ホール７０４と交差するように切断されている。図示された実施例では、内側ティアーストリップ７０２は、外側ティアーストリップ７００の長さの少なくとも二倍の長さに切断されているが、ここに記載されているように生産システム１００が機能できるように異なる長さに切断してもよい。
使用において、図３、図４及び図６を参照すると、長さ方向のエッジカット６００、フィデューシャル特徴６０２、及びチャック３０６の開口部４１０上の第１及び第２の穿孔６０８、６１０に対するレーザカットからのデブリは、開口部４１０を通して落下させ、真空３０８を制御してレーザカット工程中に形成されるデブリを収集する。
使用の好適な一実施形態では、レーザシステム１２０ａは、第１のアブレーションステーションとして構成される。この実施形態では、レーザシステム１２０ａは、基材１０４のウェブの第１の表面上に、上述のようなアブレーション４０４を形成するように制御される。レーザシステム１２０ａを出ると、基材１０４のウェブは、基材１０４のウェブの第２の表面（第１の表面と対向する）がレーザシステム１２０ｂによる処理のために位置付けられるような方法で基材１０４のウェブを反転させるためにアイドラ１０８ｄ上に搬送される。本実施形態では、レーザシステム１２０ｂは、第２のアブレーションステーションとして構成され、フィデューシャル特徴６０２を使用して、ダウンウェブの方向ＷＤ及びクロスウェブの方向ＸＷＤにおけるアブレーション４０４の整列を確実にする。したがって、レーザシステム１２０ｂは、基材１０４のウェブの各表面上のアブレーション４０４がダウンウェブの方向ＷＤ及びクロスウェブの方向ＸＷＤに整列するように、基材１０４のウェブの対向表面上で第２のアブレーション工程を行うように制御される。
使用の一実施形態では、図２に示すレーザシステム１２０ｃは、レーザ切断ステーションとして構成される。この実施形態では、レーザシステム１２０ｃは、長さ方向のエッジカット６００、並びに第１及び第２の穿孔６０８、６１０のためのレーザカットを実行するように制御される。
図２、１０及び１１を更に参照すると、使用の一実施形態では、基材１０４のウェブは、その後、レーザシステム１２０ａ～ｃの１つ以上を出た時点で、ブラッシングステーション１２４及びエアナイフ１２６などの１つ以上のクリーニングステーションを通って搬送される。使用の好適な一実施形態では、基材１０４のウェブは、ブラッシングステーション１２４を通って搬送され、剛毛１００２は、基材１０４のウェブの表面に微妙に接触し、そこから任意の破片を除去又は除去するように制御される。基材１０４のウェブの表面に対する剛毛１００２の接触圧力は、個々の電極パターン８００に破損、破裂またはその他の欠陥を引き起こさないように十分に低く制御され、個々の電極パターン８００を基材１０４のウェブに取り付けられた状態に維持する。
図１０および図１１をさらに参照すると、使用の好適な一実施形態では、ブラシ１０００は、モータ１０１４を制御して駆動ホイール１０１０の回転をもたらすことによってクロスウェブの方向ＸＷＤに動くように制御される。位置センサ１０１６は、駆動ホイール１０１０の位相（例えば、角度位置）および時間あたりの回転を測定するために、ブラシ位置マーカ１０１８の位置を感知するように制御される。
使用の好適な一実施形態では、第２のブラシ（図示せず）が、基材１０４のウェブの対向する表面に接触するように制御される。この実施形態では、第１のブラシ１０００と実質的に同じであってもよい第２のブラシは、第１のブラシ１０００と反対方向に、好適には第１のブラシ１０００と１８０度位相のずれた方向に移動するように制御される。第１のブラシ１０００と第２のブラシの位相は、位置センサ１０１６、および第２のブラシの同等の位置センサを介して監視され得る。この実施形態では、第１のブラシ１０００と第２のブラシの剛毛１００２の接触圧力は、一緒になって、個々の電極パターン８００の破損、破裂またはその他の欠陥を引き起こさないように十分に低く制御され、個々の電極パターン８００を基材１０４のウェブに取り付けられた状態に維持する。
使用中、ブラシ１０００の振動速度、および基材１０４のウェブの表面に対して剛毛１００２によって及ぼされる圧力は、ユーザインターフェース１１６を使用してユーザによって制御され得る。
使用の一実施形態では、ブラッシングステーション１２４は、真空システムを備え、ブラシステーションオリフィス１０２０を通して真空を作り、基材１０４のウェブの１つまたは複数の表面からブラッシングされたデブリを退避させるように制御される。この実施形態では、破片は、基材１０４のウェブからブラッシングされて落下するか、またはブラシステーションオリフィス１０２０を通して吸引される。
使用の別の好適な実施形態では、第１のブラシ１０００および第２のブラシの１つ以上は、ブラシ１０００が電極材料８０２のウェブに及ぼす圧力を決定するために測定または監視される荷重センサを含む。この実施形態では、第１のブラシ１０００および第２のブラシは、ユーザインターフェース１１６を介して、ブラシ毛摩耗または電極厚または表面粗さの変動に基づいて電極材料８０２のウェブに実質的に均一なブラシ圧力を保つように制御される。
使用の別の好適な実施形態では、第１のブラシ１０００および第２のブラシの１つ以上が、電極材料８０２のウェブの速度に実質的に等しい速度でダウンウェブの方向ＷＤに少なくとも部分的に移動し、ダウンウェブの方向ＷＤにおけるブラシ１０００と電極材料８０２のウェブとの間の速度差が実質的にゼロに維持されるように制御される。
使用のさらに別の好適な実施形態では、ブラッシングステーション１２４は、第１のブラシ１０００と第２のブラシの位相を決定する位置センサ１０１６を備えている。この実施形態では、位置センサ１０１６は、第１のブラシ１０００と第２のブラシのブラシ位置マーカ１０１８の位置を測定する。この実施形態では、位置センサ１０１６は、第１および第２のブラシが、１８０度の位相ずれ、９０度の位相ずれ、またはゼロ度の位相ずれなどの所定の位相差の範囲内にあるか、または生産システム１００が本明細書で説明するように機能することを可能にする他の任意の適切な位相差にあるかどうかを決定し、それを修正できるようにするか、ブラシが適切に位相合わせされていないというユーザインターフェース１１６または他の警告デバイスを介してユーザに警告を提供する。
使用のさらに別の実施形態では、超音波トランスデューサ（図示せず）を作動させて、第１および第２のブラシの１つまたは複数に超音波振動を与え、電極材料８０２のウェブからのデブリの除去を促進する。
図２をさらに参照すると、使用の好適な一実施形態では、基材１０４のウェブは、エアナイフ１２６を通して搬送される。この実施形態では、高圧空気が制御されて、基材１０４のウェブの表面に接触し、そこからデブリを除去する。エアナイフ１２６は、例えばユーザインターフェース１１６を介して、個々の電極パターン８００に破損、破裂またはその他の欠陥を生じさせないような圧力／速度で空気を供給し、個々の電極パターン８００を基材１０４のウェブに取り付けられた状態に維持するように制御される。別の実施形態では、第２のエアナイフを制御して、基材１０４のウェブの対向する表面に空気を吹き付け、そこから破片を除去する。この実施形態では、第２のエアナイフは、第１のエアナイフ１２６と同じ方向、または第１のエアナイフと反対側の方向、またはエアナイフ１２６が本明細書に記載されるように機能することを可能にする任意の他の方向に空気を吹き付けるように制御される。別の実施形態では、エアナイフ１２６は、エアナイフ１２６によって除去されたデブリの除去を容易にするように制御される真空を備える。
図８を参照すると、レーザシステム１２０ａ～ｃによって加工され、ブラッシングステーション１２４およびエアナイフ１２６によって洗浄された後、基材１０４のウェブは、基材１０４のウェブ内に複数の個々の電極パターン８００を含むウェブ、集合的に電極材料８０２のウェブとして洗浄ステーションを出る。
図２、図８および図１２をさらに参照すると、使用の一実施形態では、電極材料８０２のウェブは、検査ステーション１２８を通って搬送される。検査ステーション１２８は、電極材料８０２のウェブを分析し、その上の欠陥を特定するように制御される。例えば、一実施形態では、検査ステーション１２８は、カメラ１２００を含む視覚検査装置である。レンズ１２０２は、電極材料８０２のウェブが検査プレート１２０６の上を通過する際に焦点を合わせるように向けられる。使用の一実施形態では、検査プレート１２０６は、検査プレート１２０６内に収容された光源（図示せず）からの光がそこを通るように照らす透明または半透明の上部１２０８を含む。好適な一実施形態では、光の強度および／または色は、ユーザインターフェース１１６を介して制御される。使用の一実施形態では、電極材料８０２のウェブは、電極材料８０２のウェブのトラクタホール６１２に係合するギアホイール１２１０によって検査プレート１２０６上を搬送される。そうすることによって、電極材料８０２のウェブは、検査プレート１２０６に対して教示保持されて、電極材料８０２のウェブのカールを実質的に排除する。
図１２をさらに参照すると、使用の一実施形態において、検査ステーション１２８は、フィデューシャル特徴６０２、長さ方向のエッジカット６００、または検査ステーション１２８が本明細書で説明するように機能することを可能にする他の特徴など、電極材料８０２のウェブの所定の特徴を検出するように制御されるトリガセンサ１２１２を含む。所定の特徴の検出時に、トリガセンサ１２１２は、カメラ１２００に直接、またはユーザインターフェース１１６を介して間接的に信号を送り、カメラ１２００をトリガして電極材料８０２のウェブの電極を撮像する。電極の撮像時に、カメラ１２００は、電極の高さ、レーザシステム１２０ａ～１２０ｃ（図２）のいずれかによって切断された特徴のサイズまたは形状、電極間のピッチ（距離）または検査ステーション１２８がここで説明するように機能するようにする他の特徴などの１以上のメトリックを検出するように制御される。例えば、好適な一実施形態では、検査ステーション１２８は、アブレーション４０４（図４）、長さ方向のエッジカット６００、フィデューシャル特徴６０２、および第１および第２の穿孔６０８、６１０（図６）、個別電極構造クロスウェブの方向ＸＷＤ寸法、個別電極構造ダウンウェブの方向ＷＤ寸法、個別電極活性領域オフセット、および電極材料８０２のウェブのその他のアブレーションまたはカットが、サイズ、形状、配置、クロスマシン方向ピッチ、マシン方向ピッチ、および向きの予め定められた許容範囲内にあり、ユーザインターフェース１１６を介してこの情報をユーザに提示する。好適な一実施形態では、ユーザは、ユーザインターフェース１１６を使用して、どの特徴を検査するかを制御することができる。さらに別の実施形態では、検査ステーション１２８は、電極材料８０２のウェブの１つまたは複数の電極構造に対するクラスタ識別コードを検出することができる。
この実施形態では、検査ステーション１２８は、ウェブがダウンウェブの方向ＷＤに搬送されている間に、ウェブの厚さ、個々の電極パターン８００のサイズおよび形状などのメトリクスを測定するように制御される。これらのメトリクスは、ユーザインターフェース１１６に送信されて表示されるか、メモリに記憶されるか、あるいは、生産システム１００の生産パラメータを調整するために用いられる。
使用の一実施形態では、検査ステーション１２８が電極材料８０２のウェブ上に欠陥が存在すると判断した場合（図８）、欠陥マーキングシステム１３０（図２）は、レーザエッチング装置、プリンタ、スタンパ、または欠陥が電極材料８０２のウェブ上に存在することを示すマークを配置できる他の任意のマーキング装置を使用して、かかる欠陥を特定するために電極材料８０２のウェブにマークを付けるように制御される。使用の別の好適な実施形態では、欠陥マーキングシステム１３０は、電極材料８０２のウェブに識別番号（ＩＤ）および既知の良好な電極（ＫＧＥ）のうちの１つまたは複数をマークするように制御され、電極材料８０２のウェブ内の特定の個々の電極パターン８００の品質測定（欠陥の数またはタイプなど）を示す、グレードＡ、グレードＢ、グレードＣなどのグレードで、電極材料８０２のウェブをさらにマークする可能性を可能とする。
図９をさらに参照すると、電極材料８０２のウェブは次に巻き取りローラ１３４に搬送され、そこでインターリーフ材料１３８のウェブと一緒に巻かれて、電極材料８０２のウェブとインターリーフ材料１３８のウェブとの交互層を有するスプール９００を作成する。
使用の好適な一実施形態では、電極材料８０２のウェブは、インターリーフ材料１３８のウェブとともに巻き取りローラ１３４を介して巻き取られ、インターリーフローラ１３６を介して巻き戻されて、インターリーフ材料１３８のウェブによって分離された電極材料８０２のウェブの層を有する電極のロール１４０を作成する。いくつかの実施形態では、電極材料８０２のウェブは、インターリーフ材料１３８のウェブなしで、巻き取りローラ１３４を介して巻き取られる。
使用の一実施形態では、基材１０４のウェブは、アノード活性材料層５０８、またはカソード活性材料層５１２の一方または両方の表面にそれぞれ接着された接着テープ層（図示せず）を有する。この実施形態では、使用時に、接着剤層は、不要な材料または破片を除去するために、アブレーションおよび切断（上述）に続いて除去される。
使用の一実施形態では、コンベヤシステムのローラの１つ以上は、ローラが偏心を有するような、完全な円形ではない。そのような実施形態では、偏心ローラ（複数可）は、半径対半径方向の位置を決定するためにマッピングされる。次いで、レーザシステム１２０ａ～ｃは、ローラ（複数可）のマッピングに基づいて偏心を考慮するようにレーザビーム３０２の位置を調整するように制御される。
図１４～図１６を参照すると、電極材料８０２のウェブは、電池を製造するために使用される。この実施形態では、電極材料１４０２、１４０４、および１４０６Ａ、１４０６Ｂの個々のスプールが巻き戻され、セパレータ材料１４０６によって分離されたカソード１４０２およびアノード１４０４の少なくとも１層を含む交互構成で積み重ねられる。電極材料１４０２、１４０４、および１４０６Ａ、１４０６Ｂのスプールは、本明細書で説明するように、電極材料８０２のウェブとして製造されていることが理解されよう。好適な一実施形態では、電極材料１４０２、１４０４、１４０６Ａ、および１４０６Ｂのスプールは、多層スタック１５００に合体される。この実施形態では、多層スタック１５００は、中央のアノード集電体層５０６、アノード活性材料層５０８、電気絶縁性セパレータ材料５００、カソード活性材料層５１２およびカソード集電体層５１０を積み重ねた形で含む。追加の積層層は、アノード１４０４、セパレータ１４０６、およびカソード１４０２のスプールの層を交互に重ねることによって、マージして、多層スタック１５００の所望の数の層を形成することができる。多層スタック１５００の層は、フィデューシャル特徴６０２（図１６Ｂ）を通して駆動されるアラインメントピン１６００を使用して位置合わせされる。
別の実施形態では、例えば固体二次電池の場合、固体電池の構成要素は、上記で参照した米国特許第９，５５３，３３２号に記載されているような、正極集電体と、正極活性材料、イオン導体、バインダおよび電子導体を含む電極層と、固体電解質と、負極集電体とを順に含んで（本明細書で説明するように処理した後に）積層され得る。
一実施形態では、多層スタック１５００は、次に、圧力矢印Ｐで示す方向に多層スタック１５００に圧力を加える圧力板１６０４、１６０６を有する加圧拘束部１６０２に置かれる。多層スタック１５００に加わる圧力は、圧力板１６０４、１６０６が多層スタック１５００に加える圧力Ｐを制御するのにユーザインターフェース１１６を用いて調整可能であってもよい。十分な圧力Ｐが多層スタック１５００に加えられると、アラインメントピン１６００は除去方向Ｒに動かされることがあり、これにより、図１６Ｃに示すように、アブレーション４０４（電極タブ）が多層スタック１５００の外縁となるように、第２の穿孔６１０がその長さに沿って破断する。
第２の穿孔６１０が破裂した後、多層スタック１５００は、バスバー１７００、１７０２をアブレーション４０４に溶接して積層セル１７０４を形成するためにタブ溶接ステーションに進む。溶接に先立ち、バスバー１７００、１７０２は、それぞれの電極のバスバー開口部１６０８を通して配置される。一実施形態では、バスバー１７００、１７０２がバスバー開口部１６０８を通して配置されると、溶接に先立って、アブレーション４０４がバスバー１７００、１７０２に向かってそれぞれ折り畳まれる。本実施形態では、バスバー１７００は銅バスバーであり、アノード集電体層５０６のアブレーション４０４（アノードタブ）に溶接され、バスバー１７０２はアルミニウムバスバーであり、カソード集電体層５１０のアブレーション４０４（カソードタブ）に溶接される。しかしながら、他の実施形態では、バスバー１７００および１７０２は、バッテリ１８０４が本明細書に記載されるように機能することを可能にするために、任意の適切な導電性材料であってもよい。溶接は、レーザ溶接機、摩擦溶接、超音波溶接、またはバスバー１７００、１７０２をアブレーション４０４に溶接するための任意の適切な溶接方法を使用して行うことができる。一実施形態では、バスバー１７００、１７０２のそれぞれは、陽極および陰極のためにアブレーション４０４のすべてとそれぞれ電気的に接触している。
積層セル１７０４の形成時に、積層セル１７０４は、パッケージングステーション１８００に進む。パッケージングステーション１８００において、積層セル１７０４は、多層アルミニウムポリマ材料、プラスチックなどの絶縁パッケージング材料で被覆され、バッテリパッケージ１８０２を形成する。一実施形態では、バッテリパッケージ１８０２は、真空を使用して排気され、開口部（図示せず）を介して電解質材料で充填される。絶縁包装材は、ヒートシール、レーザ溶接、接着剤、または任意の適切な封止方法を用いて、積層セル１７０４の周りに封止することができる。バスバー１７００および１７０２は露出したままであり、ユーザがバスバー１７００および１７０２を電力供給されるデバイス、またはバッテリチャージャに接続できるように、バッテリパッケージ１８０２によって覆われない。バッテリパッケージ１８０２が積層セル１７０４上に配置されると、完成したバッテリ１８０４を規定する。この実施形態では、完成したバッテリ１８０４は、３次元リチウムイオン型電池である。他の実施形態では、完成したバッテリ１８０４は、本明細書に記載の装置および方法を使用して製造するのに適した任意の電池タイプであってもよい。
一実施形態では、アノード集団の各メンバは、底部、頂部、および長手方向軸ＡＥを有する（図７）。一実施形態では、長手方向軸ＡＥは、その底部から頂部までクロスウェブの方向ＸＷＤに延びる。代替的な実施形態では、長手方向軸ＡＥは、その底部から頂部までダウンウェブの方向ＷＤに延びている。一実施形態では、アノード集団の部材は、アノード材料５０２である基材１０４のウェブから形成されている。さらに、アノード集団の各メンバは、電極の長手方向軸（ＡＥ）に沿って測定された長さ（ＬＥ）（図６Ａ）と、長手方向軸（ＡＥ）に直交する方向（例えば、ダウンウェブの方向ＷＤ）に測定された幅（ＷＥ）と、長さ（ＬＥ）および幅（ＷＥ）の測定方向の各々に直交する方向に測定された高さ（ＨＥ）（図６Ａ）とを有する。
アノード集団の部材の長さ（ＬＥ）は、エネルギ貯蔵デバイスおよびその意図された使用に応じて変化する。しかしながら、一般に、アノード集団のメンバは、典型的には、約５ｍｍ～約５００ｍｍの範囲の長さ（ＬＥ）を有することになる。例えば、１つのそのような実施形態では、アノード集団のメンバは、約１０ｍｍ～約２５０ｍｍの長さ（ＬＥ）を有する。さらなる例として、１つのそのような実施形態では、アノード集団のメンバは、約２５ｍｍ～約１００ｍｍの長さ（ＬＥ）を有している。
アノード集団のメンバの幅（ＷＥ）も、エネルギ貯蔵装置およびその意図された使用に応じて変化する。しかし、一般に、アノード集団の各メンバは、典型的には、約０．０１ｍｍ～約２．５ｍｍの範囲内の幅（ＷＥ）を有するであろう。例えば、一実施形態では、アノード集団の各メンバの幅（ＷＥ）は、約０．０２５ｍｍ～約２ｍｍの範囲内にあるであろう。さらなる例として、一実施形態では、アノード集団の各メンバの幅（ＷＥ）は、約０．０５ｍｍ～約１ｍｍの範囲にあるであろう。
アノード集団のメンバの高さ（ＨＥ）も、エネルギ貯蔵装置およびその意図された使用に応じて変化する。しかしながら、一般に、アノード集団のメンバは、典型的には、約０．０５ｍｍ～約１０ｍｍの範囲内の高さ（ＨＥ）を有するであろう。例えば、一実施形態では、アノード集団の各メンバの高さ（ＨＥ）は、約０．０５ｍｍから約５ｍｍの範囲内にあるであろう。さらなる例として、一実施形態では、アノード集団の各メンバの高さ（ＨＥ）は、約０．１ｍｍ～約１ｍｍの範囲にあるであろう。一実施形態によれば、アノード集団のメンバは、第１の高さを有する１つ以上の第１の電極部材と、第１の高さとは異なる第２の高さを有する１つ以上の第２の電極部材とを含む。さらに別の実施形態では、１つまたは複数の第１の電極部材および１つまたは複数の第２の電極部材についての異なる高さは、電極アセンブリ（例えば、多層スタック１５００（図１５））についての所定の形状、例えば、長手方向および／または横軸の１つまたは複数に沿って異なる高さを有する電極アセンブリ形状に対応するために、および／または二次電池について所定の性能特性を提供するために選択されてよい。
一般に、アノード集団のメンバは、その幅（ＷＥ）およびその高さ（ＨＥ）のそれぞれよりも実質的に大きい長さ（ＬＥ）を有する。例えば、一実施形態では、アノード集団の各メンバについて、ＷＥおよびＨＥのそれぞれに対するＬＥの比は、それぞれ少なくとも５：１（すなわち、ＷＥに対するＬＥの比はそれぞれ少なくとも５：１であり、ＨＥに対するＬＥの比はそれぞれ少なくとも５：１である）。さらなる例として、一実施形態では、ＷＥおよびＨＥのそれぞれに対するＬＥの比率は、少なくとも１０：１である。さらなる例として、一実施形態では、ＷＥおよびＨＥの各々に対するＬＥの比率は、少なくとも１５：１である。さらなる例として、一実施形態では、アノード集団の各メンバについて、ＷＥおよびＨＥの各々に対するＬＥの比率は、少なくとも２０：１である。
一実施形態では、アノード集団のメンバの高さ（ＨＥ）と幅（ＷＥ）との比は、それぞれ少なくとも０．４：１である。例えば、一実施形態では、アノード集団の各メンバについて、ＨＥとＷＥの比はそれぞれ少なくとも２：１となる。さらなる例として、一実施形態では、ＨＥ対ＷＥの比は、それぞれ、少なくとも１０：１となる。さらなる例として、１つの実施形態において、ＨＥ対ＷＥの比は、それぞれ少なくとも２０：１となるであろう。しかしながら、典型的には、ＨＥ対ＷＥの比は、一般に、それぞれ１，０００：１未満であろう。例えば、一実施形態では、ＨＥ対ＷＥの比は、それぞれ５００：１未満であろう。さらなる例として、一実施形態では、ＨＥ対ＷＥの比は、それぞれ１００：１未満となる。さらなる例として、一実施形態では、ＨＥ対ＷＥの比は、それぞれ１０：１未満となる。さらなる例として、一実施形態では、ＨＥ対ＷＥの比は、アノード集団の各メンバについて、それぞれ、約２：１～約１００：１の範囲になるであろう。
一実施形態では、カソード集団のメンバは、カソード材料５０４である基材１０４のウェブから形成される。ここで図６Ｂを参照すると、カソード集団の各メンバは、底部と、頂部と、クロスウェブの方向ＸＷＤにその底部から頂部に延び、負電極構造および正電極構造の交互シーケンスが進行する方向に対して概ね垂直な方向に延びる長手軸（ＡＣＥ）とを有する。さらに、カソード集団の各メンバは、クロスウェブの方向ＸＷＤに平行な長手軸（ＡＣＥ）に沿って測定される長さ（ＬＣＥ）と、負電極構造および正電極構造の交互シーケンスが進行するダウンウェブの方向ＷＤに測定される幅（ＷＣＥ）と、長さ（ＬＣＥ）および幅（ＷＣＥ）の測定方向のそれぞれに垂直な方向で測定される高さ（ＨＣＥ）とを有する。
カソード集団のメンバの長さ（ＬＣＥ）は、エネルギ貯蔵デバイスおよびその意図された使用に応じて変化する。しかしながら、一般に、カソード集団の各メンバは、典型的には、約５ｍｍ～約５００ｍｍの範囲の長さ（ＬＣＥ）を有するであろう。例えば、１つのそのような実施形態では、カソード集団の各メンバは、約１０ｍｍ～約２５０ｍｍの長さ（ＬＣＥ）を有する。さらなる例として、１つのそのような実施形態では、カソード集団の各メンバは、約２５ｍｍ～約１００ｍｍの長さ（ＬＣＥ）を有する。
カソード集団のメンバの幅（ＷＣＥ）も、エネルギ貯蔵デバイスおよびその意図された使用に応じて変化する。しかしながら、一般に、カソード集団のメンバは、典型的には、約０．０１ｍｍ～２．５ｍｍの範囲内の幅（ＷＣＥ）を有するであろう。例えば、一実施形態では、カソード集団の各メンバの幅（ＷＣＥ）は、約０．０２５ｍｍ～約２ｍｍの範囲にあるであろう。さらなる例として、一実施形態では、カソード集団の各メンバの幅（ＷＣＥ）は、約０．０５ｍｍ～約１ｍｍの範囲にあるであろう。
カソード集団のメンバの高さ（ＨＣＥ）も、エネルギ貯蔵デバイスおよびその意図された使用に応じて変化することになる。しかしながら、一般に、カソード集団のメンバは、典型的には、約０．０５ｍｍ～約１０ｍｍの範囲内の高さ（ＨＣＥ）を有するであろう。例えば、一実施形態では、陰極集団の各メンバの高さ（ＨＣＥ）は、約０．０５ｍｍ～約５ｍｍの範囲にあるであろう。さらなる例として、一実施形態では、陰極集団の各メンバの高さ（ＨＣＥ）は、約０．１ｍｍ～約１ｍｍの範囲にあるであろう。一実施形態によれば、カソード集団のメンバは、第１の高さを有する１つ以上の第１のカソード部材と、第１の高さとは異なる第２の高さを有する１つ以上の第２のカソード部材とを含む。さらに別の実施形態では、１つまたは複数の第１のカソード部材および１つまたは複数の第２のカソード部材についての異なる高さは、長手方向および／または横方向の軸の１つまたは複数に沿って異なる高さを有する電極アセンブリ形状などの電極アセンブリの所定の形状を収容するために、および／または二次電池の所定の性能特性を提供するために選択されてよい。
一般に、カソード集団の各メンバは、幅（ＷＣＥ）よりも実質的に大きく、その高さ（ＨＣＥ）よりも実質的に大きい長さ（ＬＣＥ）を有する。例えば、一実施形態では、カソード集団の各メンバについて、ＷＣＥおよびＨＣＥのそれぞれに対するＬＣＥの比は、それぞれ少なくとも５：１（すなわち、ＷＣＥに対するＬＣＥの比はそれぞれ少なくとも５：１、ＨＣＥに対するＬＣＥの比はそれぞれ少なくとも５：１である）。さらなる例として、一実施形態では、ＬＣＥのＷＣＥおよびＨＣＥのそれぞれに対する比は、カソード集団の各メンバに対して少なくとも１０：１である。さらなる例として、一実施形態では、ＷＣＥおよびＨＣＥの各々に対するＬＣＥの比は、カソード集団の各メンバに対して少なくとも１５：１である。さらなる例として、一実施形態では、ＷＣＥおよびＨＣＥの各々に対するＬＣＥの比は、カソード集団の各メンバに対して少なくとも２０：１である。
一実施形態では、カソード集団のメンバの高さ（ＨＣＥ）と幅（ＷＣＥ）の比は、それぞれ少なくとも０．４：１である。例えば、一実施形態では、カソード集団の各メンバについて、ＨＣＥとＷＣＥの比はそれぞれ少なくとも２：１となる。さらなる例として、一実施形態では、ＨＣＥ対ＷＣＥの比は、カソード集団の各メンバについて、それぞれ少なくとも１０：１となる。さらなる例として、一実施形態では、ＨＣＥとＷＣＥの比は、カソード集団の各メンバについて、それぞれ少なくとも２０：１になるであろう。しかしながら、典型的には、ＨＣＥとＷＣＥの比は、一般に、アノード集団の各メンバについて、それぞれ１，０００：１未満であろう。例えば、一実施形態では、ＨＣＥとＷＣＥの比は、カソード集団の各メンバについて、それぞれ５００：１未満であろう。さらなる例として、一実施形態では、ＨＣＥとＷＣＥの比は、それぞれ１００：１未満となる。さらなる例として、一実施形態では、ＨＣＥとＷＣＥの比は、それぞれ１０：１未満となる。さらなる例として、一実施形態では、ＨＣＥ対ＷＣＥの比は、カソード集団の各メンバについて、それぞれ、約２：１～約１００：１の範囲になるであろう。
一実施形態では、アノード集電体層５０６はまた、アノード活性材料層５０８の電気伝導度よりも実質的に大きい電気伝導度を有する。例えば、一実施形態では、アノード集電体層５０６の電気伝導度とアノード活性材料層５０８の電気伝導度の比は、デバイスにエネルギを蓄積するための印加電流またはデバイスを放電するための印加負荷があるときに、少なくとも１００：１である。さらなる例として、いくつかの実施形態では、アノード集電体層５０６の電気伝導度とアノード活性材料層５０８の電気伝導度の比は、デバイスにエネルギを蓄積するための印加電流またはデバイスを放電するための印加負荷があるときに、少なくとも５００：１である。さらなる例として、いくつかの実施形態では、アノード集電体層５０６の電気伝導度とアノード活性材料層５０８の電気伝導度の比は、デバイスにエネルギを蓄積するための印加電流またはデバイスを放電するための印加負荷があるときに、少なくとも１０００：１である。さらなる例として、いくつかの実施形態では、アノード集電体層５０６の電気伝導度とアノード活性材料層５０８の電気伝導度の比は、デバイスにエネルギを蓄積するための印加電流またはデバイスを放電するための印加負荷があるときに、少なくとも５０００：１である。さらなる例として、いくつかの実施形態では、アノード集電体層５０６の電気コンダクタンスとアノード活性材料層５０８の電気コンダクタンスとの比は、デバイスにエネルギを蓄積するための印加電流またはデバイスを放電するための印加負荷があるときに少なくとも１０，０００：１とされる。
一般に、カソード集電体層５１０は、アルミニウム、炭素、クロム、金、ニッケル、ＮｉＰ、パラジウム、白金、ロジウム、ルテニウム、ケイ素とニッケルの合金、チタン、またはこれらの組み合わせなどの金属からなることができる（Ａ．Ｈ．Ｗｈｉｔｅｈｅａｄ及びＭ．Ｓｃｈｒｅｉｂｅｒによる「Ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓ ｆｏｒ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｏｆ ｌｉｔｈｉｕｍ－ｂａｓｅｄ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ， １５２（１１）Ａ２１０５－Ａ２１１３ （２００５），参照）。さらなる例として、一実施形態では、カソード集電体層５１０は、金または金シリサイドなどのその合金からなる。さらなる例として、一実施形態では、カソード集電体層５１０は、ニッケルまたはニッケルシリサイドのようなその合金から構成される。
以下の実施形態は、本開示の態様を説明するのに提供されるが、実施形態は限定することを意図しておらず、他の態様および／または実施形態も提供され得る。
実施形態１。
ウェブの電極構造の集団を描写する方法であって、ウェブは、対向する前面および背面を有する導電層と、前面、背面、または前面と背面の両方上の電気化学的に活性な材料層とを含み、ウェブは、ダウンウェブの方向およびクロスウェブの方向を備え、ダウンウェブの方向およびクロスウェブの方向は互いに直交し、この方法は、ダウンウェブの方向のウェブの張力を制御しつつ、ダウンウェブの方向、クロスウェブの方向、または、クロスウェブの方向及びダウンウェブの方向の各々において、ウェブからメンバを解放せずに電極構造の集団のメンバを描写する、一連の弱められたティアーパターンをウェブに形成することであって、ここで描写されるメンバは、力の適用によってウェブから、個別に、描写されるメンバを分離することを容易にするべく適合された一連の弱められたティアーパターンのメンバによって、少なくとも部分的に、個別に拘束される、形成することと、描写されるメンバに関してクロスウェブの方向またはダウンウェブの方向に配置される一連のアラインメント特徴をウェブに形成することであって、アラインメント特徴は、電極構造の集団の描写されるメンバをウェブに、個別に、位置付けるように適合される、形成することと、を含む。
実施形態２。
ウェブの電極構造の集団を描写する方法であって、ウェブは、対向する前面および背面を有する導電層と、前面、背面、または前面と背面の両方上の電気化学的に活性な材料層とを含み、ウェブはダウンウェブの方向およびクロスウェブの方向を有し、ダウンウェブおよびクロスウェブの方向は互いに直交し、この方法は、ウェブの一部を支持表面上に支持することであって、該支持表面は開口部を規定する、支持することと、ダウンウェブの方向、クロスウェブの方向、または、クロスウェブの方向及びダウンウェブの方向の夫々において、ウェブに一連の弱められたティアーパターンを形成することであって、ウェブからメンバを解放せずに電極構造の集団のメンバを描写し、描写されるメンバが、力の適用によってウェブから、個別に、描写されるメンバを容易に分離するように適合した一連の弱められたティアーパターンのメンバによって、少なくとも一部が、個別に拘束される、ティアーパターンを形成することと、描写されるメンバに関してクロスウェブの方向またはダウンウェブの方向に配置される一連のアラインメント特徴をウェブに形成することであって、、アラインメント特徴は、電極構造の集団の描写されるメンバを、ウェブに、個別に位置付けるように適合される、一連のアラインメント特徴を形成することと、を含み、弱められたティアーパターンを形成することと一連のアラインメント特徴を形成することとの少なくとも１つは、ウェブを支持する支持表面の開口部の上に位置するウェブの一部上で行われる。
実施形態３。
ウェブの電極構造または電極セパレータ構造の集団を描写する方法であって、ウェブは、ダウンウェブの方向、ダウンウェブの方向に直交するクロスウェブの方向、および電気絶縁層を含み、この方法は、レーザ加工されるウェブの一部をレーザビームの焦点から約±１００ミクロン以内になるように制御することと、ウェブの一部をクロスウェブの方向およびダウンウェブの方向の少なくとも一方にレーザ加工して、ウェブからメンバを解放せずにウェブ内の電極構造または電極分離構造の集団を描写することと、ウェブの電極構造または電極分離構造の集団の各描写されたメンバを位置付けるように適合するアラインメント特徴をウェブに形成することと、を含む。
実施形態４。
ウェブの電極構造体の集団を描写する方法であって、ウェブは、ダウンウェブの方向と、ダウンウェブの方向に直交するクロスウェブの方向とを含み、この方法は、クロスウェブの方向およびダウンウェブの方向にウェブを機械加工して、不連続な弱められた部分を形成し、メンバをウェブから解放せずにウェブの電極構造の集団のメンバを描写することを含み、機械加工されるウェブはウェブの方向に機械加工されていないウェブの強度の１０％～７５％を有する。
実施形態５。
ウェブの電極構造の集団を描写する方法であって、ウェブは、ダウンウェブの方向、ダウンウェブの方向に直交するクロスウェブの方向、電気化学的に活性な層、および導電層を含み、この方法は、少なくともクロスウェブの方向にウェブをレーザ加工して、ウェブからメンバを解放せずにウェブの電極構造の集団のメンバを描写することと、ウェブの電極構造の集団の描写されるメンバの各描写されるメンバを配置するように適合されるアラインメント特徴をウェブに形成することと、を含む。
実施形態６。
ウェブのの電極セパレータ構造の集団を描写する方法であって、ウェブは、ダウンウェブの方向、ダウンウェブの方向に直交するクロスウェブの方向、および電気絶縁層を含み、この方法は、少なくともクロスウェブの方向にウェブをレーザ加工して、ウェブからメンバを解放せずにウェブの電極セパレータ構造の集団のメンバを描写することと、ウェブの電極構造の集団の各描写されるメンバを配置するように適合されるアラインメント特徴をウェブに形成することとを、含む。
実施形態７。
ウェブの電極構造の集団を描写する方法であって、ウェブは、ダウンウェブの方向、ダウンウェブの方向に直交するクロスウェブの方向、電気化学的に活性な層、および導電層を含み、この方法は、ウェブを切断ステーションに供給することと、切断ステーションで少なくともクロスウェブの方向にウェブを切断して、ウェブからメンバを解放せずにウェブの電極構造の集団のメンバを描写することと、ウェブの電極構造の集団の各描写されるメンバを配置するように適合された、ウェブのアラインメント特徴を切断することとを、含む。
実施形態８。
ウェブの電極構造の集団を描写する方法であって、ウェブは、ダウンウェブの方向、ダウンウェブの方向に直交するクロスウェブの方向、電気化学的に活性な層、および導電層を含み、この方法は、ウェブをレーザ切断システムに供給することと、レーザ切断システムを使用してアラインメント特徴をウェブに切断することと、アラインメント特徴の少なくとも１つを使用してウェブの位置を確立することと、確立した位置に基づいてウェブ上でカットアクションおよびアブレートアクションの少なくとも１つを行うことと、を含む。
実施形態９。
ウェブの電極構造の集団を描写する方法であって、ウェブは、ダウンウェブの方向、ダウンウェブの方向に直交するクロスウェブの方向、電気化学的に活性な層、および導電層を含み、この方法は、少なくともクロスウェブの方向においてウェブをレーザ加工して、ウェブからメンバを解放せずに各描写されるメンバの外側境界を画定する不連続の弱められた部分を形成することによって、ウェブの電極構造の集団のメンバを描写することと、ウェブの電極構造の集団の各描写されるメンバを配置するように適合されたアラインメント特徴をウェブに形成することと、を含む。
実施形態１０。
ウェブの電極構造体の集団を描写する方法であって、ウェブは、ダウンウェブの方向と、ダウンウェブの方向に直交するクロスウェブの方向とを含み、この方法は、クロスウェブの方向およびダウンウェブの方向にウェブを機械加工して、不連続な弱められた部分を形成し、ウェブからメンバを解放せずにウェブの電極構造の集団のメンバを描写することを、含み、機械加工されるウェブは、クロスウェブの方向にて機械加工されないウェブの強度の５％から３０％を有する。
実施形態１１。
電気化学的に活性な層と導電層とを含むウェブであって、ウェブは、電極構造の、描写される集団を有し、電極構造の描写される集団の各電極構造は、ウェブ内の不連続な切断によって近接する電極構造から間隔を空けられており、ウェブは、電極構造の集団の各描写される電極構造をウェブに配置するように適合されたアラインメント特徴を、更に含む。
実施形態１２。
セパレータ構造の描写される集団を含むウェブであって、セパレータ構造の描写される集団の各セパレータ構造は、ウェブ内の不連続な切断によって近接するセパレータ構造から間隔を空けられており、ウェブは、ウェブのセパレータ構造の集団の各描写されるセパレータ構造を配置するように適合されたアラインメント特徴を、更に含む。
実施形態１３。
ウェブの電極構造の集団を描写する方法であって、ウェブは、ダウンウェブの方向と、ダウンウェブの方向に直交するクロスウェブの方向と、固体電解質、負極集電体、正極集電体および正極活性部材のうちの、少なくとも１つを含み、この方法は、ウェブをレーザ切断システムに供給することと、レーザ切断システムを使用してウェブにアラインメント特徴を切断することと、アラインメント特徴の少なくとも１つを使用してウェブの位置を確立することと、確立された位置に基づいてウェブにカットアクションおよびアブレートアクションの少なくとも１つを実行する工程と、を含む。
実施形態１４。
固体電解質を含むウェブであって、ウェブは、電極構造の描写される集団を有し、電極構造の描写される集団の各電極構造は、ウェブの不連続な切断によって近接する電極構造から間隔を空けられており、ウェブは、電極構造の集団の描写される各電極構造をウェブに配置するように適合されたアラインメント特徴を、更に含む。
実施形態１５。
一連の弱められたティアーパターンは、レーザを用いて形成される、任意の先行する実施形態に記載の方法またはウェブ。
実施形態１６。
一連のアラインメント特徴は、レーザで形成される、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態１７。
一連の弱められたティアーパターン、一連のアラインメント特徴、または一連の弱められたティアーパターン及び一連のアラインメント特徴は、レーザを用いて形成される、任意の先行する実施形態に記載の方法またはウェブ。
実施形態１８。
レーザが、１０ワットから５０００ワットの範囲内のレーザ出力を有し、ファイバレーザであり、連続波（ｃｗ）、マイクロ秒（μｓ）、ナノ秒（ｎｓ）、ピコ秒（ｐｓ）及びフェムト秒（ｆｓ）パルスタイプ又はそれらの組み合わせの、１以上のレーザパルス幅タイプが可能である、任意の先行実施形態の方法又はウェブ。
実施形態１９。
電気化学的に活性な材料層が、導電層の表面と裏面のうちの一方のみにある、先行する任意の実施形態の方法またはウェブ。
実施形態２０。
電気化学的に活性な材料層が、導電層の前面と背面の両方にある、先行する任意の実施形態の方法またはウェブ。
実施形態２１。
電極構造の集団の描写されるメンバが、長さＬＥ、および高さＨＥを有し、（ｉ）ＬＥはクロスウェブの方向に測定され、ＨＥはダウンウェブの方向に測定され、又は、（ｉｉ）ＬＥはダウンウェブの方向に測定され、ＨＥはクロスウェブの方向に測定される、任意の先行する実施形態に記載の方法またはウェブ。
実施形態２２。
電極構造の集団の描写されるメンバが、長さＬＥ、および高さＨＥを有し、ＬＥがクロスウェブの方向に測定され、ＨＥがダウンウェブの方向に測定される、任意の先行実施形態に記載の方法またはウェブ。
実施形態２３。
電極構造集団の描写されるメンバが、長さＬＥ、および高さＨＥを有し、ＬＥはダウンウェブの方向に測定され、ＨＥはクロスウェブの方向に測定される、任意の先行実施形態の方法またはウェブ。
実施形態２４。
電極構造集団の描写されるメンバは、ウェブの表裏面に対して直交し、且つ、ダウンウェブの方向およびクロスウェブの方向に対して直交する、方向で測定される幅ＷＥを有する、任意の先行実施形態に記載の方法またはウェブ。
実施形態２５。
ＷＥおよびＨＥの各々に対するＬＥの比が少なくとも５：１である（すなわち、ＷＥに対するＬＥの比がそれぞれ少なくとも５：１であり、ＨＥに対するＬＥの比がそれぞれ少なくとも５：１である）、任意の先行実施形態に記載の方法またはウェブ。
実施形態２６。
ＷＥおよびＨＥの各々に対するＬＥの比が少なくとも１０：１である（すなわち、ＷＥに対するＬＥの比がそれぞれ少なくとも１０：１であり、ＨＥに対するＬＥの比がそれぞれ少なくとも１０：１である）、任意の先行実施形態に記載の方法またはウェブ。
実施形態２７。
ＷＥおよびＨＥの各々に対するＬＥの比が少なくとも１５：１である（すなわち、ＷＥに対するＬＥの比がそれぞれ少なくとも１５：１であり、ＨＥに対するＬＥの比がそれぞれ少なくとも１５：１である）、任意の先行実施形態に記載の方法またはウェブ。
実施形態２８。
ＷＥおよびＨＥの各々に対するＬＥの比が少なくとも２０：１である（すなわち、ＷＥに対するＬＥの比がそれぞれ少なくとも２０：１であり、ＨＥに対するＬＥの比がそれぞれ少なくとも２０：１である）、任意の先行実施形態に記載の方法またはウェブ。
実施形態２９。
ＷＥに対するＨＥの比がそれぞれ少なくとも０．４：１である、任意の先行する実施形態に記載の方法またはウェブ。
実施形態３０。
ＷＥに対するＨＥの比がそれぞれ少なくとも２：１である、任意の先行する実施形態に記載の方法またはウェブ。
実施形態３１。ＷＥに対するＨＥの比がそれぞれ少なくとも１０：１である、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態３２。
ＷＥに対するＨＥの比がそれぞれ少なくとも２０：１である、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態３３。
ＷＥに対するＨＥの比が、それぞれ、１０００：１未満である、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態３４。
ＷＥに対するＨＥの比がそれぞれ５００：１未満である、任意の先行する実施形態に記載の方法またはウェブ。
実施形態３５。
ＷＥに対するＨＥの比がそれぞれ１００：１未満である、任意の先行する実施形態に記載の方法またはウェブ。
実施形態３６。
ＷＥに対するＨＥの比がそれぞれ１０：１未満である、任意の先行する実施形態に記載の方法またはウェブ。
実施形態３７。
ＷＥに対するＨＥの比がそれぞれ約２：１～約１００：１の範囲内である、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態３８。
ＬＥが約５ｍｍ～約５００ｍｍの範囲内である、任意の先行する実施形態に記載の方法又はウェブ。
実施形態３９。
ＬＥが約１０ｍｍ～約２５０ｍｍの範囲内である、任意の先行する実施形態の方法又はウェブ。
実施形態４０。
ＬＥが約２５ｍｍ～約１００ｍｍの範囲内である、任意の先行する実施形態の方法又はウェブ。
実施形態４１。
ＷＥが約０．０１ｍｍ～２．５ｍｍの範囲内である、任意の先行する実施形態の方法又はウェブ。
実施形態４２。
ＷＥが約０．０２５ｍｍ～約２ｍｍの範囲内である、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態４３。
ＷＥが約０．０５ｍｍ～約１ｍｍの範囲内である、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態４４。
ＨＥが約０．０５ｍｍ～約１０ｍｍの範囲内である、任意の先行する実施形態の方法又はウェブ。
実施形態４５。
ＨＥが約０．０５ｍｍ～約５ｍｍの範囲内である、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態４６。
ＨＥが約０．１ｍｍ～約１ｍｍの範囲内である、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態４７。
導電層が、少なくとも１０３シーメンス／ｃｍの電気伝導率を有する、任意の先行する実施形態に記載の方法またはウェブ。
実施形態４８。
導電層が、少なくとも約１０４シーメンス／ｃｍの電気伝導率を有する、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態４９。
導電層が、少なくとも約１０５シーメンス／ｃｍの電気伝導率を有する、任意の先行する実施形態の方法又はウェブ。
実施形態５０。
導電層が、正極集電体層として使用するのに適した部材を含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態５１。
導電層が、アルミニウム、炭素、クロム、金、ニッケル、ニッケルリン（ＮｉＰ）、パラジウム、白金、ロジウム、ルテニウム、チタン、ケイ素とニッケルの合金（ＮｉＳｉ）、またはこれらの組み合わせを含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態５２。
電気化学的に活性な材料層が、カソード活性材料を含む、任意の先行する実施形態に記載の方法またはウェブ。
実施形態５３。
電気化学的に活性な材料層が、遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、遷移金属窒化物、リチウム－遷移金属酸化物、リチウム－遷移金属硫化物、またはリチウム－遷移金属窒化物を含む、任意の先行する実施形態に記載の方法またはウェブ。
実施形態５４。
電気化学的に活性な材料層が、遷移金属がｄ殻またはｆ殻を有する遷移金属酸化物、遷移金属硫化物、または遷移金属窒化物を含む、任意の先行する実施形態に記載の方法またはウェブ。
実施形態５５。
電気化学的に活性な材料層が、Ｓｃ、Ｙ、ランタノイド、アクチノイド、Ｔｉ、Ｚｒ、Ｈｆ、Ｖ、Ｎｂ、Ｔａ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｍｎ、Ｔｃ、Ｒｅ、Ｆｅ、Ｒｕ、Ｏｓ、Ｃｏ、Ｒｈ、Ｉｒ、Ｎｉ、Ｐｂ、Ｐｔ、Ｃｕ、ＡｇまたはＡｕを含む、任意の先行する実施形態の方法又はウェブ。
実施形態５６。
電気化学的に活性な材料層が、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４、Ｌｉ（ＮｉｘＣｏｙＡｌｚ）Ｏ２、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ２ＭｎＯ４、Ｖ２Ｏ５、モリブデンオキシサルファイド、リン酸塩、シレート、バナデート、硫黄、硫黄化合物、酸素（空気）、Ｌｉ（ＮｉｘＭｎｙＣｏｚ）Ｏ２およびこれらの組み合わせを含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態５７。
導電層が、負極集電体層として使用するのに適した部材を含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態５８。
導電層が、銅、ニッケル、コバルト、チタン、もしくはタングステン、またはそれらの合金を含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態５９。
電気化学的に活性な材料層が、アノード活性材料を含む、任意の先行する実施形態に記載の方法またはウェブ。
実施形態６０。
電気化学的に活性な材料層が、グラファイト、軟質もしくは硬質炭素、またはグラフェンを含む、任意の先行する実施形態に記載の方法またはウェブ。
実施形態６１。
電気化学的に活性な材料層が、単層または多層カーボンナノチューブを含む、任意の先行する実施形態に記載の方法またはウェブ。
実施形態６２。
電気化学的に活性な材料層が、単層カーボンナノチューブを含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態６３。
電気化学的に活性な材料層が、リチウムと合金を形成することができる、金属、半金属、合金、または、それらの酸化物若しくは窒化物を含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態６４。
電気化学的に活性な材料層が、グラファイト、スズ、鉛、マグネシウム、アルミニウム、ホウ素、ガリウム、シリコン、Ｓｉ／Ｃ複合材、Ｓｉ／グラファイトブレンド、酸化ケイ素（ＳｉＯｘ）、多孔質Ｓｉ、金属間Ｓｉ合金、インジウム、ジルコニウム、ゲルマニウム、ビスマス、カドミウム、アンチモン、銀、亜鉛、ヒ素、ハフニウム、イットリウム、リチウム、ナトリウム、チタン酸リチウム、パラジウム、またはこれらの組み合わせを含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態６５。
電気化学的に活性な材料層が、アルミニウム、スズ、シリコン、または、それらの酸化物、それらの窒化物、それらのフッ化物、若しくはそれらの合金を含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態６６。
電気化学的に活性な材料層が、シリコン、またはその合金若しくは酸化物を含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態６７。
導電層が負極集電体層としての使用に適した部材を含み、電気化学的に活性な材料層がアノード活性材料を含み、導電層がアノード活性材料層の電気コンダクタンスよりも実質的に大きい電気コンダクタンスを有する、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態６８。
アノード活性材料層の電気伝導率に対する導電層の電気伝導率の比が、少なくとも１００：１である、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態６９。
アノード活性材料層の電気伝導率に対する導電層の電気伝導率の比が、少なくとも５００：１である、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態７０。
アノード活性材料層の電気伝導率に対する導電層の電気伝導率の比が、少なくとも１０００：１である、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態７１。
アノード活性材料層の電気伝導率に対する導電層の電気伝導率の比が、少なくとも５０００：１である、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態７２。
アノード活性材料層の電気伝導率に対する導電層の電気伝導率の比が、少なくとも１００００：１である、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態７３。
ウェブが、電気化学的に活性な層と導電層を含む積層体である、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態７４。
電気化学的に活性な層が、アノード活性材料を含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態７５。
電気化学的に活性な層が、カソード活性材料を含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態７６。
レーザ加工することが、ウェブを介して複数の切断と穿孔を形成することを含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態７７。
加工されたウェブが、ウェブの方向において、加工されていないウェブの強度の１０％から７５％の強度を有する、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態７８。
加工されたウェブが、クロスウェブの方向において、加工されていないウェブの強度の５％から３０％の強度を有する、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態７９。
アラインメント特徴が、ウェブを貫通して延在するスルーホールを含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態８０。
レーザ加工することが、一連の外側穿孔と一連の内側穿孔とを形成することを含み、外側穿孔は内側穿孔よりも破壊強度が低い、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態８１。
レーザ加工することが、各描写される電極から電極タブ領域を除去することを含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態８２。
ダウンウェブの方向にウェブをレーザ加工することを、更に含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態８３。
ウェブをレーザ加工する間に、アラインメント特徴に関連する情報を使用してレーザビームを配置することを、更に含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態８４。
レーザ加工することは、第１のレーザデバイスを制御してウェブをクロスウェブの方向にレーザ加工することと、第２のレーザデバイスを制御してウェブをダウンウェブの方向にレーザ加工することとを含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態８５。
ウェブをレーザ加工する間に、ウェブに真空を適用することを、更に含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態８６。
描写されるメンバの欠陥を検出するためにセンサを使用することを、更に含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態８７。
マーキングデバイスを使用して、描写されるメンバに検出される欠陥を示すようにウェブをマークすることを、更に含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態８８。
描写されるメンバのグルーピング間のタイバーをレーザ加工することを、
含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態８９。
タイバーが、クロスウェブの方向にレーザ加工された切断によって画定される、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態９０。
レーザ加工することの前に、クロスウェブの方向にウェブに張力を加えることを、更に含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態９１。
アラインメント特徴が、クロスウェブの方向にて、描写されるメンバの遠位の位置で、形成される、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態９２。
アラインメント特徴と、クロスウェブの方向のウェブの最も外側のエッジとの間に、ウェブの機械加工されていない部分を残すことを、更に含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態９３。
加工されていない部分が、ウェブの方向にウェブの全長に亘って延在する、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態９４。
レーザ加工することの後に、回転ブラシをウェブに対して接触させることを、更に含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態９５。
ウェブがダウンウェブの方向に移動している間に、レーザ加工することの方法が生じる、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態９６。
レーザ加工することの間に、ダウンウェブの方向でのウェブの移動の速度を考慮して、レーザビームが制御される、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態９７。
レーザ加工することの間に、ダウンウェブの方向でのウェブの張力を制御することを、更に含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態９８。
レーザ加工されたウェブをインターリーフ層で巻くことを、更に含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態９９。
描写されるメンバをウェブから解放せずに、レーザ加工することの後に、ウェブをダウンウェブの方向に伝達することを、更に含む。任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態１００。
描写されるメンバに対するアラインメント特徴の比率が１対１である、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態１０１。
弱められた部分が一連のスルー切断または穿孔を含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態１０２。
不連続な弱められた部分の形成の間に、ウェブの圧力バランスを取ることを、更に含む、任意の先行する実施形態の方法。
実施形態１０３。
圧力バランスを取ることが、ウェブに亘って流体の流れを加えることを含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態１０４。
圧力バランスを取ることが、ウェブの対向する側に亘って流体の流れを加えることを含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態１０５。
アラインメント特徴が、レーザ加工することの前に形成される、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態１０６。
アラインメント特徴が、不連続な弱められた部分の形成を補助するのに使用される、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態１０７。
支持表面がアルミニウムを含み、支持表面がレーザ加工することから熱エネルギを放散する、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態１０８。
レーザ加工することが、支持表面の開口部上に位置するウェブの一部に対して行われる、任意の先行する実施形態のウェブの方法。
実施形態１０９。
ウェブの一部を制御することが、レーザビームに実質的に平行な鉛直軸方向にてウェブを制御することを含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態１１０。
支持表面が複数の開口部を含み、弱められたティアーパターンを形成すること、及び一連のアラインメント特徴を形成することが、複数の開口部の異なるものの上に位置するウェブの夫々の部分で行われる、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。
実施形態１１１。
ウェブの張力を制御することが、５００グラム重以下でウェブの張力を維持することを含む、任意の先行する実施形態の方法またはウェブ。

Claims (30)

  1. ウェブ内の電極構造の集団を描写する方法であって、
    前記ウェブは、対向する前面及び背面を有する導電層と、前面、背面、又は前面及び背面の両方にある電気化学的に活性な材料層とを含み、前記ウェブは、ダウンウェブの方向及びクロスウェブの方向を有し、ダウンウェブの方向及びクロスウェブの方向は、相互に直交するものであり、
    前記方法は、
    ダウンウェブの方向のウェブの張力を制御しつつ、ダウンウェブの方向、クロスウェブの方向、又はクロスウェブとダウンウェブの夫々の方向に、ウェブ内に一連の弱められたティアーパターンを形成するステップであって、一連の弱められたティアーパターンは、電極構造の集団のメンバをウェブから解放せずに描写し、描写されるメンバは、力の適用によってウェブから、描写されるメンバを個別に分離することを容易にするように適応された一連の弱められたティアーパターンのメンバによって、少なくとも部分的に、個別に拘束される、形成するステップと、
    ウェブ内に一連のアラインメント特徴を形成するステップであって、当該一連のアラインメント特徴は、描写されるメンバに関するクロスウェブ又はダウンウェブ内に配置され、当該一連のアラインメント特徴は、ウェブ内の、電極構造の集団の描写されるメンバを個別に位置付けるように適応されている、形成するステップと
    を含む、方法。
  2. 前記一連の弱められたティアーパターン、前記一連のアラインメント特徴、又は、前記一連の弱められたティアーパターン及び前記一連のアラインメント特徴が、レーザにより形成される、請求項１に記載の方法。
  3. 前記ウェブの張力を制御することが、１つ以上のローラを用いて行われる、請求項１に記載の方法。
  4. 前記電気化学的に活性な材料層が、導電層の表面及び裏面の一方のみに存在する、請求項１に記載の方法。
  5. 前記電気化学的に活性な材料層が、導電層の表面と裏面の両方に存在する、請求項１に記載の方法。
  6. 前記電極構造の集団の描写されるメンバが、長さＬＥ、幅ＷＥ、高さＨＥを有し、
    ＷＥが前記ウェブの表裏面と、並びに、ダウンウェブ及びクロスウェブの方向とに、直交する方向で測定され、（ｉ）ＬＥがクロスウェブの方向で測定され、且つＨＥがダウンウェブの方向で測定され、又は、（ｉｉ）ＬＥがダウンウェブの方向で測定され、且つＨＥがクロスウェブの方向で測定され、
    ＷＥとＨＥとの夫々に対するＬＥの比が少なくとも５：１である（即ち、ＷＥに対するＬＥの比が、夫々、少なくとも５：１であり、ＨＥに対するＬＥの比が、夫々、少なくとも５：１である）、
    請求項１に記載の方法。
  7. ＷＥに対するＨＥの比が、夫々、少なくとも０．４：１である、請求項６に記載の方法。
  8. 導電層が正極集電体層または負極集電体層としての使用に適した材料を含む、
    請求項１に記載の方法。
  9. 前記電気化学的に活性な材料層が、陰極活性な材料を含む、請求項１に記載の方法。
  10. ウェブの張力を制御することが、５００重量グラム以下のウェブの張力を維持することを含む、
    請求項１に記載の方法。
  11. 前記電気化学的に活性な材料層が、陽極活性な材料を含む、請求項１に記載の方法。
  12. ウェブ内の電極構造の集団を描写するための方法であって、
    前記ウェブが、前面及び背面に対向する表面を有する導電層と、前面、背面又は前面及び背面の両方にある電気化学的に活性な材料層とを含み、前記ウェブが、ダウンウェブの方向及びクロスウェブの方向を有し、ダウンウェブ及びクロスウェブの方向は、相互に直交するものであり、
    前記方法は、
    開口部を確定する支持表面で前記ウェブの一部を支持するステップと、
    ダウンウェブの方向、クロスウェブの方向、またはクロスウェブおよびダウンウェブの夫々の方向に、前記ウェブ内に一連の弱められたティアーパターンを形成するステップであって、一連の弱められたティアーパターンは、電極構造の集団のメンバをウェブから解放せずに描写し、描写されるメンバは、力の適用によってウェブから、描写されるメンバを個別に分離することを容易にするように適応された一連の弱められたティアーパターンのメンバによって、少なくとも部分的に、個別に拘束される、形成するステップと、
    ウェブ内に一連のアラインメント特徴を形成するステップであって、当該一連のアラインメント特徴は、描写されるメンバに関するクロスウェブ又はダウンウェブ内に配置され、当該一連のアラインメント特徴は、ウェブ内の、電極構造の集団の描写されるメンバを個別に位置付けるように適応されている、形成するステップと
    を含み、
    前記弱められたティアーパターンを形成するステップと、前記一連のアラインメント特徴を形成するステップとの、少なくとも一方は、前記支持表面に画定される前記開口部の上部に位置するウェブの部分に対して行われる、
    方法。
  13. 前記弱められたティアーパターンを形成するステップ、及び、前記一連のアラインメント特徴を形成するステップの、少なくとも一方が、前記ウェブを介して複数の切り込みおよび穿孔を形成するステップを含む、
    請求項１２に記載の方法。
  14. 前記弱められたティアーパターンを形成するステップ、及び、前記一連のアラインメント特徴を形成するステップが、レーザ加工するステップを含み、
    加工されたウェブは、ウェブの方向における加工されていないウェブの強度の１０％から７５％の強度を有する、
    請求項１２に記載の方法。
  15. 前記加工されたウェブが、クロスウェブの方向において、加工されていないウェブの強度の５％から３０％の強度を有する、
    請求項１４に記載の方法。
  16. 前記レーザ加工するステップが、一連の外側穿孔と一連の内側穿孔とを形成するステップを含み、
    外側穿孔は内側穿孔よりも破壊強度が低い、
    請求項１４に記載の方法。
  17. 支持表面がアルミニウムを含む、
    請求項１２に記載の方法。
  18. 更に、前記弱められたティアーパターンを形成するステップ及び前記一連のアラインメント特徴を形成するステップの間に、前記ウェブに真空を適用するステップを含む、
    請求項１２に記載の方法。
  19. 前記支持表面が複数の開口部を含み、
    前記弱められたティアーパターンを形成するステップ及び前記一連のアラインメント特徴を形成するステップが、前記複数の開口部の異なるものの上に位置する前記ウェブの個々の部分で行われる、
    請求項１２に記載の方法。
  20. 前記弱められたティアーパターンを形成ステップ及び前記一連のアラインメント特徴を形成するステップが、レーザ加工するステップを含み、
    前記方法は、前記レーザ加工をするステップの前にクロスウェブの方向の少なくとも１つで前記ウェブに張力を加えるステップを、又は、前記レーザ加工をするステップの間にダウンウェブの方向で前記ウェブに張力を加えるステップを、
    含む、請求項１２に記載の方法。
  21. 前記アラインメント特徴と、前記クロスウェブの方向での前記ウェブの最も外側のエッジとの間に、前記ウェブの加工されていない部分を残すステップを、更に含む、
    請求項２０に記載の方法。
  22. 前記レーザ加工するステップの後に、回転ブラシを前記ウェブに接触させるステップを、更に含む、
    請求項２０に記載の方法。
  23. ウェブ内の電極構造または電極セパレータ構造の集団を描写する方法であって、
    前記ウェブは、ダウンウェブの方向、ダウンウェブの方向に直交するクロスウェブの方向、及び、電気絶縁層を含み、
    前記方法は、
    レーザ加工されるウェブの一部をレーザビームのレーザ焦点から約＋／－１００ミクロン以内になるように制御するステップと、
    クロスウェブの方向及びダウンウェブの方向の少なくとも一方で前記ウェブの部分をレーザ加工して、前記ウェブからメンバを解放することなく、前記ウェブ内の前記電極構造または前記電極セパレータ構造の集団のメンバを前記ウェブから解放せずに描写するステップと、
    前記電極構造または前記電極セパレータ構造の集団の各描写されたメンバを前記ウェブ内に配置するように適合したアラインメント特徴を前記ウェブ内に形成するステップと
    を含む、方法。
  24. 前記ウェブの一部を制御するステップが、前記レーザビームに実質的に平行な垂直軸の方向で前記ウェブを制御するステップを含む、
    請求項２３に記載の方法。
  25. 前記レーザ加工するステップが、
    １０ワットから５０００ワットの範囲内のレーザ出力を有するレーザで行われ、
    ファイバレーザであり、
    連続波（ｃｗ）、マイクロ秒（μｓ）、ナノ秒（ｎｓ）、ピコ秒（ｐｓ）およびフェムト秒（ｆｓ）のパルスタイプの一つ以上のレーザパルス幅タイプ、又はそれらの組み合わせが可能である、
    請求項２３に記載の方法。
  26. 前記アラインメント特徴が、不連続な弱められた部分の形成を補助するために使用される、請求項２３に記載の方法。
  27. 前記レーザ加工されるウェブが、前記ウェブの方向における加工されていないウェブの強度の１０％から７５％の強度を有する、
    請求項２３に記載の方法。
  28. 前記レーザ加工するステップが、支持表面の開口部上に位置する前記ウェブの一部に対して行われる、
    請求項２３に記載の方法。
  29. 前記支持表面がアルミニウムを含み、前記支持表面が前記レーザ加工するステップからの熱エネルギを放散する、請求項２８に記載の方法。
  30. 前記レーザ加工するステップの間に、前記ウェブに前記ダウンウェブの方向で張力を加えるステップを、更に含む、請求項２３に記載の方法。
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