JP2023553115A - 電極、電極スタックおよび電池の製造のための装置、システムおよび方法 - Google Patents

電極、電極スタックおよび電池の製造のための装置、システムおよび方法 Download PDF

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Abstract

二次電池電極アセンブリ製造のためウェブマージするプロセスは第１ウェブを移動する工程であって、第１ウェブは、電極サブユニットのための第１コンポーネント集団であって、第１コンポーネントが対応する弱化パターンにより画定される、第１コンポーネント集団と第１搬送フィーチャ集団とを含む、移動する工程を含む。電極サブユニットのための第２コンポーネント集団であって、第２コンポーネントが対応する弱化パターンにより画定される、第２コンポーネント集団と第２搬送フィーチャ集団とを含む、第２ウェブを移動する工程。受け部材搬送工程であって、受け部材は複数突起部を含む、工程。第１ウェブを受け部材で受ける。第１コンポーネントが第２コンポーネントと整列し、第２ウェブの搬送フィーチャが受け部材の複数の突起部により係合されるよう、第２ウェブを第１ウェブに重ね合わせる工程。第２ウェブマージ位置は第１ウェブのそれから間隔を空ける。

Description

関連出願との相互参照
本出願は、２０２０年１２月９日出願の米国仮特許出願第６３／１２３３２８号の優先権を主張するものであり、その全体が参照により本明細書に組み込まれる。
２０２０年１１月１８日出願の米国仮特許出願第６３／１１５２６６号、２０２０年９月１８日出願の米国仮特許出願第６３／０８０３４５号、および２０２０年９月２２日出願の米国仮特許出願第６３／０８１６８６号、２０１８年０８月０６日出願の米国仮特許出願第６２／７１５２３３号に対する優先権を主張する２０１９年８月６日出願の米国特許出願第１６／５３３０８２号、並びに、２０１７年１１月１５日出願の米国仮出願第６２／５８６７３７号及び２０１８年８月６日出願の米国仮特許出願第６２／７１５２３３号に対する優先権を主張する、２０１８年１１月１５日出願の国際特許出願第ＰＣＴ／ＵＳ２０１８／０６１２４５号。これらの各出願の内容は、参照によりその全体が本明細書に組み込まれる。
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。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二次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組立のためのシステムおよび方法に関する。
背景
リチウムベースの二次電池は、その比較的高いエネルギ密度、出力および保存寿命により、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などの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公知のエネルギ貯蔵デバイスは、典型的には、平面またはらせん状に巻かれた（すなわち、ジェリーロール）ラミネート構造などの二次元ラミナー構造を有し、各ラミネートの表面積は、（多孔性および表面粗さを無視する）その幾何学的フットプリントにほぼ等しい。
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である。電池１０は、正極２０と接触する正極集電体１５を含む。負極２５は、セパレータ層３０によって正極２０から分離されている。負極２５は負極集電体３５と接触している。図１に示すように、電池１０はスタック状に形成されている。スタックは、負極集電体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が組み立てられる。充電プロセス中、キャリアイオン（典型的にはリチウム）は正極２０を出て、セパレータ層３０を通って負極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カレート（例えば、合金を形成することなく負極材料のマトリックスに収まる）するか、負極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極２５から離れ、セパレータ層３０を通って正極２０に戻る。
三次元二次電池は、層状二次電池に比べて容量と寿命が向上する可能性がある。しかし、このような三次元二次電池の製造には、製造上およ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、欠陥が増加し、容量が低下し、電池の寿命が短くなる可能性がある。
したがって、公知技術の問題に対処しつつ、三次元電池を製造することが望まれる。
一実施形態は、二次電池用の電極アセンブリを製造するためにウェブをマージするプロセスであり、該プロセスにおいて、
第１の基材のウェブを第１のウェブマージ経路に沿って移動させる工程であって、第１の基材のウェブは、（ｉ）電極サブユニットのための第１のコンポーネントの集団であって、第１のコンポーネントは、対応する弱化パターンによって画定される、第１のコンポーネントの集団と、（ｉｉ）第１の搬送フィーチャの集団と、を含む、移動させる工程と、
第２の基材のウェブを第２のウェブマージ経路に沿って移動させる工程であって、第２の基材のウェブは、（ｉｉｉ）電極サブユニットのための第２のコンポーネントの集団であって、第２のコンポーネントは対応する弱化パターンによって画定される、第２のコンポーネントと、（ｉｖ）第２の搬送フィーチャの集団と、を含む、移動させる工程と；
第１のウェブマージ経路及び第２のウェブマージ経路に隣接する、ウェブマージ方向に受け部材を搬送する工程であって、受け部材は、第１の基材のウェブの第１の搬送フィーチャ及び第２の基材のウェブの第２の搬送フィーチャと係合するように構成された複数の突起部を備える、搬送する工程と、
第１の基材のウェブの搬送フィーチャが、ベルト上の複数の突起部の少なくとも一部によって係合されるように、第１のウェブマージ位置で、第１の基材のウェブを受け部材上で受ける工程と、
第１のコンポーネントが第２のコンポーネントと実質的に整列し、第２の基材のウェブの搬送フィーチャがベルト上で複数の突起部の少なくとも一部によって係合されるように、第２のウェブマージ位置において、受け部材上で第１の基材のウェブ上に第２の基材のウェブを重ね合わせる工程であって、第２のウェブマージ位置は、第１のウェブマージ位置からダウンウェブ方向に間隔を空けるものである、重ね合わせる工程と
含む。
別の実施形態は、二次電池用の電極アセンブリを製造するためにウェブをマージするプロセスであり、該プロセスにおいて、
第１の基材のウェブを第１のウェブマージ経路に沿って移動させる工程であって、第１の基材のウェブは、（ｉ）電極サブユニットのための第１の電極コンポーネントの集団であって、第１の電極コンポーネントは、対応する弱化パターンによって画定される、第１の電極コンポーネントの集団と、（ｉｉ）第１の搬送フィーチャの集団と、を含み、第１の基材のウェブは、電極材料のウェブを含む、移動させる工程と、
第２の基材のウェブを第２のウェブマージ経路に沿って移動させる工程であって、第２の基材のウェブは、（ｉｉｉ）対応する弱化パターンによって画定されるセパレータコンポーネントの集団と、（ｉｖ）第２の搬送フィーチャの集団と、を含み、第２の基材のウェブは、セパレータ材料のウェブを含む、移動させる工程と、
第１のウェブマージ経路及び第２のウェブマージ経路に隣接する、ウェブマージ方向に受け部材を搬送する工程であって、受け部材は、電極材料のウェブの第１の搬送フィーチャ及びセパレータ材料のウェブの第２の搬送フィーチャと係合するように構成された複数の突起部を備える、搬送する工程と、
電極材料のウェブ又はセパレータ材料のウェブの夫々の搬送フィーチャが、ベルト上の複数の突起部の少なくとも一部によって係合されるように、第１のウェブマージ位置で、電極材料のウェブ及びセパレータ材料のウェブの一方をベルト上で受ける工程と、
電極材料のウェブ又はセパレータ材料のウェブの他方の夫々の搬送フィーチャが、ベルト上で複数の突起部の少なくとも一部によって係合され、セパレータ構造体が第１の電極構造体と実質的に整列するように、電極材料のウェブ及びセパレータ材料のウェブの受け側の一方に、第２のウェブマージ位置で、電極材料のウェブ及びセパレータ材料のウェブの他方を重ね合わせる工程であって、第２のウェブマージ位置は、第１のウェブマージ位置からダウンウェブ方向に間隔を空けるものである、重ね合わせる工程と
含む。
別の実施形態は、積層ウェブの層状配列の電極サブユニットの集団から電極サブユニットを分離するためのプロセスであり、
該プロセスにおいて、各電極サブユニットは、対応する弱化パターンによって積層ウェブ内に画定され、
該プロセスは、
積層ウェブの層状配列の電極サブユニットを、受けユニットとパンチヘッドとの間のパンチ位置に位置決めする工程であって、受けユニットは、ベース、アライメントピン、及び可動プラットフォームを含む、位置決めする工程と、
受けユニットのアライメントピンを、電極サブユニットのフィデューシャルフィーチャを通して位置決めする工程と、
可動プラットフォームを電極サブユニットの下面と受けユニットのベースとの間の所定の位置に位置決めする工程と、
パンチヘッドを用いて電極サブユニットに力を加える工程であって、該力は、弱化パターンに沿って電極サブユニットを積層ウェブのアレイから分離するのに十分な大きさを有する、力を加える工程と
を含む。
さらに別の実施形態は、積層ウェブのアレイ内の電極サブユニットの集団から電極サブユニットを分離するシステムであり、該システムにおいて、
電極サブユニットは、対応する弱化パターンによって画定され、
該システムは、
そこから延びる少なくとも２つのアライメントピンを有する受けユニットであって、アライメントピンは、電極サブユニットの対応するフィデューシャルフィーチャと係合するように位置決めされ、電極サブユニットの第１の表面と対向する、受けユニットと、
少なくとも２つのパンチヘッドホールを含む可動パンチヘッドであって、パンチヘッドホールは、アライメントピンの対応する１つを受け入れるようにサイズ決めされて位置決めされ、パンチヘッドは、電極サブユニットの対向面に面するように位置決めされる、可動パンチヘッドと、
パンチヘッドに、弱化パターンに沿って積層ウェブのアレイから電極サブユニットを分離するのに十分な力を電極サブユニットの対向面に加えさせるように構成されたコントローラと
を含む。
さらに別の実施形態は、積層ウェブのアレイ内の電極サブユニットの集団から電極サブユニットを分離するシステムであり、該システムにおいて、
電極サブユニットは、対応する弱化パターンによって画定され、
該システムは
ベースと可動プラットフォームとを有する受けユニットであって、可動プラットフォームは、積層ウェブのアレイとベースとの間の所定の位置に選択的に位置決め可能である、受けユニットと、
電極サブユニットの対向面に対向するように位置決めされる可動パンチヘッドと、
パンチヘッドに、弱化パターンに沿って積層ウェブのアレイから電極サブユニットを分離するのに十分な力を電極サブユニットの対向面に加えさせるように構成されたコントローラであって、受けユニットの可動プラットフォームは、積層ウェブのアレイから分離された電極サブユニットを受けるように選択的に位置決めされる、コントローラと
を含む。
さらに別の実施形態は、二次電池用の電極アセンブリを製造するためにウェブをマージするシステムであり、該システムにおいて、
第１の基材のウェブを第１のウェブマージ経路に沿って移動させるように構成された第１のマージゾーンであって、第１の基材のウェブは、電極サブユニットのための第１のコンポーネントの集団と第１の搬送フィーチャの集団とを含み、第１のコンポーネントは、対応する弱化パターンによって画定される、第１のマージゾーンと、
第２の基材のウェブを第２のウェブマージ経路に沿って移動させるように構成された第２のマージゾーンであって、第２の基材のウェブは、電極サブユニットのための第２のコンポーネントの集団と第２の搬送フィーチャの集団とを含み、第２のコンポーネントは、対応する弱化パターンによって画定される、第２のマージゾーンと、
複数の突起部を含む受け部材であって、該受け部材は、第１のウェブマージ経路及び第２のウェブマージ経路に隣接して配置され、該複数の突起部は、第１の基材のウェブの第１の搬送フィーチャ、及び第２の基材のウェブの第２の搬送フィーチャと係合するように構成されている、受け部材と
を含み、
第１のマージゾーンは、第１の基材のウェブの搬送フィーチャがベルト上の複数の突起部の少なくとも一部によって係合されるように、第１のウェブマージ位置にて、第１の基材のウェブを受け部材上に搬送するように適合され、
第２のマージゾーンは、第２のコンポーネントが第１のコンポーネントと実質的に整列し、第２の基材のウェブの搬送フィーチャがベルト上の複数の突起部の少なくとも一部によって係合されるように、第２のウェブマージ位置にて、第２の基材のウェブを受け部材上に搬送するように適合され、
第２のマージゾーンは、第１のマージゾーンからダウンウェブ方向に間隔を空けるものである。
図１は、既存の（先行技術の）層状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好適な一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好適な一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好適な一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断上面図である。 図６は、その上に形成された電極パターンを有する例示的な基材のウェブの上面図である。 図６Ａは、例示的な負極としての基材のウェブの一部の透視図である。 図６Ｂは、例示的な正極としての基材のウェブの一部の透視図である。 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に電極パターンを含む電極材料のウェブに形成された基材の等角図である。 図８Ａは、図８の電極材料のウェブの一部の上面図である。 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好適な一実施形態の上面図である。 図１１は、図１０に示す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好適な一実施形態の等角図である。 図１３は、本開示の好適な一実施形態によるチャックの上面図である。 図１４は、本開示による合体および積層配置の部分概略図である。 図１４Ａは、本開示によるマージゾーンの部分側面図である。 図１４Ｂは、図１４Ａの積層デバイスの巻き戻しセクションの一部を例示する拡大詳細図である。 図１４Ｃ１～３は、本開示によるマージ配置の側面図、上面図および正面図である。 図１４Ｃ１～３は、本開示によるマージ配置の側面図、上面図および正面図である。 図１４Ｃ１～は、本開示によるマージ配置の側面図、上面図および正面図である。 図１４Ｄは、本開示の電極製造システムの電極材料張力付与セクションの等角図である。 図１４Ｅ１～４は、本開示の実施形態によるテーパなし突起部（上）およびテーパ付き突起部（下）の側面図および上面図を含む。 図１４Ｅ１～４は、本開示の実施形態によるテーパなし突起部（上）およびテーパ付き突起部（下）の側面図および上面図を含む。 図１４Ｅ１～４は、本開示の実施形態によるテーパなし突起部（上）およびテーパ付き突起部（下）の側面図および上面図を含む。 図１４Ｅ１～４は、本開示の実施形態によるテーパなし突起部（上）およびテーパ付き突起部（下）の側面図および上面図を含む。 図１４Ｆ１～３は、本開示の実施形態による逆回転ブラシの等角図（左）、上面図（中央）および側面図（右）を示す。 図１４Ｆ１～３は、本開示の実施形態による逆回転ブラシの等角図（左）、上面図（中央）および側面図（右）を示す。 図１４Ｆ１～３は、本開示の実施形態による逆回転ブラシの等角図（左）、上面図（中央）および側面図（右）を示す。 図１４Ｇは、本開示の実施形態によるマージスプロケットを有するウェブの図１４Ｂに示す初期接触点の拡大図を示す。 図１４Ｈ１～３は、本開示の実施形態によるマージスプロケットと相互作用するウェブの３つの図、側面図（ｉ）、上面図（ｉｉ）および等角図（ｉｉｉ）を示す。 図１４Ｈ１～３は、本開示の実施形態によるマージスプロケットと相互作用するウェブの３つの図、側面図（ｉ）、上面図（ｉｉ）および等角図（ｉｉｉ）を示す。 図１４Ｈ１～３は、本開示の実施形態によるマージスプロケットと相互作用するウェブの３つの図、側面図（ｉ）、上面図（ｉｉ）および等角図（ｉｉｉ）を示す。 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１５Ａは、本開示による電極材料のウェブの部分上面図である。 図１６Ａは、本開示による電極サブユニットの多層スタックの側面図である。 図１６Ｂは、図１６Ａの電極サブユニット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、本開示による積層セルの等角図である。 図１８Ａ及び図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連続等角図である。 図１８Ａ及び図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連続等角図である。 図１９は、本開示のシステムのマージセクションの側面図である。 図２０は、本開示の大容量積層システムの側面図である。 図２０Ａは、図２０の大量積み重ねシステムの下の歯付きの部分的なクローズアップ図である。 図２１は、本開示による受けユニットの透視図である。 図２２は、図２１の受けユニットの正面図である。 図２３は、本開示の打ち抜き積み重ねシステムの一実施形態の概略図である。 図２４Ａ、図２４Ｂおよび図２４Ｃは、それぞれ、本開示の電極サブユニット、電極サブユニットおよび一連の積層電極サブユニットを強調するマージ材料ウェブの上面図である。 図２４Ａ、図２４Ｂおよび図２４Ｃは、それぞれ、本開示の電極サブユニット、電極サブユニットおよび一連の積層電極サブユニットを強調するマージ材料ウェブの上面図である。 図２４Ａ、図２４Ｂおよび図２４Ｃは、それぞれ、本開示の電極サブユニット、電極サブユニットおよび一連の積層電極サブユニットを強調するマージ材料ウェブの上面図である。 図２４Ｄは、電極サブユニットの集団を含むマージ材料ウェブの実施形態の切断図である。 図２４Ｅは、本開示の受けユニットの等角図である。 図２４Ｆは、その上に積層されている電極サブユニットの集団を有するレシービングユニットを示す正面図である。 図２５は、本開示の打ち抜き積層システムのデマージスプロケットの等角図である。 図２６Ａは、本開示の実施形態による打ち抜き作業中のパンチヘッドの上面図である。 図２６Ｂは、図２６Ａに示すパンチヘッドの等角図である。 図２６Ｃは、図２６Ａの部分２６Ｃの詳細図である。
本明細書で使用される「Ａ」、「ａｎ」、および「ｔｈｅ」（すなわち、単数形）は、文脈上明らかにそうでないことが指示されない限り、複数の参照語を指す。例えば、１つの例において、「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。さらに一例を挙げると、約１，０００μｍは９００μｍ～１，１００μｍを含む。別段の指示がない限り、本明細書および特許請求の範囲において使用される量（例えば、測定値など）などを表すすべての数値は、すべての場合において「約」という用語によって修飾されるものと理解される。したがって、反対の指示がない限り、以下の明細書および添付の特許請求の範囲に記載されている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、報告された有効数字の桁数を考慮し、通常の丸め技術を適用して解釈されるべきである。
本明細書において二次電池の文脈で使用される「アノード」とは、二次電池の負極を指す。
本明細書で使用される「アノード材料」または「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。
二次電池の文脈で用いられる「カソード」とは、二次電池の正極を意味する。
本明細書で使用される「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。
充電状態と放電状態との間の二次電池のサイクルという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った場合は充電状態、第１の状態が充電状態であった場合は放電状態）に電池をサイクル内で移動させるために電池を充電および／または放電し、その後、サイクルを完了するために電池を第１の状態に戻すことを指す。例えば、充電状態と放電状態の間の二次電池の単一サイクルには、充電サイクルのように、放電状態から充電状態に電池を充電し、その後放電状態に戻してサイクルを完了させる放電を含むことができる。単一サイクルには、放電サイクルのように、充電状態から放電状態へバッテリを放電し、その後充電状態へ充電してサイクルを完了することも含まれる。
本明細書で使用する「電気化学的活性材料」とは、アノード活性材料またはカソード活性材料を意味する。
本明細書で使用される「電極」とは、文脈上明らかにそうでないことが示されない限り、二次電池の負極または正極を指す場合がある。
本明細書で使用される「電極集電体層」は、アノード（例えば、負）集電体層、又はカソード（例えば、正）集電体層を指す場合がある。
本明細書で使用される「電極材料」は、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、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、文脈がそうでないことを明確に示さない限り、電池で使用するように適合されたアノード構造（例えば、負極構造）またはカソード構造（例えば、正極構造）を指す場合がある。
本明細書で使用する「縦軸」、「横軸」、および「縦軸」は、互いに直交する軸（すなわち、それぞれが互いに直交する軸）を指す。例えば、本明細書で使用される「縦軸」、「横軸」、および「縦軸」は、三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。このように、本明細書において開示される主題の要素の説明は、要素の三次元的な配向を記述するために使用される特定の軸または軸に限定されない。あるいは、軸は、開示される主題の三次元的側面を参照する際に交換可能であってもよい。
「弱化領域」とは、弱化領域の局所的な破断強度が非弱化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、穿孔などの加工操作を受けたウェブの部分を指す。
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、電池コンポーネントの製造速度を改善する、三次元二次電池などの電池用電極コンポーネントの製造のための装置、システムおよび方法に関する。
電池に使用される電極およびセパレータを含む電極コンポーネントを製造する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、または装置を含む。製造システム１００を、まず、図２に関して一般的に説明し、その後、より広範な製造システム１００を紹介した後に、各コンポーネントの追加的な詳細をさらに説明する。
図示された例示的な実施形態では、製造システム１００は、基材のウェブ１０４を保持して巻き戻すための基材巻き戻しローラ１０２を含む。基材のウェブ１０４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、アノード材料のウェブまたはカソード材料のウェブ）、セパレータ材料などであってもよい。基材のウェブ１０４は、ロール状に巻かれた薄いシート状の材料であり、基材巻き出しローラ１０２上に配置するための大きさの中心貫通孔を有する。いくつかの実施形態では、基材のウェブ１０４は、例えば、電極集電体層（すなわち、アノード集電体層またはカソード集電体層）、およびその少なくとも１つの主要面上の電気化学的に活性な材料層（すなわち、アノード活性材料層またはカソード活性材料層）を含む多層材料であり、他の実施形態では、基材のウェブは単層（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、または製造システム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材料から形成されてもよい。一実施形態では、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、基材のウェブ１０４は、基材のウェブ１０４の巻き戻しを容易にするために、エッジガイド１０６を横切って通される。一実施形態では、エッジガイド１０６は、貫通ビームタイプの光学センサを使用して、固定基準点に対する基材のウェブ１０４の一方のエッジの位置を検出する。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、一般に巻戻しローラ１０２に送られ、このローラは、基材のウェブ１０４の移動方向に対して垂直な方向に移動する。この実施形態では、基材のウェブ１０４は次に、アイドラ１０８ａの周囲を通過し、スプライシングステーション１１０に入る。（アイドルローラとも呼ばれることがある）アイドラ１０８ａは、基材のウェブ１０４の適切な位置決めおよび張力の維持を容易にするとともに、基材のウェブ１０４の方向を変えることを容易にする。図２に示す実施形態では、アイドラ１０８ａは、基材のウェブ１０４を垂直方向に受け取り、基材のウェブ１０４が入力方向から実質的に９０度の出力方向にアイドラ１０８ａから離れるように、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が理解されるべきである。いくつかの実施形態では、製造システム１００は、複数のアイドラ１０８ａ～１０８ｘを使用して、基材のウェブが製造システム１００を通って搬送されるときに、基材のウェブの方向を１回または複数回変えることができる。アイドラ１０８ａ～１０８ｘは、金属、金属合金、複合材、プラスチック、ゴム、または製造システム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はステンレス鋼製であり、直径１インチ（２５．４ｍｍ）×長さ１８インチ（４５７．２ｍｍ）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することを容易にするように構成されている。好適な一実施形態では、基材のウェブ１０４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、第１の基材のウェブ１０４が巻き戻されると、第１のウェブの後縁と第２のウェブの前縁とが互いに隣接するように、第２の基材のウェブ１０４の前縁（図示せず）がスプライシングステーション１１０内に巻き戻される。次に、ユーザは、粘着テープなどの粘着剤を塗布して、第２のウェブの前縁を第１のウェブの後縁に接合し、２つのウェブの間に継ぎ目を形成し、連続した基材のウェブを作成することができる。このような工程は、ユーザの指示により、多数の基材のウェブ１０４に対して繰り返すことができる。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スプライシングして１つの連続ウェブを形成す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、基材のウェブ１０４は、ニップローラ１１２に入るようにダウンウェブ方向ＷＤに搬送される。ニップローラ１１２は、基材のウェブ１０４が製造システム１００を通って搬送される速度の制御を容易にするように構成されている。一実施形態では、ニップローラ１１２は、その間にニップを画定する空間を有する少なくとも２つの隣接するローラを含む。ニップは、基材のウェブ１０４が、基材のウェブ１０４を移動させるためにローラの摩擦を許容するのに十分な圧力で、（「ニップローラ」とも呼ばれる）隣接する２つのローラ１１４の各々に押し付けられるが、基材のウェブ１０４に著しい変形または損傷を与えないように十分低い圧力で押し付けられるような大きさである。いくつかの好適な実施形態では、ニップローラ１１４によって基材のウェブ１０４に対して及ぼされる圧力は、ウェブのクロスウェブスパンＳＷ（すなわち、クロスウェブ方向ＸＷＤのウェブの端から端までの距離）（図６、図８Ａ）を横切って、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、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、または２１０ポンドなどの、０～２１０ポンドの力の間に設定される。
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、隣接するローラのもう１つは低摩擦受動ローラである。コンプライアントローラは、基材のウェブ１０４に十分なグリップ力を与え、基材のウェブ１０４に押し力または引き力を与えて製造システム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作られた少なくとも外面を有することができる。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３．８６３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２．５４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位置に配置するように調整可能な、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）の外径を有する。一実施形態では、１つ以上のゴム製リングがローラ上に配置され、基材のウェブ１０４をダウンウェブ方向ＷＤに駆動するために、基材のウェブ１０４にその連続外縁で接触する。従って、基材のウェブ１０４の速度は、ユーザインタフェース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って制御される。実施形態では、ウェブ方向のウェブの速度は、０．００１ｍ／秒から１０ｍ／秒になるように制御される。実施形態において、ウェブ方向ＷＤのウェブの最高速度は、ウェブが本明細書でさらに説明されるように適切な整列、平坦性および張力を維持するように、ウェブおよびシステムコンポーネントの慣性によって指示される。他の実施形態では、隣接するローラ１１４の各々は、製造システム１００が本明細書で説明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てもよい。隣接するローラ１１４のいずれか一方または両方は、ニップを通過する基材のウェブ１０４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が理解されるべきである。製造システム１００は、製造システム１００を通って搬送される基材のウェブ１０４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フェース１１６を介して制御することができる。複数のニップローラが使用される場合、ニップローラの各々は、基材のウェブ１０４が製造システム１００を通って円滑に搬送されるように、ユーザインタフェース１１６を介して同じ速度に設定され得る。実施形態では、基材のウェブ１０４のウェブ方向ＷＤの速度は、０．００１ｍ／秒から１０ｍ／秒になるように制御される。
製造システム１００はまた、ダンサ１１８を含むことができる。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の一対のローラ間は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、それにより、基材のウェブ１０４の張力を受動的に調整することができる。例えば、基材のウェブ１０４の張力が所定の閾値を超えると、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の張力を低下させる。従って、ダンサ１１８は、適切な張力が基材のウェブ上で一貫して維持されることを確実にするために、ダンサの質量（例えば、一対のローラのうちの１つまたは複数の質量）、バネ、トーションロッド、またはユーザインタフェース１１６を介してユーザが調整可能または制御可能であり得る他のバイアス／張力付与装置を単独で使用してもよい。一実施形態では、ダンサ１１８の質量およびダンサの慣性は、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り、５００グラム重以下でのウェブ張力を可能にするよう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グラム重以下で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のウェブ１０４の張力を可能にするようにカウンターバランスされている。
製造システム１００は、１つ以上のレーザシステム１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃを含む。図２に示される実施形態は、３つのレーザシステム１２０ａ～ｃを含むが、製造システム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ために、任意の数のレーザシステムが使用されてもよいことが理解されるべきである。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、切断プレナム３０４（図３）に向かってレーザビーム３０２を放出するように構成されたレーザデバイス３００を含む。図示の実施形態では、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、図４および図１３に最もよく示されており、以下にさらに説明する。好適な一実施形態では、また図４に図示されているように、レーザシステム１２０に隣接して、１つ以上の検査システム３１０、３１２が設けられており、これは、カメラなどの視覚検査装置であってもよく、あるいは、製造システム１００が本明細書でさらに説明されるように機能することを可能にする任意の他の好適な検査システムであってもよい。
図２に示される例示的な製造システム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、基材のウェブ１０４から屑（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の製造システム１００は、本明細書でさらに説明するように、欠陥を識別する検査装置１２８と、識別された欠陥の位置を特定するために基材のウェブ１０４に印を付ける関連欠陥マーキングデバイス１３０とを含む。
好適な一実施形態では、基材のウェブ１０４は、インタリーフ材１３８のウェブと共に巻き取りローラ１３４を介して巻き取られ、インタリーフ材１３８によって分離された電極の層を有する電極１４０のロールを作成するために、インタリーフ材ローラ１３６を介して巻き戻される。いくつかの実施形態では、基材のウェブ１０４は、インタリーフ材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、１３２、アイドラ１０８ａ～ｘ、及びダンサ１１８ａ～ｘは、製造システム１００を通して基材のウェブ１０４を搬送するための搬送システムと一緒に呼ばれることがあ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のウェブ１０４の搬送とは、生産システムを通して基材のウェブ１０４をウェブ方向ＷＤに意図的に移動させることを指す。
図５を参照すると、基材のウェブ１０４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部品の製造に適した任意の材料であってよい。例えば、基材のウェブ１０４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、基材のウェブ１０４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布材料である。
別の好適な実施形態では、やはり図５を参照すると、基材のウェブ１０４は、アノード集電体層５０６およびアノード活性材料層５０８を含むことができるアノード材料５０２のウェブである。アノード集電体層５０６は、銅、銅合金などの導電性金属、または負極集電体層として好適な他の材料からなる場合がある。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の層およびアノード集電体層５０６の第２の対向表面上の第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とは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、基材のウェブ１０４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、基材のウェブのダウンウェブ方向ＷＤの長さと基材のウェブ１０４のクロスウェブ方向ＸＷＤ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指す。
一般に、基材のウェブ１０４がアノード材料のウェブである場合、そのアノード活性材料層は（それぞれ）少なくとも約１０μｍの厚さを有する。例えば、一実施形態では、アノード活性材料層は（それぞれ）少なくとも約４０μｍの厚さを有する。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は、（それぞれ）少なくとも約８０μｍの厚さを有する。さらなる例として、このような一実施形態では、アノード活性材料層は（それぞれ）少なくとも約１２０μｍの厚さを有する。しかしながら、典型的には、アノード活性材料層は、（それぞれ）約６０μｍ未満、あるいは約３０μｍ未満の厚さを有する。
例示的なアノード活性材料としては、グラファイト、軟質炭素または硬質炭素などの炭素材料、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）、またはリチウムをインタカレートするか、または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、酸化物、窒化物、および化合物の範囲のいずれかが挙げられる。アノード材料を構成することができる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、ホウ素、ガリウム、ケイ素、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、グラファイト、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などが、挙げられる。１つの例示的な実施形態において、アノード活性材料は、アルミニウム、スズ、またはケイ素、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、またはそれらの他の合金からなる。別の例示的な実施形態では、アノード活性材料は、ケイ素、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、アノード活性材料は、充電及び放電プロセス中にリチウムイオン（又は他のキャリアイオン）が負極活性材料に取り込まれるか、又は負極活性材料から離脱する際の体積膨張及び収縮に対応するために、有意なボイド体積分率を提供するように微細構造化される。一般的に、アノード活性材料層のボイド体積率は少なくとも０．１である。しかしながら、典型的には、（各）アノード活性材料層のボイド体積率は０．８以下である。例えば、一実施形態では、アノード活性材料層のボイド体積率は約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の（各々の）ボイド体積率は約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の（各々の）ボイド体積率は約０．２５～約０．６である。
微細構造化アノード活性材料の組成およびその形成方法に応じて、微細構造化アノード活性材料は、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、またはそれらの組み合わせ、例えば、マイクロポーラスとメソポーラスとの組み合わせ、またはメソポーラスとマクロポーラスとの組み合わせから構成され得る。マイクロポーラス材料は、典型的には、１０ｎｍ未満の細孔寸法、１０ｎｍ未満の壁寸法、１～５０マイクロメートルの細孔深さ、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、分岐した細孔によって特徴付けられる細孔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孔または樹枝状孔によって特徴付けられる孔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、直線状、分岐状、樹枝状、および平滑壁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、空隙容積は、開空隙もしくは閉空隙、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、ボイド容積は開口ボイドからなり、すなわち、負極活性材料は、負極活性材料の側方表面に開口部を有するボイドを含み、この開口部を通じてリチウムイオン（または他のキャリアイオン）がアノード活性材料に出入りすることができ、例えば、リチウムイオンは、カソード活性材料を出た後、ボイド開口部を通じてアノード活性材料に入ることができる。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、アノード活性材料はアノード活性材料で囲まれた空隙を含む。一般に、開空隙はキャリアイオンに対してより大きな界面表面積を提供することができるが、閉鎖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で、それぞれがキャリアイオンの進入に伴うアノード活性材料の膨張の余地を提供する。従って、特定の実施形態では、アノード活性材料が開空隙と閉空隙の組合せからなることが好ましい。
一実施形態では、アノード活性材料は、多孔質のアルミニウム、スズ、またはケイ素、またはそれらの合金、酸化物、または窒化物からなる。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、フッ化水素酸と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技術分野で公知の他の方法によって形成することができる。さらに、多孔性アノード活性材料は、一般に、少なくとも約０．１、０．８未満の気孔率を有し、約１～約１００マイクロメートルの厚さを有する。例えば、一実施形態では、アノード活性材料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の気孔率を有する。さらなる例として、このような一実施形態では、アノード活性材料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の気孔率を有する。
別の実施形態では、アノード活性材料層は、アルミニウム、スズ、ケイ素、またはそれらの合金の繊維からなる。個々の繊維は、約５ｎｍ～約１０，０００ｎｍの直径（厚さ寸法）およびアノード活性材料の厚さに概ね対応する長さを有することができる。ケイ素の繊維（ナノワイヤ）は、例えば、化学気相成長法、または気相液体固体（ＶＬＳ）成長法、固体液体固体（ＳＬＳ）成長法などの当該技術分野で公知の他の技術によって形成することができる。さらに、アノード活性材料は、一般に、少なくとも約０．１、０．８未満の気孔率を有し、約１～約２００マイクロメートルの厚さを有する。例えば、一実施形態では、アノード活性材料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の気孔率を有する。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の気孔率を有する。
一般に、アノード集電体は、少なくとも約１０３シーメンス／ｃｍの導電率を有する。例えば、そのような一実施形態では、アノード集電体は少なくとも約１０４シーメンス／ｃｍの導電率を有する。さらなる例として、そのような一実施形態では、アノード集電体は、少なくとも約１０５シーメンス／ｃｍの導電率を有する。アノード集電体として使用するのに適した例示的な導電性材料には、銅、ニッケル、コバルト、チタン、タングステンなどの金属、およびそれらの合金が含まれる。
再び図５を参照すると、別の好適な実施形態では、基材のウェブ１０４は、カソード集電体層５１０およびカソード活性材料層５１２を含み得るカソード材料５０４のウェブである。カソード材料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として使用するのに適した他の材料からなることができる。カソード活性材料層５１２は、カソード集電体層５１０の第１の表面上に第１の層として形成され、カソード集電体層５１０の第２の対向表面上に第２の層として形成され得る。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コーティングすることができる。本明細書では、集電体と導電体を互換的に使用することができることに留意されたい。同様に、カソード活性材料層５１２は、カソード集電体層５１０の片面または両主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、基材のウェブ１０４がカソード材料のウェブである場合、そのカソード活性材料層は少なくとも約２０μｍの厚さを有する。例えば、一実施形態では、カソード活性材料層は（それぞれ）少なくとも約４０μｍの厚さを有する。さらなる例として、このような一実施形態では、カソード活性材料層（単数または複数）は、それぞれ）少なくとも約６０μｍの厚さを有する。さらなる例として、このような一実施形態では、カソード活性材料層は（それぞれ）少なくとも約１００μｍの厚さを有する。しかしながら、典型的には、カソード活性材料層は（それぞれ）約９０μｍ未満、あるいは約７０μｍ未満の厚さを有する。
例示的なカソード活性材料には、広範囲のカソード活性材料のいずれかが含まれる。例えば、リチウムイオン電池の場合、カソード活性材料としては、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、及びリチウム－遷移金属窒化物から選択されるカソード活性材料を選択的に用いることができる。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などが挙げられる。追加のカソード活性材料には、ＬｉＣｏＯ２、ＬｉＮｉ０．５Ｍｎ１．５Ｏ４、Ｌｉ（ＮｉｘＣｏｙＡｌｚ）Ｏ２、ＬｉＦｅＰＯ４、Ｌｉ２ＭｎＯ４、Ｖ２Ｏ５、モリブデンオキシ硫化物、リン酸塩、ケイ酸塩、バナジン酸塩、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が含まれる。
一般に、カソード集電体は、少なくとも約１０３シーメンス／ｃｍの電気伝導度を有する。例えば、そのような一実施形態では、カソード集電体は、少なくとも約１０４シーメンス／ｃｍの導電率を有する。さらなる例として、そのような一実施形態では、カソード集電体は、少なくとも約１０５シーメンス／ｃｍの導電率を有する。例示的なカソード集電体には、アルミニウム、ニッケル、コバルト、チタン、タングステンなどの金属、およびそれらの合金が含まれる。
再び図５を参照すると、別の好適な実施形態では、基材のウェブ１０４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ている。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多孔性セパレータ材料を含む。例えば、一実施形態では、微多孔性セパレータ材料は、少なくとも５０Å、より典型的には約２，５００Åの範囲の直径、および約２５％～約７５％、より典型的には約３５～５５％の範囲の気孔率を有する細孔を含む。
一般に、基材のウェブ１０４が電気絶縁性セパレータ材料のウェブである場合、電気絶縁性セパレータ材料は少なくとも約４μｍの厚さを有する。例えば、一実施形態では、電気絶縁性セパレータ材料は少なくとも約８μｍの厚さを有する。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は、少なくとも約１２μｍの厚さを有する。さらなる例として、そのような実施形態の１つでは、電気絶縁性セパレータ材料は、少なくとも約１５μｍの厚さを有する。しかし通常、電気絶縁性セパレータ材料は、約１２μｍ未満、あるいは約１０μｍ未満の厚さを有する。
一実施形態において、微多孔性セパレータ材料は、微粒子材料とバインダとからなり、少なくとも約２０ｖｏｌ％の気孔率（ボイド率）を有する。微多孔性セパレータ材料の気孔は、少なくとも５０Åの直径を有し、典型的には約２５０～２５００Åの範囲内に入る。マイクロポーラスセパレータ材料は、典型的には約７５％未満の気孔率を有する。一実施形態では、マイクロポーラスセパレータ材料は、少なくとも約２５ｖｏｌ％の気孔率（ボイド率）を有する。一実施形態では、微多孔性セパレータ材料は、約３５～５５％の気孔率を有する。
微多孔性セパレータ材料のバインダは、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る有機材料である。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誘導されるフルオロポリマである。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、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、およ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択される。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２種以上のコポリマまたはブレンドである。
微多孔性セパレータ材料によって構成される微粒子材料もまた、広範囲の材料から選択することができる。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、微孔性セパレータ材料に接触する電池電極または集電体の動作電圧下で腐食しない。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、一実施形態において、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率を有する。さらなる例として、一実施形態において、粒子状材料は、１×１０－６Ｓ／ｃｍ未満のキャリアイオンに対する伝導度を有する。例示的な粒子状材料としては、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、シリカキセロゲル、シリカゾル、コロイダルシリカ、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、またはこれらの組み合わせが挙げられる。例えば、一実施形態において、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からなる。例えば、Ｐ．ＡｒｏｒａおよびＪ．Ｚｈａｎｇ，”Ｂａｔｔｅｒｙ Ｓｅｐａｒａｔｏｒｓ” ，Ｃｈｅｍｉｃａｌ Ｒｅｖｉｅｗｓ ２００４，１０４，４４１９－４４６２を参照されたい。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。一実施形態では、粒子状物質は約５００ｎｍ～１マイクロメートルの平均粒径を有する。
代替実施形態では、マイクロポーラス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れる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させることができる。
組み立てられたエネルギ貯蔵デバイスにおいて、微多孔性セパレータ材料は、二次電池電解質として使用するのに適した非水電解質を浸透させる。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、ＬｉＢｒなどの無機リチウム塩、およびＬｉＢ（Ｃ６Ｈ５）４、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）２、ＬｉＮ（ＳＯ２ＣＦ３）３、ＬｉＮＳＯ２ＣＦ３、ＬｉＮＳＯ２ＣＦ５、ＬｉＮＳＯ２ＣＦ４Ｆ９、ＬｉＮＳＯ２ＣＦ５Ｆ１１、ＬｉＮＳＯ２ＣＦ６Ｆ１３、およびＬｉＮＳＯ２ＣＦ７Ｆ１５のような有機リチウム塩が挙げられる。リチウム塩を溶解する有機溶媒としては、環状エステル、鎖状エステル、環状エーテル、鎖状エーテルなどが例示される。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、ジメチルカーボネート、ジエチルカーボネート、ジブチルカーボネート、ジプロピルカーボネート、メチルエチルカーボネート、メチルブチルカーボネート、メチルプロピルカーボネート、エチルブチルカーボネート、エチルプロピルカーボネート、ブチルプロピルカーボネート、アルキルプロピオネート、ジアルキルマロネート、アルキルアセテートなどが挙げられる。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－ジオキソランなどが挙げられる。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、および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。
一実施形態では、基材のウェブ１０４は、それぞれ、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接着テープ層（図示せず）を接着させることができる。この粘着層は、不要な材料や破片を除去するためのアブレーションや切断（後述）の後に除去することができる。
レーザシステム１２０ａ～ｃの実施形態を、図２～６を参照してさらに説明する。基材のウェブ１０４は、ウェブ方向ＷＤにレーザシステム１２０に入る。一実施形態では、基材のウェブ１０４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に入る。従って、第１の状態４００の基材のウェブ１０４は、初期状態から実質的に欠陥または変化を有さないはずである。基材のウェブ１０４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を通過する基材のウェブ１０４に真空圧をかける。真空孔４０６は、基材のウェブ１０４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、千鳥状にしたり、面取りしたりすることができる。孔の断面積は、基材のウェブ１０４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、真空からの適切な空気流をそこに通すのに十分な大きさでなければならない。真空圧は、基材のウェブ１０４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、切断またはアブレーションプロセス中に基材のウェブ１０４に接触するときにレーザビーム３０２が焦点にあることを確実にするために、基材のウェブ１０４をレーザ出力３１３から実質的に一定の距離に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、基材のウェブ１０４がチャック３０６を横切って実質的に平坦な状態を保ち、加工中に浮き上がったり座屈したりしないように、例えばユーザインタフェース１１６を介してリアルタイムで監視および調整することができる。真空孔の断面形状は、円形、正方形、長方形、楕円形、またはチャック３０６が本明細書で説明するように機能することを可能にする他の形状であってもよい。
図４に見られるように、チャック３０６は、上流側エッジ４１２と下流側エッジ４１４によって画定された開口部４１０を含んでいる。図示のチャック３０６は、下流側エッジ４１４に面取り４１６を含む。この実施形態では、面取り４１６は、基材のウェブ１０４が下流側エッジ４１４に引っ掛かったり引っ掛かったりすることなく、基材のウェブ１０４が下流側エッジ４１４上を通過するのを容易にする。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角度であってよい。図示の実施形態では、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上を通過する基材のウェブ１０４のたわみよりも大きければ、性能が向上することが判明している。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る。しかし、チャック３０６は、アルミニウム合金、複合材、金属もしくは金属合金、またはチャック３０６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任意の他の適切な材料から形成されてもよい。
好適な一実施形態では、基材のウェブ１０４にアブレーション４０４（図４）を形成するために、まず基材のウェブ１０４がレーザビーム３０２（図３）によってアブレーションされる。一実施形態では、基材のウェブ１０４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）を露出させる。別の実施形態では、基材のウェブ１０４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、（カソード集電体及びアノード集電体をそれぞれ二次電池の正極端子及び負極端子に電気的に接続するように適合される）電極タブ５２０として構成される。基材のウェブ１０４にアブレーション４０４を形成するためにレーザシステム１２０ａを使用する場合、レーザビーム３０２の出力は、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可能であるが、集電体層を損傷または切断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フェース１１６を介して制御され、基材のウェブ１０４が動いていてダウンウェブ方向ＷＤに搬送されている間にアブレーション４０４を形成する。アブレーション４０４は、図５に最もよく示すように、基材のウェブ１０４の両側に形成される。一実施形態では、アブレーション４０４を形成した後、レーザシステム１２０ａは、本明細書でさらに説明するように、フィデューシャルフィーチャ６０２（穴など）を形成する。別の実施形態では、複数のレーザを使用して、基材のウェブ１０４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をそれぞれ形成し、製造システム１００のスループットを向上させることができる。
図２、図３および図４をさらに参照すると、生産プロセスの別の段階では、基材のウェブ１０４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方向ＷＤに搬送される。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上を通過する基材のウェブ１０４に真空圧をかける。好適な一実施形態では、開口部４１０は、クロスウェブ方向ＸＷＤにおいて基材のウェブ１０４の幅全体が開口部４１０上に懸架されるように、基材のウェブ１０４よりもクロスウェブ方向ＸＷＤに広い。一実施形態では、チャック３０６に対向する基材のウェブ１０４の圧力を均等化するように構成された第２の真空が存在してもよい。この実施形態では、圧力の均等化により、開口部４１０上を通過する際に、基材のウェブ１０４を実質的に平坦／平面状態に、かつ一定の高さに維持することが容易になり、基材のウェブ１０４上へのレーザビーム３０２の焦点を維持することが容易になる。一実施形態では、基材のウェブ１０４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、低タック接着剤または静電ピン止めを用いて基材のウェブに取り外し可能に取り付けられる。このような実施形態では、取り付け具は、処理中に基材のウェブに取り付けられた状態を維持するのに十分な粘着力を有するが、基材のウェブに損傷を与えることなく取り外し可能である。一実施形態では、キャリアウェブは、基材のウェブ１０４の加工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断されたり、気化されたり、アブレーションされたりすることがなく、したがって、他の基材のウェブに再利用される可能性がある。
レーザシステム１２０ａは、基材のウェブが開口部４１０の上にある間に、基材のウェブ１０４において、電極構造の集団のメンバである１つ以上のパターン（電極ティアパターンとも呼ばれ得る個々の電極パターン８００（図８）など）をそれぞれ切断するように構成される。図６を参照すると、パターンは、クロスウェブ方向ＸＷＤに電極の長さ方向エッジを規定する１つ以上の長さ方向エッジカット６００を含むことができる。長さ方向エッジカット６００は、基材のウェブがダウンウェブ方向ＷＤに搬送される間に、クロスウェブ方向ＸＷＤに基材のウェブ１０４を切断するレーザビーム３０２を用いて切断される。クロスウェブ方向ＸＷＤは、ダウンウェブ方向ＷＤと直交する。一実施形態では、ダウンウェブ方向ＷＤに実質的に直交する長さ方向エッジカット６００を形成するために、レーザビーム３０２は、ダウンウェブ方向ＷＤにおける基材のウェブ１０４の移動を考慮して、ダウンウェブ方向ＷＤに対して角度を持って移動するように制御されなければならないことに留意すべきである。例えば、基材のウェブ１０４がダウンウェブ方向ＷＤに移動すると、レーザビーム３０２の経路は、初期カット位置６０４で基材のウェブ１０４上に投影され、その後、基材のウェブ１０４のウェブ方向への移動に同期される。従って、レーザビーム３０２の経路は、クロスウェブ方向ＸＷＤとダウンウェブ方向ＷＤの両方に、エンドカット位置６０６に達するまで移動するように制御され、長さ方向エッジカット６００を形成する。この実施形態では、基材のウェブがウェブ方向ＷＤに連続的に移動している間にクロスウェブ方向ＸＷＤに切断を行うことができるように、レーザビーム３０２の経路に補償係数が適用される。レーザビーム３０２が進む角度は、基材のウェブ１０４のウェブ下方向ＷＤにおける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、基材のウェブ１０４は、レーザ加工動作中に一時的に停止され、そのようなものとして、レーザビーム３０２の経路は、ダウンウェブ方向ＷＤにおける基材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のうちの１つ以上は、例えば、基材のウェブ１０４の位置の可能な変動を補償するために、レーザ加工動作中にレーザビーム３０２を調整／整列させるために、フィデューシャルフィーチャ６０２のような繰り返し整列フィーチャを使用する。
電極パターンの繰り返しパターンがクロスウェブ方向ＸＷＤに整列されるように、長さ方向エッジカット６００がクロスウェブ方向ＸＷＤに画定されるように、本明細書で説明されるようなレーザ加工動作が行われるが、他の実施形態では、長さ方向エッジカット６００、及び全ての関連するカット、穿孔及びアブレーション動作がそれぞれ垂直に配向されるように、本明細書で説明されるレーザ加工動作が制御され得ることが理解されるべきである。例えば、長さ方向エッジカット６００は、電極パターン８００の集団がクロスウェブ方向ＸＷＤではなく、ダウンウェブ方向ＷＤに整列されるように、ダウンウェブ方向ＷＤに整列され得る。
一実施形態では、レーザシステム１２０ａは、１つ以上の電極パターンの間にタイバ６１４を切断する。タイバ６１４は、電極パターンのグループ間を区切るために使用することができる。例えば、図６に示す実施形態では、タイバ６１４は、５つの個々の電極パターンのグループの間で切断される。しかし、他の実施形態では、タイバ６１４は、任意の数の個々の電極パターンの後に含まれてもよいし、全く存在しなくてもよい。タイバは、それぞれ上流および下流のタイバーエッジカット６１６、６１８によって画定される。いくつかの実施形態では、タイバ６１４は、加工中にウェブに追加の構造的剛性を提供する大きさである。
さらに、好適な一実施形態では、レーザシステム１２０ａは、基材のウェブ１０４において、複数のフィデューシャルフィーチャ６０２のような繰り返しアライメント特徴の１つ以上を切断する。一実施形態では、フィデューシャルフィーチャ６０２はフィデューシャル貫通穴である。フィデューシャルフィーチャ６０２は、基材のウェブ１０４上の既知の位置で切断される。フィデューシャルフィーチャ６０２は、図６では円形として示されているが、図５に示されるような矩形であってもよく、あるいは製造システム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サイズまたは形状であってもよい。フィデューシャルフィーチャ６０２は、位置および移動速度を測定する視覚検査システム３１０、３１２のうちの１つ以上によって追跡される。そして、フィデューシャルフィーチャ６０２の測定は、ダウンウェブ方向ＷＤおよびクロスウェブ方向ＸＷＤの両方において、基材のウェブ１０４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はまた、基材のウェブ１０４の位置合わせのために使用され得るか、又は基材のウェブ１０４の搬送、位置決め及び張力制御のためのギアホイール１２１０（図１２）と係合する穴として使用され得る複数のトラクタホール６１２を切断し得る。トラクタホール６１２は、円形、正方形、または製造システム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形状であってもよい。別の好適な実施形態では、基材のウェブ１０４は、巻き戻され、製造システム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フィーチャ６０２が予めそこにカットされている。一実施形態では、フィデューシャルフィーチャ６０２と電極パターン８００の比率は１対１である。他の実施形態では、各電極パターン８００につき２つ以上のフィデューシャルフィーチャがあってもよい。
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、電極パターンの一部として、基材のウェブ１０４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、クロスウェブ方向ＸＷＤにおいて電極パターンの外側に位置するので、「外側の穿孔」とも呼ばれ、第２の穿孔６１０は、クロスウェブ方向ＸＷＤにおいて外側の穿孔の内側に位置するので、「内側の穿孔」とも呼ばれ得る。穿孔６０８、６１０は、基材のウェブ１０４の部分６１５（図６）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、ダウンウェブ方向ＷＤと一致する方向に直線状のスリット（例えば、スルーカット）として形成される。重要なことは、第１の穿孔６０８は電極Ｗｅの幅全体にわたって延びていないことである。その代わりに、外側のティアストリップ７００が穿孔６０８の上流側と下流側の両縁に残り、電極パターンが基材のウェブ１０４に接続されたままであることを保証する。
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（クロスウェブ方向ＸＷＤに）インボードに形成されている。好適な一実施形態では、第２の穿孔６１０は、内側ティアストリップ７０２によって分離されたダウンウェブ方向ＷＤのスリットのラインとして形成される。図示の実施形態では、第２の穿孔６１０は貫通孔７０４と交差している。図示の実施形態では、内側ティアストリップ７０２は外側ティアストリップ７００の長さの少なくとも２倍であり、外側ティアストリップを分離するのに必要な破断力は、内側ティアストリップ７０２を基材のウェブ１０４から分離するのに必要な破断力の約半分である。他の実施形態では、第１および第２のティアストリップの破断強度の比は変化してもよいが、外側ティアストリップ７００が内側ティアストリップ７０２よりも低い破断強度を有し、基材のウェブ１０４の端部に引張力またはせん断力が加わったときに、外側ティアストリップ７００が内側ティアストリップ７０２よりも先に破断するようにすることが好ましい。
図３、図４および図６を参照すると、長さ方向エッジカット６００、フィデューシャルフィーチャ６０２、および第１および第２の穿孔６０８、６１０のレーザカットをチャック３０６の開口部４１０上で行うことにより、開口部４１０を通して破片を落下させることができ、また、真空３０８がレーザ切断プロセス中に形成された破片を収集することができる。
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、基材のウェブ１０４の第１の表面上に、上述のようにアブレーション４０４を形成する。レーザシステム１２０ａを出ると、基材のウェブは、基材のウェブの（第１の表面と対向する）第２の表面が、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るレーザシステム１２０ｂによる加工のために配置されるような方法で基材のウェブ１０４を反転させるアイドラ１０８ｄ上を通過する。本実施形態において、レーザシステム１２０ｂは、ダウンウェブ方向ＷＤ及びクロスウェブ方向ＸＷＤにおける位置合わせを確実にするために、フィデューシャルフィーチャ６０２を使用するように構成される。従って、レーザシステム１２０ｂは、基材のウェブ１０４の各表面上のアブレーション４０４がダウンウェブ方向ＷＤ及びクロスウェブ方向ＸＷＤに整列されるように、基材のウェブ１０４の対向する表面上で第２のアブレーションプロセスを実行する。一実施形態では、アブレーション４０４は電極の集電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、長さ方向エッジカット６００、第１および第２の穿孔６０８および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、２０ワットのファイバーレーザである。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の範囲内のレーザ出力を有する。適切なレーザデバイス３００は、１５０ｎｍから１０．６μｍ、例えば１５０ｎｍから３７５ｎｍ、３７５ｎｍから７５０ｎｍ、７５０ｎｍから１５００ｎｍ、１５００ｎｍから１０．６μｍの波長を有するレーザビームを含む。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１つ以上のレーザパルス幅タイプが可能であろう。レーザシステム１２０ａ－ｃのレーザデバイス３００として、これらのタイプのレーザのいずれかを単独で、または組み合わせて使用することができる。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、基材のウェブ１０４は、製造システム１００に装填される前に、マシンパンチされた、またはレーザ切断されたフィデューシャルフィーチャ６０２を含むことができる。別の好適な実施形態では、フィデューシャルフィーチャ６０２は、基材のウェブの第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てもよい。他の好適な実施形態では、製造システム１００は、長さ方向エッジカット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１つ以上のローラは、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である場合、基材のウェブは、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、基材のウェブ１０４の位置が異なる方法で前進するように搬送されることがある。例えば、偏心ローラが予想されるローラの半径を超える半径の部分を有する場合、ローラの大きな半径の部分がウェブを押し／引いているときに、ウェブは予想されるよりもさらにダウンウェブ方向ＷＤに進むことがある。同様に、偏心ローラが半径の小さい部分を有する場合、ウェブは、予想よりもダウンウェブ方向ＷＤに減少した距離を進む可能性がある。したがって、一実施形態では、半径対半径方向位置を決定するために、偏心ローラをマッピングすることができる。そして、レーザシステム１２０ａ－ｃは、ローラのマッピングに基づいて、偏心を考慮してレーザビーム３０２の位置を調整するように制御され得る。一実施形態では、ローラのマッピングは、ユーザインタフェース１１６のメモリに保存される。
レーザシステム１２０ａ～ｃの１つ又は複数を出た後、基材のウェブは、ブラッシングステーション１２４及びエアナイフ１２６のような１つ又は複数のクリーニングステーションに搬送され得る。好適な一実施形態では、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、ブリッスルホルダ１００４によって保持される一組のブリッスル１００２を含む。ブラシ１０００は、ブリッスル１００２が基材のウェブ１０４の表面に繊細に接触し、そこからあらゆるごみを除去または取り除くことができるように構成されている。基材のウェブ１０４の表面に対するブリッスル１００２の接触圧力は、電極パターンに破損、破裂、またはその他の欠陥を生じさせず、基材のウェブ１０４に付着した電極パターンを維持するのに十分低くなければならない。一実施形態では、ブリッスル１００２と基材のウェブ１０４の表面との間の法線力は、０～２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ポンドまたは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、ブリッスル１００２の長さは３／４インチ（１９．０５ｍｍ）である。一実施形態では、ブリッスル１００２は、約１／８インチだけブリッスルホルダ１００４内に挿入又はクランプされる。ブリッスルの直径は、０．００３インチ（０．０７６ｍｍ）から０．０１０インチ（０．２５４ｍｍ）、例えば、０．００３インチ（０．０７６ｍｍ）、０．００４インチ（０．１０１ｍｍ）、０．００５インチ（０．１２７ｍｍ）、０．００６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）及び０．０１０インチ（０．２５４ｍｍ）とすることができる。好適な一実施形態では、ブリッスル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、ブリッスル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他の天然材料又は合成材料であってもよい。
図１０及び図１１を更に参照すると、好適な一実施形態では、クロスウェブ方向ＸＷＤへのブラシ１０００の移動を実現するために、ブラシ１０００は、ベアリング、ブッシング等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ている。回転可能なカップリングは、クランクアーム１００６がブラシ１０００をクロスウェブ方向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ている。駆動ホイール１０１０は、駆動ホイールの回転を実現するためにモータ１０１４に結合されている。位置センサ１０１６は、駆動ホイール１０１０に結合されたブラシ位置マーカ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および３００ｒｐｍのような、毎分０～３００回転（「ｒｐｍ」）の範囲内（例えば、ブラシ１０００の毎分０～３００ストローク）に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の回転数が一定であると、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が生じる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、基材のウェブ１０４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のブラシとは反対方向に、好適には１８０度位相がずれて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することができる。この実施形態では、第１のブラシと第２のブラシの毛の接触圧力は、一緒になって、電極パターンに破損、破裂、またはその他の欠陥を生じさせず、電極パターンを基材のウェブ１０４に付着した状態に維持するのに十分低くなければならない。
一実施形態では、ブラシ１０００は、クロスウェブ方向ＸＷＤにおいて基材のウェブ１０４の幅よりも広いブリッスル幅１０２２を有する。例えば、一実施形態において、ブリッスル幅１０２２は、ブラシ１０００がクロスウェブ方向ＸＷＤに振動するとき、ブリッスル１００２がブラシ１０００の運動範囲全体にわたって基材のウェブ１０４の表面と接触したままであるのに十分な幅である。ブラシ１０００の振動速度と、基材のウェブ１０４表面に対してブリッスル１００２が及ぼす圧力は、ユーザインタフェース１１６を使用してユーザが制御することができる。
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出し、基材のウェブ１０４の１つ以上の表面からブラッシングされた破片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、基材のウェブ１０４からブラッシングされて落下してもよいし、ブラシステーションオリフィス１０２０を通して吸引されてもよい。ブラシステーションオリフィス１０２０は、円形であるように図示されているが、ブラッシングステーション１２４が本明細書で説明す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、および／または位置をずらして、基材のウェブ１０４が、基材のウェブの縁がそこに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してもよい。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、および１４０インチＨ２０となるように制御され得る。いくつかの実施形態において、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、４２５ｃｆｍとなるように制御される。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、基材のウェブ１０４と搬送システムコンポーネントとの間に不要な摩擦を生じさせることなく、破片が基材のウェブ１０４から引き離されるような範囲内になるように制御される。こ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コンポーネントに適用可能である。
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１つ以上は、ブラシが電極材料のウェブ８０２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、電極材料のウェブ８０２は、電極パターン８００の集団がそこに形成されるように、本明細書で説明するように処理された後のウェブを指す。この実施形態では、第１のブラシと第２のブラシは、ユーザインタフェース１１６を介して、ブラシの毛の摩耗または電極の厚さまたは表面粗さの変動に基づいて、電極材料のウェブ８０２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することができる。
別の好適な実施形態では、第１のブラシ及び第２のブラシのうちの１つ以上は、電極材料のウェブ８０２の速度に等しい速度でダウンウェブ方向ＷＤに少なくとも部分的に移動するように構成され、その結果、ダウンウェブ方向ＷＤにおいてブラシと電極材料のウェブ８０２との間の速度差が実質的にゼロに維持される。
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の位相測定センサ１０１６である位置センサを備えることができる。そのような一実施形態では、位相センサは、第１のブラシおよび第２のブラシのホームセンサフラグ１０１８の位置を測定してもよい。この実施形態では、位相測定センサ１０１６は、第１のブラシおよび第２のブラシが、１８０度位相がずれているか、９０度位相がずれているか、０度位相がずれているか、または製造システム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判定する。本明細書で使用する場合、ブラシの「位相」とは、２つの別個のブラシの毛が「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）は、電極材料のウェブ８０２からの屑の除去を容易にするために、第１および第２のブラシのうちの１つまたは複数に超音波振動を与えるように構成され得る。
図２を更に参照すると、好適な一実施形態では、基材のウェブ１０４はエアナイフ１２６を通って搬送される。本明細書で使用する場合、エアナイフという用語は、基材のウェブ１０４に吹き付けられる高圧空気を使用する装置を指す。高圧空気は基材のウェブ１０４表面に接触し、そこからゴミを除去する。エアナイフ１２６は、電極パターンに破損、破裂などの欠陥を生じないような圧力／速度で空気を供給するように制御され、基材のウェブ１０４に付着した電極パターンを維持する。別の実施形態では、第２のエアナイフ１２６は、基材のウェブ１０４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のエアナイフと同じ方向に空気を吹き付けてもよいし、第１のエアナイフと対向する方向に吹き付けてもよいし、エアナイフ１２６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任意の他の方向に吹き付けてもよい。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破片の除去を容易にする真空を備える。
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によってクリーニングされた後、基材のウェブ１０４は、基材のウェブ１０４内の電極パターン８００の集団を含むウェブ、集合的に電極材料のウェブ８０２としてクリーニング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、電極材料のウェブ８０２は検査装置１２８を通過する。検査装置１２８は、電極材料８０２を分析し、そ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、検査装置１２８は、電極材料のウェブ８０２上の電極パターンを分析するように構成されたデジタル３Ｄカメラのような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。カメラ１２００は、広視野レンズであってもよいレンズ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垂直方向Ｖに調整可能であってもよい。レンズ１２０２は、電極材料のウェブ８０２が検査プレート１２０６の上を通過するときに、電極材料のウェブ８０２に焦点を合わせるように向けられる。一実施形態において、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）からの光がバックライトを生成するためにそこを照らす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、ユーザインタフェース１１６を介して制御することができる。ある実施形態では、上流側光源および下流側光源のような１つまたは複数の追加の光源が、検査装置１２８内にある間、電極材料のウェブ８０２を照らす。いくつかの実施形態では、照明源の各々は、強度およ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低角度リングライトを含む。電極材料のウェブ８０２は、電極材料のウェブ８０２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。そうすることによって、電極材料のウェブ８０２は、電極材料のウェブ８０２のカールを実質的になくすために、検査プレート１２０６に対して教示された状態に保持される。検査プレートの前縁１２１４および検査プレートの後縁１２１６の各々は、電極材料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、（例えば、角度αに類似する角度で）面取りされてもよい。
引き続き図１２を参照すると、一実施形態では、検査装置１２８は、電極材料のウェブ８０２の所定の特徴、例えば、フィデューシャルフィーチャ６０２、長さ方向エッジカット６００、または検査装置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を検出するトリガセンサ１２１２を含む。電極を撮像すると、カメラ１２００は、電極の高さ、レーザデバイス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）、または検査装置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の１つまたは複数の測定基準を検出するように構成され得る。例えば、好適な一実施形態では、検査装置１２８は、アブレーション４０４（図４）、長さ方向エッジカット６００、フィデューシャルフィーチャ６０２、トラクタホール６１２、個々の電極構造間のピッチ、トラクタホール６１２のクロスウェブ方向およびウェブ方向のオフセット、ならびに第１および第２の穿孔６０８、６１０（図６）が、サイズ、形状、配置および向きの予め定義された許容範囲内にあるかどうかを検出する。好適な一実施形態では、ユーザは、ユーザインタフェース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。
この実施形態では、電極材料のウェブ８０２が検査中に平坦であることによって、電極材料８０２のより精密な画像化および分析が電極材料のウェブ８０２上で実施され、その結果、より高品質のエラーおよび欠陥検出が可能になる。例えば、検査装置１２８は、ウェブがウェブ下方向ＷＤに搬送されている間に、ウェブの厚さ、電極パターンのサイズおよび形状などの測定基準を測定するように構成することができる。これらの測定基準は、表示またはメモリ保存のためにユーザインタフェース１１６に送信されるか、あるいは製造システム１００の生産パラメータを調整するために使用される。
一実施形態では、検査システムが電極材料のウェブ８０２（図８）上に欠陥が存在すると判断した場合、マーキングデバイス１３０（図２）は、そのような欠陥を識別するために電極材料のウェブにマークを付ける。マーキングデバイス１３０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のウェブ８０２上に存在することを示すマークを配置することができる他の任意のマーキングデバイスであってもよい。別の好適な実施形態では、マーキングデバイス１３０は、電極材料のウェブ８０２に識別番号（ＩＤ）および既知の良品電極（ＫＧＥ）のうちの１つ以上をマークするように制御可能であり、電極材料のウェブ８０２内の特定の電極の品質測定値（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などのグレードを電極材料のウェブ８０２にさらにマークする可能性を可能にする。
基材のウェブ１０４を電極材料のウェブ８０２に加工すると、電極材料のウェブ８０２は、未加工の基材のウェブ１０４と比較して、ダウンウェブ方向ＷＤのウェブ強度が２５％から９０％低下する。図８Ａを参照すると、電極材料のウェブ８０２の一部が示されている。この実施形態では、電極材料のウェブ８０２は、タイバ６１４によって分離された５つの電極パターン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６１４間の任意の他の数の電極パターン８００のような、１つまたは複数を含む任意の数の電極パターンを含んでもよいことが理解されるべきである。距離ＬＥＣは、電極クラスタＥＣの第１の電極パターンの中心点と第２の電極クラスタＥＣの第１の電極の中心点との間のダウンウェブ方向ＷＤの距離として定義される。
例示的な実施形態では、ウェブのクロスウェブスパンＳＷはクロスウェブ方向に３Ｘｍｍであり、ダウンウェブ方向ＷＤにおける各電極パターン８００の幅ＷＥＰはＸｍｍである。本実施形態において、ダウンウェブ方向ＷＤにおけるウェブ強度の低下は、未加工の基材のウェブ１０４と比較して３３％である。ウェブ強度の減少は、幅ＷＥＰをクロスウェブスパンＳＷで割ったものとして計算される（すなわち、Ｘｍｍ／３Ｘｍｍ＝０．３３）。
別の例示的な実施形態では、ウェブのクロスウェブスパンＳＷはクロスウェブ方向に１．５Ｘｍｍであり、ダウンウェブ方向ＷＤにおける各電極パターン８００の幅ＷＥＰは１．３Ｘｍｍである。この実施形態では、ダウンウェブ方向ＷＤにおけるウェブ強度の低下は、未加工の基材のウェブ１０４と比較して８７パーセントである。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）。ダウンウェブ方向ＷＤのウェブ強度は、少なくとも力フィードバックを有する電気機械式または油圧式の材料試験機を使用して、電極材料のウェブ８０２の破断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ことができる。
別の例示的な実施形態では、基材のウェブ１０４と比較して、電極材料のウェブ８０２のクロスウェブ方向ＸＷＤに強度低下がある。第１の例示的な実施形態において、電極クラスタの幅ＷＥＣは、ダウンウェブ方向ＷＤにおいて６Ｘｍｍであり、タイバ６１４の幅ＷＴＢは、ダウンウェブ方向ＷＤにおいてＸｍｍであり、電極パターンの幅ＷＥＰは、ダウンウェブ方向ＷＤにおいてＸｍｍであり、電極パターンの長さＬＥは、クロスウェブ方向ＸＷＤにおいて１．７Ｘｍｍである。この実施形態では、クロスウェブ方向ＸＷＤにおける電極材料のウェブ８０２の強度の低下は、未加工の基材のウェブ１０４と比較して約７７パーセントである。別の例示的な実施形態では、電極クラスタの長さＬＥＣは１０Ｘｍｍであり、タイバ６１４の幅ＷＴＢは０Ｘｍｍ（すなわち、タイバなし）であり、電極パターンの幅ＷＥＰは２Ｘｍｍであり、電極パターンの長さＬＥは１．７Ｘｍｍである。この実施形態では、クロスウェブ方向ＸＷＤにおける電極材料のウェブ８０２の強度の低下は、未加工の基材のウェブ１０４と比較して約９２％である。クロスウェブ方向ＸＷＤのウェブ強度は、少なくとも力フィードバックを有する電気機械式または油圧式の材料試験機を使用して、電極材料のウェブ８０２の破断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んでもよい。
さらに図９を参照すると、電極材料のウェブ８０２は、次に巻き取りローラ１３４に搬送され、そこで、電極材料のウェブ８０２とインタリーフ材１３８のウェブの交互の層を有するスプール９００を作成するために、インタリーフ材１３８のウェブと一緒に巻き取られる。
好適な一実施形態では、ユーザインタフェース１１６は、製造システム１００を本明細書で説明するように機能させる命令を記憶し実行するように構成されたプロセッサおよびメモリを含むことができる。ユーザインタフェース１１６は、ＬＣＤまたはＬＥＤディスプレイなどの表示装置と、ユーザが製造システム１００のパラメータを制御および調整することを可能にし、また、ウェブ搬送速度、張力、欠陥の数、および製造システム１００を本明細書で説明するように機能させる任意の他のパラメータなどの測定基準を表示することを可能にする、一連の制御装置、または仮想制御装置とをさらに含むことができる。
使用時、図２を参照すると、製造システム１００のベース巻き戻しローラ１０２には基材のウェブ１０４が装填されている。基材のウェブ１０４は、基材のウェブ１０４の巻き戻しを容易にするために、エッジガイド１０６を横切って渡される。この実施形態では、基材のウェブ１０４は、次に、アイドラ１０８ａの周りを通され、スプライシングステーション１１０に入れられる。アイドラ１０８ａは、基材のウェブ１０４の適切な位置と張力の維持を容易にし、基材のウェブ１０４の方向を変えるために使用される。アイドラ１０８ａは、基材のウェブ１０４を垂直方向に受け取り、基材のウェブ１０４が入力方向から実質的に９０度の出力方向でアイドラ１０８ａから離れるように、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が理解されるべきである。いくつかの実施形態では、製造システム１００は、複数のアイドラ１０８ａ～１０８ｘを使用して、基材のウェブが製造システム１００を通って搬送される際に、基材のウェブの方向を１回または複数回変えることができる。この実施形態では、ユーザは、例えば図２に示すように、アイドラ１０８ａ～１０８ｘを通して基材１０４を巻き戻す。
一実施形態では、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するために使用される。この実施形態では、基材のウェブ１０４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、第１の基材のウェブ１０４が巻き戻され、第２の基材のウェブ１０４の前縁（図示せず）が、第１のウェブの後縁と第２のウェブの前縁とが互いに隣接するように、スプライシングステーション１１０内に巻き戻される。次に、ユーザは、粘着テープのような粘着剤を塗布して、第２のウェブの前縁を第１のウェブの後縁に接合し、２つのウェブの間に継ぎ目を形成し、連続した基材のウェブを作成する。このような工程は、ユーザの指示により、基材１０４の多数のウェブのために繰り返されてもよい。
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、基材のウェブ１０４はダウンウェブ方向ＷＤにニップローラ１１２まで搬送される。ニップローラ１１２はユーザインタフェース１１６を介して制御され、基材のウェブ１０４が製造システム１００を通って搬送される速度を調整／維持する。基材のウェブ１０４は、基材のウェブ１０４を移動させるためにローラの摩擦を許容するのに十分な圧力で、ニップローラ１１２の２つの隣接するローラ１１４のそれぞれに押し付けられるが、基材のウェブ１０４に大きな変形や損傷を与えないように十分低い圧力で押し付けられる。
一実施形態では、使用中、基材のウェブ１０４の速度は、ユーザインタフェース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、製造システム１００は、基材のウェブ１０４の速度の制御を容易にするために、１つ以上の追加のニップローラ１２２、１３２を含むことができ、基材のウェブはそこを搬送される。この実施形態では、追加のニップローラ１２２、１３２の速度は、ユーザインタフェース１１６を介して制御することができる。使用中、複数のニップローラが使用される場合、ニップローラ１１２、１２２、１３２の各々の速度は、基材のウェブ１０４が製造システム１００を通って滑らかに搬送されるように、ユーザインタフェース１１６を介して同じ速度に設定されてもよく、必要に応じて異なる速度に設定されてもよい。
使用時、一実施形態では、基材のウェブはダンサ１１８を通って巻き戻される。この実施形態では、ダンサ１１８の一対のローラは、その中心軸を中心に回転し、基材のウェブ１０４の張力を受動的に調整する。
図２をさらに参照すると、使用時には、基材のウェブは１つ以上のレーザシステム１２０ａ、１２０ｂ、１２０ｃを通って搬送される。図２に示される実施形態は、３つのレーザシステム１２０ａ～ｃを含むが、製造システム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ために、任意の数のレーザシステムが使用されてもよいことが理解されるべきである。
生産システムの使用について、図２～６を参照してさらに説明する。基材のウェブ１０４は、ダウンウェブ方向ＷＤにレーザシステム１２０ａ～ｃを通って搬送される。一実施形態では、基材のウェブ１０４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に搬送される。基材のウェブ１０４は、チャック３０６の上に、従って複数の真空孔４０６の上に搬送される。真空孔４０６は真空３０８と流体連通しており、真空３０８はユーザインタフェース１１６を介して制御され、真空孔４０６を通過する基材のウェブ１０４に真空圧をかける。真空圧は、基材のウェブ１０４がチャック３０６を横切って搬送される際に、実質的に平坦／平面状態を維持するように制御される。使用の一実施形態では、真空孔４０６を通る真空圧は、基材のウェブ１０４がチャック３０６を横切って実質的に平坦な状態を維持し、処理中に浮き上がったり座屈したりしないように、ユーザインタフェース１１６を介してリアルタイムで監視され、調整される。
図４を参照すると、基材のウェブ１０４はチャック３０６の開口部４１０を越えて搬送され、さらに下流側エッジ４１４の面取り部４１６を越えて搬送される。この実施形態では、面取り４１６は、基材のウェブ１０４が下流側エッジ４１４に引っ掛かったり引っ掛かったりすることなく、基材のウェブ１０４が下流側エッジ４１４上を通過するのを容易にする。
図３～５をさらに参照すると、使用の一実施形態において、基材のウェブ１０４は、基材のウェブ１０４にアブレーション４０４（図４）を形成するために、レーザビーム３０２（図３）によってアブレーションされる。一実施形態では、基材のウェブ１０４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）を露出させる。別の実施形態では、基材のウェブ１０４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５１０を露出させる。
使用中、基材のウェブ１０４にアブレーション４０４を形成するためにレーザシステム１２０ａを使用する場合、レーザビーム３０２の出力は、ユーザインタフェース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可能であるが、集電体層を損傷または切断しないレベルに制御される。使用時には、レーザビーム３０２は、例えばユーザインタフェース１１６を介して制御され、基材のウェブ１０４が動いていてウェブ下方向ＷＤに搬送されている間にアブレーション４０４を形成する。レーザビーム３０２は、図５に最も良く示されているように、基材のウェブ１０４の各側方にアブレーション４０４が形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４０４を形成した後、レーザシステム１２０ａは、本明細書でさらに説明するように、基材のウェブ１０４にフィデューシャルフィーチャ６０２を切断するように制御される。幾つかの実施形態では、複数のレーザが、各々、基材のウェブ１０４の一部をアブレーションするために使用され、製造システム１００のスループットを増加させるために、各々、１つ以上のアブレーション４０４を作成する。
図２、図３および図４をさらに参照すると、生産工程を使用する別の段階では、基材のウェブ１０４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方向ＷＤに搬送される。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、基材のウェブ１０４が開口部４１０上を通過する際に真空圧を引き出すように制御される。別の実施形態では、チャック３０６に対向する基材のウェブ１０４上の圧力を均等化するために、第２の真空が制御される。この実施形態では、圧力の均等化は、基材のウェブ１０４が開口部４１０上を通過する際に、基材のウェブ１０４を実質的に平坦／平面状態に、かつ一定の高さに維持するように監視および制御され、基材のウェブ１０４上へのレーザビーム３０２の集束を容易にする。
使用の一実施形態では、レーザシステム１２０ａは、基材のウェブが開口部４１０の上にある間に、基材のウェブ１０４に１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、レーザシステムは、クロスウェブ方向ＸＷＤに電極の長さ方向エッジを規定するために、１つ以上の長さ方向エッジカット６００を切断するように制御される。長さ方向エッジカット６００は、基材のウェブがダウンウェブ方向ＷＤに搬送されている間に、クロスウェブ方向ＸＷＤに基材のウェブ１０４を切断することによって、レーザビーム３０２を用いて切断される。例えば、一実施形態では、レーザビーム３０２の経路運動は、ダウンウェブ方向ＷＤにおける基材のウェブ１０４の運動と制御および／または同期される。従って、レーザビーム３０２の経路は、ダウンウェブ方向ＷＤにおける基材のウェブ１０４の動きを考慮するために、ダウンウェブ方向ＷＤに対して斜めに移動する。この実施形態では、基材のウェブがダウンウェブ方向ＷＤに連続的に移動している間にクロスウェブ方向ＸＷＤに切断を行うことができるように、レーザビーム３０２の経路に補償係数が適用される。この実施形態では、基材のウェブ１０４がウェブ方向ＷＤに移動すると、レーザは初期カット位置６０４で基材のウェブ１０４に投射され、その後、クロスウェブ方向ＸＷＤとウェブ方向ＷＤの両方に移動するように制御され、エンドカット位置６０６に達するまで、長さ方向エッジカット６００が形成される。レーザビーム３０２が移動するように制御される角度は、ダウンウェブ方向ＷＤにおける基材のウェブ１０４の速度に基づいて変化することが理解されるべきである。別の実施形態では、基材のウェブ１０４は、レーザ加工動作中に一時的に停止され、そのため、レーザビーム３０２の経路は、基材のウェブ１０４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。レーザ加工中、レーザシステム１２０ａ～ｃのうちの１つ以上は、例えば、基材のウェブ１０４の位置の可能な変動を補償するために、レーザ加工動作中にレーザビーム３０２を調整及び／又は位置合わせするために、フィデューシャルフィーチャ６０２のような繰り返し位置合わせフィーチャを使用する。
図６をさらに参照すると、使用の一実施形態において、レーザシステム１２０ａは、基材のウェブ１０４中の複数のフィデューシャルフィーチャ６０２のような繰り返しアライメントフィーチャの１つ以上を切断するように制御される。フィデューシャルフィーチャ６０２は、基材のウェブ１０４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、フィデューシャルフィーチャ６０２は、基材のウェブ１０４の位置および移動速度を測定するために、視覚検査システム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、フィデューシャルフィーチャ６０２の測定は、ダウンウェブ方向ＷＤおよびクロスウェブ方向ＸＷＤの両方において、基材のウェブ１０４上のパターンの前後方向のアライメントを正確に維持するために使用される。いくつかの使用実施形態では、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フィーチャ６０２を切断する。他の実施形態では、フィデューシャルフィーチャ６０２は、レーザシステム１２０ａ～ｃのうちの１つ以上が上述のように位置決め／位置合わせのためにそれらを使用するように、基材のウェブ１０４に予め形成されている。
図２及び図６を参照すると、使用の好適な一実施形態では、レーザシステム１２０ａは、基材のウェブがダウンウェブ方向ＷＤに運動しているときに、電極パターンの一部として基材のウェブ１０４に第１の穿孔６０８及び第２の穿孔６１０を切断するように制御される。第１の穿孔６０８は、基材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、ダウンウェブ方向ＷＤと一致する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在しないように切断されることである。その代わりに、レーザシステム１２０ａは、外側のティアストリップ７００が穿孔６０８の上流側と下流側の両方の縁に残るようにパターンを切断するように制御され、電極パターンが基材のウェブ１０４に接続されたままになるようにする。
図６及び図７を更に参照すると、使用時には、第２の穿孔６１０は第１の穿孔６０８からインボード（クロスウェブ方向ＸＷＤ）に切断される。この使用実施形態では、第２の穿孔６１０は、内側ティアストリップ７０２によって分離されたダウンウェブ方向ＷＤのスリットのラインとして切断される。図示の実施形態では、第２の穿孔６１０は貫通孔７０４と交差するように切断されている。図示の実施形態では、内側ティアストリップ７０２は外側ティアストリップ７００の少なくとも２倍の長さになるように切断されているが、製造システム１００が本明細書で説明するように機能するように異なる長さに切断されてもよい。
使用中、図３、図４及び図６を参照すると、長さ方向エッジカット６００、フィデューシャルフィーチャ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のためのレーザカットからの破片は、開口部４１０を通して落下させられ、真空３０８は、レーザ切断プロセス中に形成された破片を収集するように制御される。
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、基材のウェブ１０４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、基材のウェブは、基材のウェブ１０４の（第１の表面に対向する）第２の表面がレーザシステム１２０ｂによる加工のために配置されるような方法で基材のウェブ１０４を反転させるために、アイドラ１０８ｄ上を搬送される。この実施形態では、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、フィデューシャルフィーチャ６０２を使用して、ダウンウェブ方向ＷＤおよびクロスウェブ方向ＸＷＤにおけるアブレーション４０４の位置合わせを確実にする。したがって、レーザシステム１２０ｂは、基材のウェブ１０４の各表面上のアブレーション４０４がウェブ方向ＷＤおよびクロスウェブ方向ＸＷＤに整列されるように、基材のウェブ１０４の対向する表面上で第２のアブレーションプロセスを実行するように制御される。
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、長さ方向エッジカット６００、並びに第１及び第２の穿孔６０８及び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、図１０及び図１１を更に参照すると、使用の一実施形態では、基材のウェブは、次いで、レーザシステム１２０ａ～ｃの１つ又は複数を出た後、ブラッシングステーション１２４及びエアナイフ１２６のような１つ又は複数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、基材のウェブ１０４はブラッシングステーション１２４を通って搬送され、ブリッスル１００２が制御されて基材のウェブ１０４の表面に微妙に接触し、そこからあらゆる破片を除去または除去する。基材のウェブ１０４の表面に対するブリッスル１００２の接触圧力は、電極パターンに破損、破裂、またはその他の欠陥を生じさせない程度に低く制御され、基材のウェブ１０４に付着した電極パターンを維持する。
図１０および図１１をさらに参照すると、好適な使用方法の一実施形態では、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り、クロスウェブ方向ＸＷＤに移動するように制御される。位置センサ１０１６は、ブラシ位置マーカ１０１８の位置を感知するように制御され、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。
使用の好適な一実施形態では、第２のブラシ（図示せず）が、基材のウェブ１０４の対向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のブラシとは反対方向に、好適には１８０度位相がずれた方向に移動するように制御される。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監視することができる。この実施形態では、第１のブラシと第２のブラシの毛の接触圧力は、一緒になって、電極パターンに破損、破裂、またはその他の欠陥を生じさせない程度に低くなるように制御され、電極パターンを基材のウェブ１０４に付着した状態に維持する。
使用中、ブラシ１０００の振動の速度と、基材のウェブ１０４表面に対してブリッスル１００２によって及ぼされる圧力は、ユーザインタフェース１１６を使用してユーザによって制御することができる。
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出し、基材のウェブ１０４の１つ以上の表面からブラッシングされた屑を排出するように制御される。この実施形態では、ゴミは基材のウェブ１０４からブラッシングされて落下するか、ブラシステーションオリフィス１０２０を通して吸引される。
この実施形態では、第１のブラシと第２のブラシは、ユーザインタフェース１１６を介して、ブラシの毛の摩耗、電極の厚さまたは表面粗さの変動に基づいて、電極材料のウェブ８０２に対する実質的に均一なブラッシング圧力を維持するように制御される。
使用の別の好適な実施形態では、第１のブラシおよび第２のブラシの１つ以上が、電極材料のウェブ８０２の速度に等しい速度でダウンウェブ方向ＷＤに少なくとも部分的に移動するように制御され、ダウンウェブ方向ＷＤにおけるブラシと電極材料のウェブ８０２との間の速度差を実質的にゼロに維持する。
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のブラシと第２のブラシの位相を決定する位相測定センサ１０１６を備える。この実施形態では、位相センサは、第１のブラシおよび第２のブラシのブラシ位置マーカ１０１８（例えば、原点センサフラグ）の位置を測定する。この実施形態では、位相測定センサ１０１６は、第１のブラシおよび第２のブラシが、１８０度位相がずれているか、９０度位相がずれているか、０度位相がずれているか、または製造システム１００が本明細書で説明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判定し、その修正を可能にするか、またはブラシが適切に位相合わせされていないことをユーザインタフェース１１６または他の警告装置を介してユーザに警告する。
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のブラシと第２のブラシの位相を決定する位相測定センサ１０１６を備える。この実施形態では、位相センサは、第１のブラシと第２のブラシのブラシ位置マーカ１０１８（例えば、ホームセンサフラグ）の位置を測定する。この実施形態では、位相測定センサ１０１６は、第１のブラシおよび第２のブラシが、１８０度位相がずれているか、９０度位相がずれているか、０度位相がずれているか、または製造システム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判定し、その修正を可能にするか、またはブラシが適切に位相合わせされていないことをユーザインタフェース１１６または他の警告装置を介してユーザに警告する。
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のブラシのうちの１つまたは複数に超音波振動を与え、電極材料のウェブ８０２からの屑の除去を容易にする。
図２をさらに参照すると、使用の好適な一実施形態では、基材のウェブ１０４はエアナイフ１２６を通して搬送される。この実施形態では、高圧空気が基材のウェブ１０４の表面に接触するように制御され、そこから破片を除去する。エアナイフ１２６は、例えばユーザインタフェース１１６を介して制御され、電極パターンに破損や破裂などの欠陥を生じさせないような圧力／速度で空気を供給し、電極パターンを基材のウェブ１０４に付着した状態に維持する。別の実施形態では、第２のエアナイフ１２６は、基材のウェブ１０４の対向する表面に空気を吹き付けて、そこから破片を除去するように制御される。この実施形態では、第２のエアナイフは、第１のエアナイフと同じ方向、または第１のエアナイフと対向する方向、またはエアナイフ１２６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ステーションは、エアナイフ１２６によって除去された破片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によってクリーニングされた後、基材のウェブ１０４は、基材のウェブ１０４内に複数の電極パターン８００を含むウェブ、集合的に電極材料のウェブ８０２としてクリーニング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、使用の一実施形態において、電極材料のウェブ８０２は検査装置１２８を通って搬送される。検査装置１２８は、電極材料８０２を分析し、そ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、検査装置１２８は、カメラ１２００を含む目視検査装置である。レンズ１２０２は、検査プレート１２０６上を通過する電極材料のウェブ８０２に焦点を合わせるように向けられる。使用の一実施形態において、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す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、ユーザインタフェース１１６を介して制御される。その際、電極材料のウェブ８０２は検査プレート１２０６に対して教示され、電極材料のウェブ８０２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、検査装置１２８は、フィデューシャルフィーチャ６０２、長さ方向エッジカット６００、または検査装置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、電極材料のウェブ８０２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。電極を撮像すると、カメラ１２００は、電極の高さ、レーザデバイス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）、または検査装置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の１つまたは複数の測定基準を検出するように制御される。例えば、１つの好適な実施形態において、検査装置１２８は、アブレーション４０４（図４）、長さ方向エッジカット６００、フィデューシャルフィーチャ６０２、および第１および第２の穿孔６０８、６１０（図６）かどうかを検出するように制御される。６）、個々の電極構造体のクロスウェブ方向ＸＷＤ寸法、個々の電極構造体のダウンウェブ方向ＷＤ寸法、個々の電極活性領域オフセット、および電極材料のウェブ８０２の他の切除またはカットが、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義された許容範囲内にあるかどうかを検出し、ユーザインタフェース１１６を介してユーザにこの情報を提示する。好適な一実施形態では、ユーザは、ユーザインタフェース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、検査装置１２８は、電極材料のウェブ８０２の１つまたは複数の電極構造のクラスタ識別コードを検出してもよい。
この実施形態では、検査装置１２８は、ウェブが機械方向に搬送されている間に、ウェブの厚さ、電極パターンのサイズおよび形状などの測定基準を測定するように制御される。これらの測定基準は、表示またはメモリ保存のためにユーザインタフェース１１６に送信されるか、あるいは製造システム１００の生産パラメータを調整するために使用される。
使用の一実施形態において、検査システムが電極材料８０２（図８）のウェブ上に欠陥が存在すると判定した場合、マーキングデバイス１３０（図２）は、レーザエッチング装置、プリンタ、スタンパ、または電極材料のウェブ８０２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任意の他のマーキング装置を使用して、そのような欠陥を識別するために電極材料のウェブ８０２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、マーキングデバイス１３０は、電極材料のウェブ８０２に識別番号（ＩＤ）および既知の良品電極（ＫＧＥ）のうちの１つ以上をマークするように制御され、電極材料のウェブ８０２内の特定の電極の品質測定値（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などのグレードを電極材料のウェブ８０２にさらにマークする可能性を可能にする。
さらに図９を参照すると、電極材料のウェブ８０２は次に巻き取りローラ１３４に搬送され、そこでインタリーフ材１３８のウェブと一緒に巻き取られ、電極材料のウェブ８０２とインタリーフ材１３８のウェブの交互の層を有するスプール９００が作成される。
使用の好適な一実施形態では、基材のウェブ１０４は、インタリーフ材１３８のウェブと共に巻き取りローラ１３４を介して巻き取られ、インタリーフ材１３８によって分離された電極の層を有する電極１４０のロールを作成するために、インタリーフ材ローラ１３６を介して巻き戻される。いくつかの実施形態では、基材のウェブ１０４は、インタリーフ材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。
ある実施形態では、基材のウェブ１０４は、アノード活性材料５０８又はカソード活性材料層５１２の一方又は両方の表面にそれぞれ接着テープ層（図示せず）が接着されている。この実施形態では、使用時に、粘着層はアブレーションおよび切断（上述）に続いて除去され、不要な材料または破片を除去する。
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、ローラが偏心しているように、完全な円形ではない。このような実施形態では、半径対半径方向位置を決定するために、偏心ローラをマッピングする。レーザシステム１２０ａ－ｃは、ローラのマッピングに基づいて、偏心を考慮してレーザビーム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、電極材料のウェブ８０２は電池を製造するために使用される。この実施形態では、スプール１４０２、１４０４、及び１４０６Ａ、１４０６Ｂからの電極材料のウェブの個々のスプールは、それぞれ巻き戻され、マージゾーン１４０８でマージされ、パンチング及び積層ゾーン１４１０で、スプール１４０２からのカソード材料のウェブ、及びスプール１４０４からのアノード材料のウェブの少なくとも１つの層を含む交互の構成で積層され、スプール１４０６からのセパレータ材料のウェブによって分離される。スプール１４０２、１４０４、及び１４０６Ａ、１４０６Ｂからの電極材料のスプールは、本明細書に記載されるように、電極材料のウェブ８０２として製造されていることが理解されるべきである。
図１４Ａおよび図１５Ａを参照して、マージゾーン１４０８およびマージプロセスの追加的な詳細を説明する。マージゾーン１４０８において、スプール１４０２、１４０４、及び１４０６Ａ、１４０６Ｂからの電極材料のウェブのスプールは、矢印Ｕによって示される方向に個々に巻き戻される。一実施形態において、スプール１４０２、１４０４、及び１４０６Ａ、１４０６Ｂからの電極材料のスプールは、上述した電極１４０のロールである。図１４Ａに示される実施形態において、スプール１４０６は、外側の穿孔６０８と長さ方向エッジカット６００とによって各々囲まれた、その中に形成された個々の電極セパレータ１５０６の集団を有する巻かれたウェブセパレータ材料のスプールである。スプール１４０２は、外側の穿孔６０８と長さ方向エッジカット６００とに囲まれた、その中に形成された個々のカソード電極１５０２の集団を有するカソード材料の巻かれたウェブのスプールである。スプール１４０４は、外側の穿孔６０８と長さ方向エッジカット６００とによって囲まれた、その中に形成された個々のアノード電極１５０４の集団を有する、巻かれたウェブのアノード材料のスプールである。
図１５Ａに最もよく見られるように、スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料の各スプールは、トラクタホール６１２が形成された連続的な外縁１５０８と、ウェブの外周を規定するウェブ縁境界１５１０とを有するウェブで形成される。他の実施形態において、短絡を防止するためにセパレータ材料がアノード材料とカソード材料の任意の隣接する層の間に配置される限り、マージプロセス中のスプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のスプールの順序および配置は異なってもよいことが理解されるべきである。
一実施形態では、スプール１４０２、１４０４及び１４０６からの電極材料の各スプールが巻き戻されると、各スプール１４０２、１４０４及び１４０６の巻き戻されたウェブは、例えば図１４Ｂに示すように、マージスプロケット１４１４との係合の前にカテナリ曲線１４１２を形成するように制御される。カテナリ曲線１４１２を使用する実施形態では、カテナリ曲線１４１２は、ステアリングローラまたはダンサを使用することなく、スプール１４０２、１４０４および１４０６からマージスプロケット１４１４へのウェブの自己整列および／または張力を容易にする。別の実施形態では、カテナリ曲線１４１２の代替として、またはそれに加えて、ウェブステアリングローラおよび（例えば、ダンサ１１８に類似する）ダンサが、マージスプロケット１４１４に係合する際に巻き戻されたウェブの位置を正確に制御する。実施形態において、マージスプロケット１４１４は、３８ｍｍ、５１ｍｍ、７６ｍｍ、１１４ｍｍ、１５２ｍｍ、または本明細書に記載されるようにシステムが機能することを可能にする任意の他の半径など、１９ｍｍ以上の半径Ｒｓ（図１４Ｈ１～３）を有することができる。本明細書で説明する他のスプロケット、スプールおよびローラのいずれかまたはすべてが、本明細書で説明するようにシステムが機能することを可能にする同じまたは類似の半径を有することができることに留意されたい。実用的な観点から、いくつかの実施形態では、マージスプロケット１４１４（および任意の他のスプロケット、スプール、またはローラ）のサイズを、それがより少ないスペースを取るように小さくすることが望ましく、したがって、システムは、それに応じて、より小さくされ得る。加えて、より小さいスプロケット、スプール、およびローラを使用することにより、本明細書で説明するように、システム内で処理されている間にウェブが移動する全経路長が短縮され、廃棄物の削減およびウェブの整列の改善が促進され得ることに留意されたい。マージスプロケット１４１４の各々は、ウェブのトラクタホール６１２と正確に係合または整列するようなサイズ、形状および配置の歯１４１６（例えば、ピンまたは突起部）の集団を含む。例えば、トラクタホール６１２が正方形の断面形状を有する場合、歯１４１６は対応する正方形の断面形状を有するであろう。しかしながら、トラクタホール６１２及び歯１４１６のサイズ及び形状は、任意のテーパを含めて、本明細書に記載されるようにシステムが機能することを可能にする任意のサイズ及び形状であってよく、例えば、以下の断面形状、正方形、長方形、円形、楕円形、三角形、多角形又はそれらの組み合わせであってよい。
図１４Ａ、１４Ｂ、１４Ｈ１～３を参照すると、スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のスプールからのウェブは、反転歯スプロケット１４１８と噛み合うまで、それぞれのマージスプロケット１４１４の周りを円形経路で移動させられる。実施形態において、反転歯スプロケット１４１８の半径は、１９ｍｍ以上であり、例えば、３８ｍｍ、５１ｍｍ、７６ｍｍ、１１４ｍｍ、１５２ｍｍ、または本明細書に記載されるようにシステムが機能することを可能にする任意の他の半径である。反転歯スプロケット１４１８の各々は、巻き戻し手順の間、スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のスプールからのウェブの適切な位置決めおよび張力を維持することを容易にするために、スプール１４０２、１４０４、１４０６からのウェブのそれぞれの１つがその間に位置する間に、マージスプロケット１４１４の歯１４１６と係合するように構成される反転歯１４２０の集団を含む。好適な一実施形態では、マージスプロケット１４１４は、モータによって駆動され、その速度は、スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のスプールからのウェブの適切な張力を確保するように制御される。別の実施形態では、マージスプロケット１４１４は自由に回転し、スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のスプールの速度は、スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のスプールからのウェブの適切な張力を確保するように制御される。別の実施形態では、マージスプロケット１４１４は、ピンプレート１４２４の速度に合わせて回転するように機械的または電子的にキー止めされた固定速度で回転するように制御される。この実施形態では、ピンプレート１４２４は速度制御のためのマスターコンポーネントとして機能し、マージスプロケット１４１４は、ピンプレート１４２４の速度に一致するようにスレーブコンポーネントとして駆動される。この実施形態では、スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のスプールの速度も、スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のスプールからのウェブの適切な張力を保証するために制御され得る。そのような一実施形態では、光学センサまたは物理センサなどのループセンサ１４２２が、カテナリ曲線１４１２のたるみ（曲率）の量を決定し、これは、次に、スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のスプールからのウェブの張力を計算するために使用される。例えば、サグが大きすぎる（すなわち、張力が低すぎる）と判定された場合、サグを所定の範囲内になるように減少させる（すなわち、張力を増加させる）ために、マージスプロケット１４１４の速度が増加されるか、またはスプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のスプールの速度が減少される。あるいは、たるみが少なすぎる（すなわち、張力が高すぎる）と判断された場合、たるみを所定の範囲内になるように増加させる（すなわち、張力を減少させる）ために、マージスプロケット１４１４の速度が減少させられるか、スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のスプールの速度が増加させられる。一実施形態では、サグは、電極材料のスプール１４０２、１４０４、１４０６のウェブがマージスプロケット１４１４に接触する角度αＣＬを制御するために目標とされる。そのような一実施形態において、αＣＬは、垂直から反時計回り方向に測定して０ｏから９０ｏであり、例えば、実施形態においてαＣＬは、０°、５°、１０°、１５°、２０°、２５°、３０°、３５°、４０°、４５°、５０°、５５°、６０°、６５°、７０°、７５°、８０°、８５°または９０°である。別の実施形態では、αＣＬは、真空テンショナ１４４２から±５°以内になるように制御される。図１４Ｈ１に示される実施形態では、αＣＬは、時計の位置を用いて示されてもよく、ここで、１２：００は、上部の垂直位置を指し、時計回り方向の各時は、３０度の移動を指す。したがって、図１４Ｈ１に示す実施形態では、スプール１４０２、１４０４、１４０６からのウェブは、マージスプロケット１４１４上の１０：３０の位置でマージスプロケット１４１４に接触し、ブラシ１４４０は、１１：００の位置に配置される。
スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のウェブが反転歯スプロケット１４１８上に巻き戻された後、各ウェブは次に、移送位置１４２６でピンプレート１４２４上に案内され移送される。一実施形態では、スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のウェブの張力は、各ウェブが６時の位置（例えば、垂直下向き）でピンプレート１４２４上に移送されるように制御される。ピンプレート１４２４は、スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のウェブのトラクタホール６１２と、また反転歯スプロケット１４１８の反転歯１４２０とも正確に係合するような大きさおよび形状の一連のピン１４２８を含む。従って、スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のウェブの各々は、ピンプレート１４２４上に移送される際に、ピンプレート１４２４と反転歯スプロケット１４１８との間に挟まれ、一方、ピン１４２８は、スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のウェブのピンプレート１４２４上への整列を容易にするために、トラクタホール６１２を通って反転歯１４２０内に延びる。
一実施形態では、反転歯スプロケット１４１８は、Ｚ方向においてピンプレート１４２４の上方の適当な高さに、例えば、反転歯スプロケット１４１８とピンプレート１４２４との間にニップを画定しウェブがその上に移送される前にピンプレート１４２４の上方に浮くようにする０μｍ～３０００μｍに、つまり、例えば、０μｍ、１μｍ、５μｍ、１０μｍ、２０μｍ、５０μｍ、１００μｍ、２００μｍ、３００μｍ、５００μｍ、１０００μｍ、１２５０μｍ、１５００μｍ、２０００μｍ、２５００μｍ、３０００μｍ、または本明細書に記載されるようにシステムが動作することを可能にする他の距離に、位置決めされる。一実施形態では、反転歯スプロケット１４１８は、ピンプレート１４２４上のウェブの高さに基づいて、Ｚ方向においてピンプレート１４２４の上方の適切な高さに配置される。例えば、実施形態では、反転歯スプロケット１４１８は、ピンプレート１４２４上のウェブの高さの１０倍以下の高さまで、Ｚ方向においてピンプレート１４２４の上方の適切な高さに位置決めされる。これに関して「フロート」とは、ウェブがトラクタホール６１２のピン１４２８に対する自己整列を容易にするいくらかの弛みを有するように、反転歯スプロケット１４１８またはピンプレート１４２４のいずれとも接触していない部分を有するウェブを指す。実施形態において、ピンプレート１４２４の上方の反転歯スプロケット１４１８の高さは、ピン１４２８に対するトラクタホール６１２の自己整列を確実にするために、自動的に又は手動で調節可能であり得る。
別の実施形態では、ピンプレート１４２４上の反転歯スプロケット１４１８の高さは、スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のウェブのどれがピンプレート１４２４に移送されるかに応じて変化することもある。この実施形態において、スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のそれぞれのウェブの少量の可能な位置ずれは、スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のウェブが、自己調整するのに十分な量の浮き（すなわち、反転歯スプロケット１４１８またはピンプレート１４２４のいずれとも接触していないウェブ）を有し、従って、それぞれのトラクタホール６１２をピンプレート１４２４に整列させることを可能にすることによって、低減または排除される。つの好適な実施形態において、弛みは、スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のウェブのＳ字形カーブを反転歯スプロケット１４１８とピンプレート１４２４との間に形成するのに十分である。スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のウェブの各層がピンプレート１４２４に配置されるにつれて、反転歯スプロケット１４１８とピンプレート１４２４との間に形成される後続の（すなわち、下流の）ニップは、その上に配置されたスプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のウェブの前の層を考慮してサイズが大きくなることが理解されるべきである。好適な一実施形態では、ニップ距離は、ピンプレート１４２４上に配置されたスプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のウェブの前の層の厚さに等しい量だけ増加する。
一実施形態では、図１４Ａに示すように、スプール１４０２、１４０６、１４０４、１４０６からの電極材料のウェブの４つのスプールがある。この実施形態では、スプール１４０２、１４０６、１４０４、１４０６は、順次巻き戻されてピンプレート１４２４上に合体され得るように配置される。この実施形態では、ピンプレート１４２４は、第１の移送位置１４２６の上流に位置するプレマージ位置１４３０から延びている。ピンプレート１４２４は、最後の移送位置１４２６Ｘ（図１４Ａ）を過ぎた下流位置まで延びている。この実施形態において、スプール１４０２、１４０６Ａ、１４０４、１４０６Ｂからの電極材料のウェブの４つのスプールの各々は、それ自身の移送位置１４２６、１４２６Ａ、１４２６Ｂおよび１４２６Ｘをそれぞれ有する。他の実施形態において、電極材料の追加のスプールが巻き戻され、合体されてもよく、従って、追加の各スプールのための追加の移送位置が含まれてもよいことが理解されるべきである。
図１４Ａ、図１４Ｂ、図１４Ｃ１、図１４Ｃ２、図１４Ｃ３を参照すると、スプール１４０２、１４０６Ａ、１４０４、１４０６Ｂからの電極材料のウェブの個々の層は、マージされ（例えば、順次積層され）、マージ材料ウェブ１４３２を形成する。スプール１４０２、１４０６Ａ、１４０４、１４０６Ｂからの電極材料のウェブの各層は、例えば、各電極パターンの長手方向軸ＡＥ（図７）、トラクタホール６１２、フィデューシャルフィーチャ６０２および長さ方向エッジカット６００、および各層の電極パターンの穿孔６０８、６１０（図６）のうちの１つ以上がウェブ方向およびクロスウェブ方向ＸＷＤの両方において整列されるように、マージ材料ウェブの各層が垂直方向に整列されるようにマージされる。ウェブの整列にばらつきがあると、打ち抜きや積み重ねなどの後の作業で欠陥が生じる可能性があり、したがって、スプール１４０２、１４０６Ａ、１４０４、１４０６Ｂからのウェブをマージさせる際にウェブの整列を維持することは、いくつかの実施形態において重要である。セパレータ材料１４０６Ａおよび１４０６Ｂのスプールは、同じセパレータ材料であってもよいし、異なるセパレータ材料であってもよいことに留意されたい。本明細書で使用される場合、一般的にセパレータ材料のウェブのスプールを説明するとき、１４０６Ａおよび１４０６Ｂは、一般的にスプール１４０６からのセパレータ材料のウェブのスプールと呼ばれ得る。
マージ材料ウェブ１４３２の各層は、垂直方向に整列されるように、上記の工程で説明したように、層ごとに順次移送されている。すなわち、スプール１４０６からのセパレータ材料のウェブからなる本実施形態における最初の層は、移送位置１４２６においてピンプレート１４２４に移送される。その後、移送位置１４２６の下流に位置する移送位置１４２６Ａにおいて、スプール１４０２からのカソード材料のウェブが、スプール１４０６からのセパレータ材料のウェブの上に移送される。次に、（別のスプールを介して）スプール１４０６からのセパレータ材料の第２の層が、移送位置１４２６Ａの下流に位置する移送位置１４２６Ｂにおいて、スプール１４０６からのセパレータ材料の層の上に移送される。この実施形態では、スプール１４０４からのアノード材料ウェブの層は、移送位置１４２６Ｘにおいて、スプール１４０６からのセパレータ材料ウェブの第２の層の上に移送される。全ての４つの層が積み重ねられ、又は結合されると、４層積層ウェブは、マージ材料ウェブ１４３２と呼ばれる。各層がピンプレート１４２４上に移送される間、マージ材料ウェブ１４３２の各層の目標ダウンウェブ張力はゼロである。一実施形態では、マージ材料ウェブ１４３２の各層のダウンウェブ張力は、各スプール１４０２、１４０４、１４０６からのウェブの質量と、マージスプロケット１４１４とピンプレート１４２４のピン１４２８との間のそのようなウェブのたるみ量とによってそれぞれ決定される。
各層の移送中、ピンプレート１４２４のピン１４２８は、材料の各層を貫通して、反転歯スプロケット１４１８の反転歯１４２０の中へと延び、互いに対する各層の整列を維持する大きさであることが理解されるべきである。移送位置の各々において、ニップ（すなわち、隙間）は、それぞれの反転歯スプロケット１４１８とピンプレート１４２４との間の移送位置１４２６において形成され、このニップは、ウェブにわたって１００～１０００μｍの固定隙間距離に設定される。一実施形態では、ニップはウェブの厚さの約３倍に設定される。例えば、Ｚ方向のウェブの厚さが１００ミクロンである場合、ニップギャップはＺ方向に約３００ミクロンとなる。各反転歯スプロケット１４１８とピンプレート１４２４との間の実際のギャップ距離は、ピンプレート１４２４上に転写された各前の層の追加された厚さを考慮するために、各下流移送位置１４２６において増加されることが理解されるべきである。一実施形態では、後続の各下流転写位置におけるギャップ距離の増加は、Ｚ方向における追加された層の高さにほぼ等しい。一実施形態では、ニップギャップは、それぞれの移送位置１４２６におけるマージ材料ウェブの高さの約３倍である。図１４Ｅ１～図１４Ｅ４に示すように、ピンプレート１４２４のピン１４２８は、図１４Ｅ１～図１２Ｅ４の上側の図に示すように、Ｚ方向において一定の断面積を有していてもよいし、Ｚ方向においてピンプレート１４２４の近位側でより大きな断面積を有するようにテーパしていてもよい。ピン１４２８がこのようなテーパを有する実施形態では、マージ材料ウェブは、望ましくは、Ｚ方向においてピン１４２８のほぼ中間で、ピンプレート１４２４の上方に位置する。また、他の実施形態において、層の順序は、所望の結果に応じて異なってもよく、それに応じて、スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のスプールからのウェブの適切な積層を容易にするために、スプール１４０２、１４０４、１４０６の各々の位置決めは、対応する移送位置に配置されてもよいことが理解されるべきである。電極材料の追加のスプールが含まれてもよく、対応する数の移送位置が、追加のウェブの積層を容易にするために使用されてもよいことも理解されるべきである。
マージ材料ウェブ１４３２の一実施形態の断面図１５００を図１５に示すが、これも多層電極サブスタックの断面を表すことができる。この実施形態では、マージ材料ウェブ１４３２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およびカソード導電体層５１０を積層形成してなる。アノード１４０４、セパレータ１４０６、およびカソード１４０２のスプールからウェブの層を交互に積層することによって、追加の層を合体させて、マージ材料ウェブ１４３２の所望の数の層を形成することができる。一実施形態では、アノード１４０４、セパレータ１４０６、およびカソード１４０２のスプールは、上述したように、電極１４０のロールであってもよい。
いくつかの実施形態では、ピンプレート１４２４は、ピンプレートの連続的な流れを形成するために、各々が互いに突き合わされ、割り出される（各々がピンプレート１４２４と同様である）個々の別個のピンプレートの集団を含む。この実施形態では、個々のピンプレートが互いに対して正確に位置決めされることが重要であり、これにより、マージ材料ウェブ１４３２の層の適切な見当合わせが、各層がピンプレート上に転写される際に維持される。したがって、いくつかの実施形態では、各ピンプレート１４２４は、ピンプレート１４２４の適切な見当合わせを維持するために、ピン、磁石、突起部などの治具または他の位置合わせ装置によって保持されてもよい。ピンプレート１４２４は、マージ材料ウェブ１４３２の層がピンプレート１４２４のピン１４２８に適切に位置合わせされるように、反転歯スプロケット１４１８と同じ速度で移動するように制御されるコンベア機構１４３６を介してウェブ方向に搬送される。一実施形態では、ピン１４２８と反転歯１４２０との係合が、ピンプレート１４２４をダウンウェブ方向ＷＤに推進するものである。したがって、そのような実施形態では、ピンプレート１４２４と反転歯スプロケット１４１８との間で適切な速度が維持される。
一実施形態では、移送位置１４２６、１４２６Ａ～Ｘの１つ以上において、スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のウェブが欠陥センサ１４３４に隣接して通過するように、電極欠陥センサ１４３４が位置決めされる。本明細書で使用される場合、１４２６Ｘは、本明細書に記載されるような任意の数の追加の移送位置を指すために使用されることに留意されたい。欠陥センサ１４３４は、スプール１４０２、１４０４および１４０６からの電極材料のウェブの欠陥を検出するように構成される。例えば、欠陥センサ１４３４は、スプール１４０２、１４０４および１４０６からの電極材料のウェブにおける、ウェブからの電極の欠落、トラクタホール６１２の位置ずれまたは欠落、フィデューシャルフィーチャ６０２、切除、切断、穿孔または他の弱化した領域を検出するように構成され得る。欠陥センサ１４３４がスプール１４０２、１４０４および１４０６からの電極材料のウェブの欠陥を検出した場合、欠陥を示すために、欠陥センサ１４３４と共働するマーキング装置を使用して、ウェブに印を付けることができる。欠陥のマーキングは、スプール１４０２、１４０４および１４０６からの電極材料のウェブの欠陥部分が、以下にさらに説明される積層段階で使用されないか、または積層セル１７０４の一部になる前に他の方法で処分されることを確実にするために、後続のプロセスステップで使用され得る。
図１４Ｄを参照すると、製造システムの一実施形態は、移送位置１４２６に入る前にスプール１４０２、１４０４及び１４０６からの電極材料のウェブを平らにするように構成された電極材料張力付与部１４３８を含む。ある実施態様では、スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のウェブは、ウェブがＵ字型になるようにカールする、またはカップする傾向があるかもしれない。このカールは、ウェブの中央部分がたるむ原因となる長さ方向エッジカット６００によるウェブ構造の弱化によって引き起こされる可能性があると推測される。さらに、スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のウェブの長手方向の縁に沿って電気的、または静電気が蓄積されると、そのような縁が内側にカールする可能性がある。スプール１４０２、１４０４および１４０６からの電極材料のウェブがそのようなカールを有する場合、トラクタホール６１２の位置、および対向するトラクタホール６１２間の間隔は、マージスプロケット１４１４に対して整列されない。
したがって、カールを改善するために、張力付与部１４３８は、逆回転ブラシ１４４０（図１４Ｄ、図１４Ｆ１～図１４Ｆ３、図１４Ｇ、図１４Ｈ１～図１４Ｈ３）および真空テンショナ１４４２のうちの少なくとも１つを含むことができる。一実施形態では、逆回転ブラシ１４４０は、電気モータ（図示せず）によってクロスウェブ方向ＸＷＤにおいて対向する方向Ｗｂに駆動される。一実施形態では、逆回転ブラシは、２５ｍｍから１５０ｍｍの外径Ｄｂと、１０ｍｍから５０ｍｍの内径Ｄａとを有する。一実施形態では、逆回転ブラシは、５ｍｍから２５ｍｍの直径を有する中央貫通穴１４４１を有し、その中央は、逆回転ブラシ１４４０が回転する軸を規定する。各逆回転ブラシ１４４０は、２ｍｍから２０ｍｍの厚さＴＢを有する。逆回転ブラシは、獣毛、ナイロン、炭素繊維、高密度ポリエチレン、高温ナイロン、ＰＥＥＫ、ポリエステル、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、金属、金属合金、プラスチックなどの天然材料または合成材料で作られてもよい複数のブリッスル１４４３を含む。好ましい実施形態では、ブリッスル１４４３はナイロンから作られる。毛材は、ウェブに研磨剤または他の損傷を与えることなく、ブラシが本明細書で説明するように機能するように適切に選択されるべきである。逆回転ブラシ１４４０は、マージスプロケット１４１４と係合する前に、スプール１４０２、１４０４および１４０６からの電極材料のウェブの長手方向端部のカールを解いて平坦にするのに十分な圧力でブラシピッチ角度αｂｐ（図１４Ｇ）でウェブに接触するように、スプール１４０２、１４０４および１４０６からの電極材料のウェブを平坦にするのに隣接して調節可能に配置される。いくつかの実施形態において、逆回転ブラシ１４４０の回転速度および接触圧力は、スプール１４０２、１４０４および１４０６からの電極材料のウェブの十分な平坦度が得られることを確実にするように、監視され、調整され得る。一実施形態では、例えば図１４Ｈ２に示すように、ブラシ速度は、クロスウェブ方向ＸＷＤの速度成分Ｖｂおよびダウンウェブ方向ＷＤの速度成分Ｖｓを有する速度ベクトルＶｂｓとして参照される。実施形態では、速度成分Ｖｂは、（例えば、ブラシの回転速度（例えば、ｒｐｍ）を調整することによって）設定することができる、５０ｍｍ／秒、６０ｍｍ／秒、７０ｍｍ／秒、８０ｍｍ／秒、９０ｍｍ／秒、１００ｍｍ／秒、１１０ｍｍ／秒、１２０ｍｍ／秒、１３０ｍｍ／秒、１４０ｍｍ／秒、１５０ｍｍ／秒、１６０ｍｍ／秒、１７０ｍｍ／秒、１８０ｍｍ／秒、１９０ｍｍ／秒、２００ｍｍ／秒、２１０ｍｍ／秒、２２０ｍｍ／秒、２３０ｍｍ／秒、２４０ｍｍ／秒、または２５０ｍｍ／秒、またはその中の任意の速度である。実施形態において、速度成分Ｖｓは、（例えば、ウェブ方向ＷＤにおけるウェブの速度を調整することによって、）１０ｍｍ／秒～１００ｍｍ／秒、例えば、１０ｍｍ／秒、２０ｍｍ／秒、３０ｍｍ／秒、４０ｍｍ／秒、５０ｍｍ／秒、６０ｍｍ／秒、７０ｍｍ／秒、８０ｍｍ／秒、９０ｍｍ／秒、１００ｍｍ／秒、またはその中の任意の速度に設定され得る。したがって、ウェブを横切るブラシ先端速度は、Ｖｂｓ＝ｓｑｒｔ（Ｖｂ ２＋Ｖｓ ２）として計算することができる。いくつかの実施形態では、Ｖｂｓは、５１ｍｍ／秒から２７０ｍｍ／秒の範囲内とすることができる。
一実施形態では、張力調整部は、スプール１４０２、１４０４及び１４０６からの電極材料のウェブ上の静電荷を低減又は除去するように構成された脱イオン化デバイス１４４７を含む。このような実施形態では、脱イオン化デバイス１４４７は、真空テンショナ１４４２および逆回転ブラシ１４４０の直前で、上流側に配置される。脱イオン化デバイス１４４７は、いくつかの実施形態において、ＰＶＣなどのプラスチックパイプから形成され得る真空テンショナ１４４２などのコンポーネントの電荷を中和するように構成される。例えば、脱イオン装置が使用されない場合、スプール１４０６からのセパレータ材料が真空テンショナ上を通過するとき、または小粒子が真空テンショナを通って気流によって運ばれるとき、真空テンショナ１４４２上に静電荷を蓄積する可能性がある。従って、脱イオン化デバイス１４４７は、真空テンショナ１４４２上の電荷を中和するために使用され得、従って、スプール１４０２、１４０４および１４０６からの電極材料のウェブが、真空テンショナ１４４２に電気的に引き寄せられることなく、そこを通過することを可能にする。脱イオン装置デバイスは、真空テンショナ１４４２に関して記載されたが、１つ以上の脱イオン化デバイス１４４７は、スプール１４０２、１４０４および１４０６からの電極材料のウェブと接触しているか、またはそれに近接している任意のコンポーネントなど、電荷によって影響され、電荷中和から利益を得るシステム内の任意のコンポーネントに使用され得ることに留意されたい。いくつかの実施形態において、脱イオン化デバイス１４４７は、直流イオン化バーである。いくつかの実施形態において、脱イオン化デバイス１４４７は、２０ｍｍ～２００ｍｍのような短距離用途のためのパルスＤＣイオン化が可能である。いくつかの実施形態において、パルスの周波数は、影響を受ける成分に対する脱イオン化デバイス１４４７の効果を調整するために、自動的に、またはユーザによって、１Ｈｚ～２０Ｈｚに設定されるように制御され得る。いくつかの実施形態では、脱イオン化デバイス１４４７は、イオナイザエミッタとして使用されるチタンピンなどの金属ピンで構成される。このようなピンは、パルスＤＣモードにおいて－３ｋＶ～＋７．５ｋＶの出力を有することができ、これにより、８０：２０～２０：８０の正負の荷電イオン比を可能にすることが容易になる。従って、脱イオン化デバイス１４４７は、他の実施形態では、脱イオン化デバイス１４４７、真空テンショナ１４４２、および逆回転ブラシ１４４０の順序が異なってもよい。別の実施形態では、影響を受けるコンポーネントを接地することによって、電荷の蓄積を防止することができる。この実施形態では、接地ストラップまたは接地ワイヤ（図示せず）が、真空テンショナ１４４２などの影響を受けるデバイスに電気的に接続され、電荷に接地への経路を提供することによって電荷の蓄積を防止する。さらに別の実施形態では、コンポーネントの電荷蓄積は、電荷蓄積を防止するために、影響を受けるデバイスを導電性コーティングで被覆することによって防止することができる。
好適な一実施形態では、逆回転ブラシ１４４０の回転速度は、スプール１４０２、１４０４および１４０６からの電極材料のウェブと接触する逆回転ブラシ１４４０の摩擦によって引き起こされる過度の摩耗または熱の蓄積を低減または排除するために十分に低く保たれる。一実施形態では、逆回転ブラシ１４４０は、スプール１４０２、１４０４および１４０６からの電極材料のウェブに存在するしわを滑らかにするか、または他の方法で減少させるように構成される。一実施形態では、逆回転ブラシ１４４０は、スプール１４０２、１４０４および１４０６からの電極材料のウェブ中の微小しわを減少させるか、または除去するように構成される。このような実施形態では、微小しわは、脱イオン化デバイス１４４７または真空テンショナ１４４２によって除去するには小さすぎるウェブのしわである。そのような一実施形態では、微細しわは、脱イオン化デバイス１４４７または真空テンショナ１４４２によって除去されるマクロしわの約２０パーセントの大きさのしわとして定義される。好適な一例では、マクロレベルのしわがＺ方向に約１００ｍｍの大きさである場合、マイクロしわはＺ方向に２０ｍｍ以下の大きさを有する。他の実施形態では、マクロしわは、１ｍｍ～２５０ｍｍの大きさを有することができ、マイクロしわは、０．２ｍｍ～約５０ｍｍの大きさを有することができる。
別の実施形態では、逆回転ブラシ１４４０に加えて、又は逆回転ブラシの代わりに、材料張力付与部１４３８は、真空テンショナ１４４２を含み、この真空テンショナ１４４２は、スプール１４０２、１４０４及び１４０６からの電極材料のウェブに隣接する真空テンショナ１４４２の表面上に配置された複数の真空オリフィス１４４４を含む。この実施形態では、真空テンショナ１４４２を通して真空が引かれ、真空オリフィス１４４４を通して吸引が生じる。真空テンショナ１４４２は、垂直方向に対して角度αｖａｃ（図１４Ｇ）で配置される。真空オリフィス１４４４からの吸引は、真空オリフィス１４４４に面するスプール１４０２からの電極材料のウェブの表面を横切る流体流（典型的には空気流）を生じさせる。流体の流れは、真空オリフィス１４４４に面するスプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のウェブの表面を横切って、スプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のウェブの反対側よりも速いので、その効果（すなわち、ベルヌーイ効果）は、真空テンショナ１４４２に対して教示されたスプール１４０２、１４０４、１４０６からの電極材料のウェブを引っ張り、トラクタホール６１２とマージスプロケット１４１４の歯１４１６との整列を容易にする。
図１４Ｂを更に参照すると、１つの好適な実施形態では、マージスプロケット１４１４の歯１４１６は、トラクタホール６１２が歯１４１６に着座する際に、クロスウェブ方向ＸＷＤにおけるトラクタホール６１２の外縁が引き離されるのを容易にする方法でテーパ状である。例えば、歯１４１６は、近位端（マージスプロケット１４１４の中心に対して近位）においてより大きな断面を有し、連続的に断面が変化し、遠位方向（すなわち、マージスプロケット１４１４の中心に対して遠位）においてより小さな断面を有するようにテーパが付けられてもよい。従って、歯１４１６のテーパは、スプール１４０２、１４０４および１４０６からの電極材料のウェブに十分なクロスウェブ張力を加え、クロスウェブ方向ＸＷＤにおけるウェブのたるみおよびカールをなくす。この実施形態では、真空テンショナ１４４２の真空オリフィス１４４４は、スプール１４０２、１４０４および１４０６からの電極材料のウェブのマージ点またはマージスプロケット１４１４の歯１４１６へのマージ点の近傍にのみ配置され、その点の後では、スプール１４０２、１４０４および１４０６からの電極材料のウェブは、歯１４１６のテーパによってスプール１４０２、１４０４および１４０６からの電極材料のウェブに加えられる張力を介してマージスプロケット１４１４に対して着座するからである。
一実施形態では、逆回転ブラシ１４４０は、真空テンショナ１４４２のウェブ方向ＷＤの下流位置に配置される。しかしながら、他の実施形態では、逆回転ブラシは、真空テンショナ１４４２と同位置に、または真空テンショナ１４４２の上流に、配置される。一実施形態では、各移送位置１４２６、１４２６Ａ～Ｘは、逆回転ブラシ１４４０および真空テンショナを含む。別の実施形態では、セパレータ材料のウェブを移送する移送ステーションのみが逆回転ブラシ１４４０を含むが、全ての移送ステーションが真空テンショナ１４４２を含む。
図１９を参照すると、一実施形態では、アライメント特徴検出システム１９００が、マージゾーン１４０８の下流に配置されている。実施形態において、マージ材料ウェブの層のアライメントは、ウェブ方向ＷＤおよびクロスウェブ方向ＸＷＤの各々において層の中心点から測定した場合に、１ｍｍ以内である。アライメント特徴検出システム１９００は、光学センサ１９０２およびバックライト１９０４を含む。光学センサは、本明細書で説明するように装置を機能させることができるデジタルカメラまたは他の感光性装置であってもよい。この実施形態では、光学センサ１９０２は、そのような光がマージ材料ウェブ１４３２を通過した後にバックライト１９０４からの光を捕捉するように配置され、マージ材料ウェブ１４３２のシルエットが光学センサ１９０２によって捕捉されるようになっている。マージ材料ウェブ１４３２のシルエットは、フィデューシャルフィーチャ６０２の位置を正確に特定するために光学センサ１９０２によって分析される。光学センサ１９０２によって位置決めされたフィデューシャルフィーチャ６０２の位置は、ユーザインタフェース１１６（図１）によって記憶され、マージ材料ウェブ１４３２が後続の処理のために正確に位置決めされることを保証するために使用され得る。従って、正確な位置決めとは、例えば、各電極パターンの長手方向軸ＡＥ（図７）、トラクタホール６１２、フィデューシャルフィーチャ６０２、および各層の電極パターンのエッジ（長さ方向エッジカット６００、穿孔６０８、６１０）（図６）がウェブ方向およびクロスウェブ方向ＸＷＤの両方において整列されるように、マージ材料ウェブの各層が垂直方向に整列されることを意味する。一実施形態では、以下にさらに説明するように、光学センサ１９０２によって位置決めされた位置、フィデューシャルフィーチャ６０２は、フィデューシャルフィーチャ６０２と整列するように、受けユニット２０１０およびアライメントピン２０１２の位置を制御するために使用される。従って、各層のフィデューシャルフィーチャが整列していることが重要である。一実施形態では、受けユニット２０１０は、ウェブ方向ＷＤにおいてフィデューシャルフィーチャ６０２の中心から±１０μｍ～５０μｍ以内にアライメントピンの中心を合わせるように制御される。別の実施形態では、受けユニット２０１０は、アライメントピン２０１２の中心がクロスウェブ方向ＸＷＤにおいてフィデューシャルフィーチャ６０２と±１０μｍ～５０μｍ以内に整列するように制御されるようなコントローラである。
図２０および図２０Ａを参照すると、一実施形態では、大容量積層システム２０００が使用される。この実施形態では、マージゾーン１４０８は上述したものと同様である。しかし、この実施形態では、（破線で示す）歯付きベルト２００２が利用される。一実施形態において、歯付きベルト２００２は、ステンレス鋼からなり、スプール１４０２、１４０４および１４０６からの電極材料のウェブ、ならびにそれに続いてマージ材料ウェブ１４３２のトラクタホール６１２またはフィデューシャルフィーチャ６０２の１つまたは複数に係合するような大きさ、形状および位置を有する搬送歯２０３８（図２０Ａ）の集団を含む。歯付きベルト２００２は、マージゾーン１４０８および積層・打抜きゾーン２００４を通ってエンドレス構成で作動するように構成されている。歯付きベルト２００２は、歯付きベルト２００２の駆動部分に係合してその速度を制御する１つ以上の同期スプロケット２００６を使用して搬送され、この速度は、上述したマージゾーン１４０８内のプロセスに同期される。
図２０をさらに参照すると、大量積層システムは、パンチング及び積層ゾーン１４１０内に自動治具装填アセンブリ２００８を含む。自動治具装填アセンブリは、１つ以上の受けユニット２０１０を含む。図２０に示す実施形態では、歯付きベルト２００２の経路に沿って順次整列された４つの受けユニット２０１０がある。一実施形態では、受けユニット２０１０の各々は、受けユニット２０１０の運動を駆動するカムであってもよい、全ての受けユニット２０１０の同時運動を生じさせるために同じ作動装置によって駆動される。他の実施形態では、受けユニット２０１０の各々は、独立して制御または駆動されてもよい。
図２１及び図２２を参照すると、各受けユニット２０１０は、受信ベース２０１４から延びる１つ以上のアライメントピン２０１２を備える。アライメントピン２０１２は、フィデューシャルフィーチャ６０２またはトラクタホール６１２のうちの１つ以上と係合するように構成されている。各受けユニット２０１０は、受けユニット２０１０がクロスウェブ方向ＸＷＤおよびダウンウェブ方向ＷＤに移動することを可能にするサーボ、モータなどの２軸運動制御装置に結合されてもよい。一実施形態では、運動制御装置は、光学センサ１９０２によって位置決めされたフィデューシャルフィーチャ６０２の位置に基づいて制御される。この実施形態では、フィデューシャルフィーチャ６０２の位置は、そのアライメントピン２０１２がマージ材料ウェブ１４３２の対応するフィデューシャルフィーチャ６０２を通過するように適切に位置決めされるように、受けユニット２０１０を位置決めするように動作制御装置を制御するために使用される。運動制御装置は、以下にさらに説明するように、パンチング及び積層ゾーン１４１０で実行される各打ち抜き作業に対して、受けユニット２０１０を適切に位置決めするように制御される。
図２３および図２６Ａ～Ｃをさらに参照して、打ち抜きおよび積み重ね動作を説明する。この実施形態では、マージ材料ウェブ１４３２は、マージゾーン１４０８からパンチング及び積層ゾーン１４１０に搬送される。マージ材料ウェブ１４３２は、１つ以上の同期スプロケット２００６によって搬送される歯付きベルト２００２によって搬送されながら、パンチヘッド２０１６の下を通過し、受けユニット２０１０の上を通過する。一実施形態では、パンチヘッド２０１６は、両頭矢印で示すように、Ｚ方向（例えば垂直方向）に上下動するように制御される。一実施形態では、受けユニット２０１０は、両頭矢印で示されるように、上下運動でＺ方向（例えば、垂直方向）に移動するように制御される。
図２４Ａ～Ｃを参照すると、一実施形態では、各受けユニット２０１０は、各電極サブユニット２０１８のフィデューシャルフィーチャ６０２に対応する大きさおよび間隔にされた、上述したような１対のアライメントピン２０１２を有する。一実施形態では、アライメントピン２０１２は、フィデューシャルフィーチャ６０２の内周の一部のみに係合するように構成される。例えば、一実施形態では、フィデューシャルフィーチャ６０２は実質的に矩形の内周を有し、アライメントピン２０１２は、フィデューシャルフィーチャ６０２の外側エッジ２４００、ダウンウェブエッジ２４０２およびアップウェブエッジ２４０４のみに接触し、内側エッジ２４０６（図２４Ｄ）には接触しないように構成される。一回の打ち抜き操作の間に、単一の電極サブユニット２０１８が打ち抜かれ、受けユニット２０１０に装填される。別の実施形態において、アライメントピン２０１２とフィデューシャルフィーチャ６０２は、アライメントピン２０１２とフィデューシャルフィーチャ６０２のすべてのエッジ（外側エッジ２４００、ダウンウェブエッジ２４０２、アップウェブエッジ２４０４、および内側エッジ２４０６）との間にクリアランスが存在するように、対応するサイズおよび位置に配置される。この実施形態では、アライメントピン２０１２と、外側エッジ２４００、ダウンウェブエッジ２４０２、アップウェブエッジ２４０４、および内側エッジ２４０６のそれぞれとの間には、約５０マイクロメートルのクリアランスがあってもよい。他の実施形態では、アライメントピン２０１２と、外側エッジ２４００、ダウンウェブエッジ２４０２、アップウェブエッジ２４０４、および内側エッジ２４０６の各々との間のクリアランスは、０マイクロメートル、５０マイクロメートル、１００マイクロメートル、１５０マイクロメートル、２００マイクロメートル、２５０マイクロメートル、３００マイクロメートル、３５０マイクロメートル、４００マイクロメートル、４５０マイクロメートル、５００マイクロメートル、５５０マイクロメートル、６００マイクロメートル、６５０マイクロメートル、７００マイクロメートル、７５０マイクロメートル、８００マイクロメートル、８５０マイクロメートル、９００マイクロメートル、９５０マイクロメートル、１０００マイクロメートル、１０５０マイクロメートル、１１００マイクロメートル、１１５０マイクロメートル、１２００マイクロメートル、１２５０マイクロメートル、１３００マイクロメートル、１３５０マイクロメートル、１４００マイクロメートル、１４５０マイクロメートル、１５００マイクロメートル、１５５０マイクロメートル、１６００マイクロメートル、１６５０マイクロメートル、１７００マイクロメートル、１７５０マイクロメートル、１８００マイクロメートル、１８５０マイクロメートル、１９００マイクロメートル、１９５０マイクロメートル、２０００マイクロメートル、などの、０～２０００マイクロメートルの範囲内であればよい。一実施形態では、アライメントピン２０１２とダウンウェブエッジ２４０２およびアップウェブエッジ２４０４との間のクリアランスは、それぞれ５０マイクロメートルから２０００マイクロメートルの範囲内である。さらに他の実施形態では、アライメントピン２０１２と、外側エッジ２４００、ダウンウェブエッジ２４０２、アップウェブエッジ２４０４、および内側エッジ２４０６のそれぞれとの間のクリアランスは、本明細書に記載されるようにシステムが機能することを可能にするために、同じクリアランスであってもよいし、異なるクリアランスであってもよい。
図２４Ｅに示すように、受けユニット２０１０は、Ｚ方向に移動し、パンチヘッド２０１６に向かう方向にＺ方向の力を維持する可動プラットフォーム２０３４を含んでもよい。可動プラットフォーム２０３４は、本明細書においてエレベータとも呼ばれ得る。可動プラットフォーム２０３４は、電極サブユニット２０１８がマージ材料ウェブ１４３２から分離されるときに、２０１８’で示されるように、電極サブユニットの不均一な移動を防止するために、パンチングプロセス中にマージ材料ウェブ１４３２に近接して移動するように制御される。また、例えば各層のフィデューシャルフィーチャ６０２がウェブ方向ＷＤおよびクロスウェブ方向ＸＷＤに正確に整列されていない（例えば、断面積の減少を引き起こす）場合、電極サブユニット２０１８の層のいかなる不整列も、２０１８’で示されるように、電極サブユニットの不均一なシフトを引き起こすアライメントピン２０１２上にさらなる摩擦を生じさせる可能性があることも理解されるべきである。一実施形態では、可動プラットフォーム２０３４は、マージ材料ウェブ１４３２の電極サブユニット２０１８に接触するように制御される（例えば、ゼロクリアランス）。他の実施形態では、可動プラットフォーム２０３４は、マージ材料ウェブ１４３２の０から１０００マイクロメートルの範囲内に入るように制御され、例えば、０マイクロメートル、５０マイクロメートル、１００マイクロメートル、１５０マイクロメートル、２００マイクロメートル、２５０マイクロメートル、３００マイクロメートル、３５０マイクロメートル、４００マイクロメートル、４５０マイクロメートル、５００マイクロメートル、５５０マイクロメートル、６００マイクロメートル、６５０マイクロメートル、７００マイクロメートル、７５０マイクロメートル、８００マイクロメートル、８５０マイクロメートル、９００マイクロメートル、９５０マイクロメートルまたは１０００マイクロメートルである。一実施形態では、可動プラットフォーム２０３４は、Ｚ方向の移動を可能にするボールベアリングスライド機構に取り付けられている。一実施形態では、可動プラットフォーム２０３４は、各パンチング動作の直前及び／又は各パンチング動作の直後に移動するように作動されるステッピングモータによって駆動される歯車駆動機構に結合されてもよい。
実施形態では、パンチヘッド２０１６は、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、鋼、他の金属およびそれらの合金などの金属または金属合金で作られている。他の実施形態では、パンチヘッド２０１６は、プラスチック、炭素繊維、木材など、本明細書で説明するようにシステムを機能させることができる任意の材料から作られてもよい。パンチヘッドは、電極サブユニット２０１８に力を加える際に変形しないような十分な強度と剛性を有するべきである。図２６Ａ～Ｃを参照すると、一実施形態では、パンチヘッド２０１６は、パンチ面２０１７に面する電極サブユニット２０１８の表面の全体を実質的に覆う大きさおよび形状を有するパンチ面２０１７を有する。一実施形態では、パンチ面２０１７は、フィデューシャルフィーチャ６０２と同じ、または実質的に同じであるようなサイズおよび形状であるフィデューシャルボア２０１９を含む。したがって、アライメントピン２０１２は、パンチ動作中にフィデューシャルボア２０１９を通過することができる。一実施形態では、パンチヘッド２０１６は、クロスウェブ方向において電極サブユニット２０１８よりもわずかに小さい大きさのパンチ面２０１７を有する。例えば、一実施形態において、電極サブユニット２０１８は、例えば図２６Ｃに示されるように、クロスウェブ方向ＸＷＤにおいてパンチ面２０１７の遠位端２０２１を越えて０から１００マイクロメートルまで延びる部分２０２３を有してもよい。一実施形態では、パンチ面２０１７は、ウェブ方向ＷＤに０から１００マイクロメートルだけ長さ方向端部２０２５を越えて長さ方向エッジカット６００に延びるように、ウェブ方向ＷＤに電極サブユニット２０１８よりもわずかに大きくてもよい。一実施形態では、パンチ面２０１７は、電極サブユニット２０１８を切断するための鋭利な切断エッジを含まず、これは、場合によっては、電極サブユニット２０１８の層の汚染を引き起こす可能性がある。むしろ、パンチ面２０１７は鈍いエッジを有し、本明細書に記載されるように、穿孔を破裂させるための下向きの力を用いてウェブから電極サブユニット２０１８を分離する。
一実施形態では、パンチヘッド２０１６は、Ｚ方向の力を電極サブユニット２０１８に加え、その力を可動プラットフォーム２０３４に伝達し、可動プラットフォーム２０３４は、（例えば、ステッピングモータを制御して保持トルクを生じさせることによって）それに対抗する力を加える。一実施形態では、これらの対向する力は、アライメントピンと電極サブユニット２０１８のフィデューシャルフィーチャ６０２との間の静止摩擦に打ち勝つことを容易にする電極サブユニットのわずかな圧縮を引き起こし、これにより、アライメントピン２０１２に対して垂直である理想的な平面との電極サブユニット２０１８の平行度を維持することを容易にする。一実施形態では、パンチヘッド２０１６によって可動プラットフォーム２０３４に及ぼされる力によって、可動プラットフォーム２０３４は、電極サブユニット２０１８の高さに等しい距離だけＺ方向に移動し、したがって、長さ方向エッジカット６００および穿孔６０８によって形成される経路に沿って弱化領域を破裂させ、したがって、次の電極サブユニット２０１８を受け入れる準備が整う。別の実施形態では、可動プラットフォーム２０３４は、各電極サブユニット２０１８がパンチヘッド２０１６によって打ち抜かれた後に、例えばステッピングモータを使用することによって、電極サブユニット２０１８のＺ方向寸法に等しい所定の距離だけ、パンチヘッド２０１６からＺ方向に離れるように制御されてもよい。このようにして、可動プラットフォーム２０３４は、パンチ動作中に電極サブユニットをアライメントピン２０１２に対して垂直に維持することを容易にする。
図２４Ｃに示されるように、例えば、マージ材料ウェブ１４３２は、その後、追加の電極サブユニット２０１８を打ち抜かれて積層される位置に配置するために前進してもよく、このプロセスは、所定数の電極サブユニット２０１８が受けユニット２０１０に装填されるまで継続してもよい。図２４Ｃに示す実施形態では、３つの積み重ねられた電極サブユニット２０１８があるが、任意の数の電極サブユニットが受けユニット２０１０に積み重ねられることが理解されるべきである。実施形態において、積層される電極サブユニット２０１８の数は、１から３００の範囲内であってよい。本実施形態では、各電極サブユニットは４つの層からなるが、本開示に従って任意の数の層から構成されてもよい。
一実施形態では、打ち抜き動作を開始する前に、システム２０００は、（電極欠陥センサ１４３４によって決定されるように）電極サブユニット２０１８に欠陥がないことを確認し、欠陥が検出された場合、システムは、欠陥のある電極サブユニット２０１８の打ち抜きおよび積層を回避するように制御される。一実施形態では、複数の受けユニット２０１０および対応するパンチヘッド２０１６が使用される場合、電極サブユニット２０１８の１つに欠陥が検出された場合、受けユニット２０１０および対応するパンチヘッド２０１６のすべてが、打ち抜きおよび積層動作をスキップするように制御され、マージ材料ウェブ１４３２は、すべての受けユニット２０１０および対応するパンチヘッド２０１６が欠陥のない電極サブユニット２０１８の下に整列されるような位置まで前方に搬送される。
一実施形態では、電極サブユニット２０１８の各々をマージ材料ウェブ１４３２から分離するために、パンチヘッド２０１６は、マージ材料ウェブ１４３２に向かってＺ方向に、例えば、マージ材料ウェブの表面から約０．１５ｍｍ～約０．５０ｍｍの範囲内まで移動される。受け治具のアライメントピン２０１２は、マージ材料ウェブ１４３２の対向する表面に向かってＺ方向に移動するように制御される。アライメントピン２０１２とパンチヘッド２０１６の位置合わせは、光学センサ１９０２を用いて確認することができる。アライメントピン２０１２がパンチヘッド２０１６と適切に位置合わせされていないと判定された場合、満足のいく位置合わせが達成されるまで、パンチヘッド２０１６、受けユニット２０１０、又はマージ材料ウェブ１４３２のうちの１つ以上がウェブ方向ＷＤに移動させられてもよい。そのような実施形態では、受けユニット２０１０およびパンチヘッド２０１６のうちの１つまたは複数が、電動キャリッジアセンブリ（図示せず）を介してウェブ方向に並進するように構成されてもよい。一旦アライメントピン２０１２及びパンチヘッド２０１６の満足なアライメントが達成されると、アライメントピン２０１２がフィデューシャルフィーチャ６０２を通ってパンチヘッド２０１６の対応するパンチヘッドホール２０２０に移動するように、受けユニットがＺ方向に移動される。一実施形態では、アライメントピン２０１２は、パンチヘッドホール２０２０に少なくとも２ｍｍ入る。一実施形態では、パンチヘッドホール２０２０は、アライメントピン２０１２の外径に密接に一致するようなサイズおよび形状にされ、パンチングおよび積層動作中のいかなるずれまたは位置ずれも最小限に抑える。
次に、パンチヘッド２０１６は、例えば、マージ材料ウェブ１４３２の対向面を少なくとも５ｍｍ過ぎて、受けユニット２０１０に向かってＺ方向に移動するように制御される。パンチヘッド２０１６が移動すると、電極サブユニット２０１８は、電極サブユニット２０１８の外周を形成する弱化領域に沿って、マージ材料ウェブ１４３２から分離される。例えば、弱化領域は、各層の電極パターンの長さ方向エッジカット６００および穿孔６０８（図６）に沿った経路を構成することができる。そのような実施形態では、穿孔６０８が破裂し、電極サブユニット２０１８をマージ材料ウェブ１４３２から解放する。そのような打ち抜かれた電極サブユニット２０１８の下流のウェブは、使用済みウェブ２０２２と呼ばれる。一実施形態では、マージ材料ウェブ１４３２の層は、スプール１４０４からのアノード材料のウェブが上になるように（すなわち、パンチヘッド２０１６によって接触されるように）配置されている。別の実施形態では、マージ材料ウェブ１４３２の層は、スプール１４０２からのカソード材料のウェブが上になるように（すなわち、パンチヘッド２０１６によって接触されるように）配置されている。別の実施形態では、マージ材料ウェブ１４３２の層は、スプール１４０６からのセパレータ材料のウェブが上になるように（すなわち、パンチヘッド２０１６によって接触されるように）配置されている。いくつかの実施形態では、スプール１４０４からのアノード材料のウェブまたはスプール１４０２からのカソード材料のウェブのいずれかが、スプール１４０６からのセパレータ材料のウェブよりも質量が大きいので、パンチヘッド２０１６によって接触されることが好ましい。したがって、そのような実施形態では、スプール１４０４からのアノード材料のウェブおよびスプール１４０２からのカソード材料のウェブは、パンチ動作後にパンチヘッド２０１６が後退するときに、マージ材料ウェブ１４３２から離れるＺ方向に引き戻されにくい。例えば、スプール１４０６からのセパレータ材料のウェブが低質量である実施形態では、真空効果によってパンチヘッド２０１６が後退する際に、特定の条件下で、パンチヘッド２０１６と共に引き寄せられる可能性がある。そのような実施形態では、したがって、そのような影響を回避するために、マージ材料ウェブ１４３２は、その最上層がスプール１４０４からのアノード材料のウェブまたはスプール１４０２からのカソード材料のウェブのいずれかであることが望ましい。
電極サブユニットがマージ材料ウェブ１４３２から分離された後、パンチヘッド２０１６は受けユニット２０１０から離れるＺ方向に移動し、受けユニットはパンチヘッド２０１６から離れるＺ方向に移動する。一実施形態では、パンチヘッド２０１６と受けユニット２０１０の両方が同時に移動する。他の実施形態では、パンチヘッド２０１６および受けユニット２０１０の各々は、順次移動するように制御される。一実施形態では、パンチヘッド２０１６および受けユニット２０１０の各々は、Ｚ方向においてマージ材料ウェブ１４３２の夫々の表面から、約０．５ｍｍの距離、離れて移動される。
図２３は単一のパンチヘッド２０１６および受けユニット２０１０のみを図示しているが、他の実施形態では、対応するパンチヘッド２０１６および受けユニット２０１０の集団を同時に使用して、単位時間の間にマージ材料ウェブ１４３２から分離される電極サブユニットの数を増加させてもよいことが理解されるべきである。例えば、図２０に示すような一実施形態では、一連の４つのパンチヘッド２０１６および受けユニット２０１０が使用される。さらに他の実施形態では、同時に実行されるパンチヘッド２０１６および受けユニット２０１０のそれぞれ１～１００個があってもよい。さらに、いくつかの実施形態では、上記のパンチングおよび積層動作は、断続的に（すなわち、マージ材料ウェブが停止している間に）実行されることに留意されたい。しかしながら、他の実施形態では、システムは、打ち抜き及び積み重ね動作が連続的に行われるように構成されてもよく、そのような場合、マージ材料ウェブは、打ち抜き及び積み重ね動作の間、ウェブ方向ＷＤに運動したままである。
電極サブユニットがマージ材料ウェブ１４３２から分離された後、下流に残ったウェブは使用済みウェブ２０２２と呼ばれ、使用済みウェブ２０２２のトラクタホール６１２と係合するデマージスプロケット２０２４（図２５）を用いてウェブ方向ＷＤに搬送される。例えば、図２５に示すように、使用済みウェブ２０２２は、トラクタホール６１２及びタイバ６１４を有するウェブの部分を含む。使用済みウェブはまた、打ち抜かれていない電極サブユニット２０２７のうちの１つまたは複数における位置ずれまたは他の欠陥のために打ち抜かれなかった、打ち抜かれていない電極サブユニット２０２７を含むことができる。一実施形態では、使用済みウェブ２０２２は、使用済みウェブ巻き取りローラ２０２６に巻き取られる。従って、使用済みウェブ２０２２は、歯付きベルト２００２からきれいに除去され、これにより、歯付きベルト２００２が、処理されるべきマージ材料ウェブ１４３２を受け取るために、連続ループ様式で、ウェブ方向ＷＤに前進することが容易になる。
一実施形態では、大容量積層システム２０００は、１つ以上のクロスウェブベルトテンショナ２０２８を含む。クロスウェブベルトテンショナ２０２８は、歯付きベルト２００２の歯の二次セット２０３２（図２０Ａ）と係合するように構成されている。歯の二次セット２０３２は、スプロケット２００６が歯付きベルト２００２に係合する位置から歯付きベルト２００２の反対側に位置している。クロスウェブベルトテンショナ２０２８は、マージ材料ウェブ１４３２にクロスウェブ方向の張力を与えて、フィデューシャルフィーチャ６０２の位置合わせおよび位置決めを容易にするように機能する。一実施形態では、クロスウェブベルトテンショナ２０２８は、歯の二次セット２０３２に係合する一組の反転した歯を含む。クロスウェブベルトテンショナは、クロスウェブ方向ＸＷＤにクロスウェブベルトテンショナ２０２８を動かすために、サーボ、モータ、または他の運動制御装置に取り付けられてもよい。クロスウェブベルトテンショナ２０２８がクロスウェブ方向ＸＷＤにおいて外側に（ウェブの中心から離れるように）動かされるにつれて、マージ材料ウェブ１４３２上のクロスウェブ張力が増大する。同様に、クロスウェブベルトテンショナ２０２８がクロスウェブ方向において内側に（ウェブの中心に向かう方向に）動かされると、クロスウェブ張力の減少が、マージ材料ウェブ１４３２に作用する。クロスウェブベルトテンショナ２０２８の各々は、マージ材料ウェブ１４３２の移動経路に沿った異なる点でマージ材料ウェブ１４３２に異なる量のクロスウェブ張力を加えるように個々に制御され得る。従って、クロスウェブベルトテンショナ２０２８は、マージ材料ウェブ１４３２の平坦化（例えば、脱皺、脱カール、脱弛み等）を促進するように機能する。いくつかの実施形態では、外側穿孔６０８の破断強度の０～５０パーセントの範囲内のクロスウェブベルト張力が、クロスウェブベルトテンショナ２０２８によって提供される。実施形態において、クロスウェブベルトテンショナ２０２８は、マージ材料ウェブ１４３２を平坦化することによって、たるみ、しわまたは湾曲によって引き起こされる変形によるフィデューシャルフィーチャ６０２の位置ずれを防止するのに有益である。
いくつかの実施形態では、十分なダウンウェブ張力が同期スプロケット２００６によってマージ材料ウェブ１４３２に加えられると、マージ材料ウェブ１４３２がダウンウェブ方向に伸びる可能性があり、フィデューシャルフィーチャ６０２がダウンウェブ方向に意図された間隔よりもさらに離間する原因となる。このような実施形態では、歯付きベルト２００２は、その速度を減少させるように制御され、これによって、ウェブ方向ＷＤにおけるマージ材料ウェブ１４３２上のダウンウェブ張力が対応するように減少する、あるいは、歯付きベルト２００２は、速度を増加させるように制御され、これによって、ウェブ方向ＷＤにおけるマージ材料ウェブ１４３２上の張力が対応するように増加する。
打ち抜き動作中、電極サブユニット２０１８は、外側穿孔６０８および内側穿孔６１０（図１５Ａ）の強度によって規定される所定の方法で、マージ材料ウェブ１４３２から分離するように構成される。一実施形態では、外側の穿孔は内側の穿孔６１０よりも低い破断強度を有する（すなわち、破断しやすい）。この実施形態では、電極サブユニット２０１８は、外側穿孔６０８および長さ方向エッジカット６００によって画定される経路に沿って、マージ材料ウェブから分離する。
一実施形態では、所定数の電極サブユニット２０１８が受けユニット２０１０上に積み重ねられ、マルチユニット電極スタック２０３０（図２４Ｃ）を形成する。積層された電極サブユニット２０１８の各々は、それぞれのフィデューシャルフィーチャ６０２、長さ方向エッジカット６００および穿孔６０８、６１０がウェブ方向ＷＤおよびクロスウェブ方向ＸＷＤに整列されるように整列されることが理解されるべきである。次に、マルチユニット電極スタック２０３０は、圧力矢印Ｐで示される方向にマルチユニット電極スタック２０３０に圧力を加える圧力プレート１６０４、１６０６を有する加圧拘束１６０２内に置かれる。マルチユニット電極スタック２０３０に加えられる圧力は、圧力プレート１６０４、１６０６によってマルチユニット電極スタック２０３０に加えられる圧力Ｐを制御するために、ユーザインタフェース１１６を用いて調節可能であってもよい。一旦十分な圧力Ｐがマルチユニット電極スタック２０３０に加えられると、アライメントピン１６００は除去方向Ｒに動かされ得、これにより、図１６Ｃに示されるように、アブレーション４０４（例えば、電極タブ５２０）がマルチユニット電極スタック２０３０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裂する。
穿孔６１０が破裂した後、マルチユニット電極スタック２０３０はタブ溶接ステーションに進み、バスバ１７００および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。溶接の前に、バスバ１７００、１７０２は、それぞれの電極のバスバ開口部１６０８を通して配置される。一実施形態では、バスバ１７００、１７０２がバスバ開口部１６０８を通して配置されると、アブレーション４０４は、溶接の前に、それぞれバスバ１７００、１７０２に向かって折り畳まれる。この実施形態では、バスバ１７００は銅バスバであり、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１７０２はアルミニウムバスバであり、カソード導電体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１７００、１７０２を電極タブ５２０に溶接するための任意の適切な溶接方法を用いて行うことができる。一実施形態では、バスバ１７００、１７０２の各々は、それぞれアノードおよびカソード用の電極タブ５２０の全てと電気的に接触している。
積層セル１７０４が形成されると、積層セルはパッケージング・ステーション１８００に進む。パッケージング・ステーション１８００で、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は真空を用いて排気され、開口部（図示せず）から電解質材料が充填される。絶縁包装材料は、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の周囲に封止されてもよい。バスバ１７００および１７０２は露出したままであり、ユーザがバスバを給電されるデバイスに、またはバッテリ充電器に接続できるように、バッテリパッケージ１８０２によって覆われていない。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が定義される。この実施形態では、完成した電池は３次元リチウムイオン型電池である。他の実施形態では、完成した電池は、本明細書に記載の装置及び方法を用いて製造するのに適した任意の電池タイプであってよい。
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（図７）を有する。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方向ＸＷＤに延びている。代替実施形態では、長手方向軸ＡＥは、その底部から頂部までダウンウェブ方向ＷＤに延びている。一実施形態において、アノード集団のメンバは、アノード材料５０２である基材のウェブ１０４から形成される。さらに、アノード集団の各メンバは、電極の長手方向軸（ＡＥ）に沿って測定される長さ（ＬＥ）（図６Ａ）と、負極構造および正極構造の交互シーケンスが進行する方向（すなわち、ウェブ方向ＷＤ）に測定される幅（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（「Ｚ方向」）に測定される高さ（ＨＥ）（図６Ａ）とを有する。アノード集団の各メンバはまた、その長手方向軸に垂直な平面における電極の投影の側面の長さの合計に対応する周囲長（ＰＥ）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る用途に応じて変化する。しかしながら、一般に、アノード集団の部材は、典型的には、約５ｍｍ～約５００ｍｍの範囲の長さ（ＬＥ）を有する。例えば、そのような一実施形態では、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において、アノード集団のメンバは、約２５ｍｍ～約１００ｍｍの長さ（ＬＥ）を有する。
アノード集団の部材の幅（ＷＥ）もまた、エネルギ貯蔵デバイスおよびその意図される用途に応じて変化する。しかしながら、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。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。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の範囲内にある。
アノード集団の部材の高さ（ＨＥ）もまた、エネルギ貯蔵デバイスおよびその意図される用途に応じて変化する。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。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～約５ｍｍの範囲内にある。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の高さ（ＨＥ）は、約０．１ｍｍ～約１ｍｍの範囲にある。一実施形態によれば、アノード集団の部材は、第１の高さを有する１つ以上の第１の電極部材と、第１の高さ以外の第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において、１つ以上の第１の電極部材および１つ以上の第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、多層電極サブスタック１５００（図１５））についての所定の形状、例えば、縦軸および／または横軸のうちの１つ以上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ように、および／または二次電池についての所定の性能特性を提供するように、選択され得る。
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である（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のそれぞれに対する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）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対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である。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２０：１である。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１００：１未満である。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未満である。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の範囲にある。
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である基材のウェブ１０４から形成される。ここで図６Ｂを参照すると、カソード集団の各部材は、底部、頂部、およびクロスウェブ方向ＸＷＤに底部から頂部まで、負極構造および正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方向軸（ＡＣＥ）を有する。さらに、カソード集団の各メンバは、クロスウェブ方向ＸＷＤに平行である長手方向軸（ＡＣＥ）に沿って測定された長さ（ＬＣＥ）と、負極構造体および正極構造体の交互シーケンスが進行するダウンウェブ方向ＷＤにおいて測定された幅（ＷＣＥ）と、長さ（ＬＣＥ）および幅（ＷＣＥ）の測定方向の各々に垂直な方向において測定された高さ（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る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。例えば、そのような一実施形態では、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、そのような一実施形態では、カソード集団の各メンバは、約２５ｍｍ～約１００ｍｍの長さ（ＬＣＥ）を有する。
カソード集団の部材の幅（ＷＣＥ）もまた、エネルギ貯蔵デバイスおよびその意図される用途に応じて変化する。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～約２．５ｍｍの範囲内の幅（ＷＣＥ）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の幅（ＷＣＥ）は、約０．０２５ｍｍ～約２ｍｍの範囲内にある。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の範囲内にある。
カソード集団の部材の高さ（ＨＣＥ）もまた、エネルギ貯蔵デバイスおよびその意図される用途に応じて変化する。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０．０５ｍｍ～約１０ｍｍの範囲内の高さ（ＨＣＥ）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の高さ（ＨＣＥ）は、約０．０５ｍｍ～約５ｍｍの範囲内にある。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高さ（ＨＣＥ）は、約０．１ｍｍ～約１ｍｍの範囲にある。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の高さ以外の第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において、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、長手方向軸および／または横方向軸のうちの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、電極アセンブリのための所定の形状に対応するように、および／または二次電池のための所定の性能特性を提供するように選択され得る。
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、高さ（ＨＣＥ）よりも実質的に大きい長さ（ＬＣＥ）を有する。例えば、一実施形態において、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である（すなわち、ＷＣＥに対するＬＣＥの比はそれぞれ少なくとも５：１であり、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、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、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幅（ＷＣＥ）に対する高さ（ＨＣＥ）の比は、それぞれ少なくとも０．４：１である。例えば、一実施形態において、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２：１になる。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である。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２０：１である。しかしながら、典型的には、ＨＣＥ対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未満である。例えば、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５００：１未満である。さらなる例として、一実施形態では、ＨＣＥ対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対ＷＣＥの比はそれぞれ１０：１未満である。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の範囲にある。
一実施形態では、アノード集電体５０６も、負極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。例えば、一実施形態では、アノード集電体５０６の電気コンダクタンスと負極活性材料層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させるための印加負荷があるとき、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５０６の電気コンダクタンスと負極活性材料層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させるための印加負荷があるとき、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５０６の電気コンダクタンスと負極活性材料層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させるための印加負荷があるとき、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５０６の電気コンダクタンスと負極活性材料層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させるための印加負荷があるとき、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５０６の電気コンダクタンスと負極活性材料層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、少なくとも１００００：１である。
一般に、カソード集電体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、ケイ素とニッケルとの合金、チタン、またはそれらの組み合わせなどの金属から構成され得る（Ａ．Ｈ．ＷｈｉｔｅｈｅａｄおよびＭ．Ｓｃｈｒｅｉｂｅｒによる「Ｃｕｒｒｅｎｔ ｃｏｌｌｅｃｔｏｒｓ ｆｏｒ ｐｏｓｉｔｉｖｅ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅｓ ｏｆ ｌｉｔｈｉｕｍ－ｂａｓｅｄ ｂａｔｔｅｒｉｅｓ」、Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ ｔｈｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｃｈｅｍｉｃａｌ Ｓｏｃｉｅｔｙ，１５２（１１）Ａ２１０５－Ａ２１１３（２００５）を参照。）。さらなる例として、一実施形態では、カソード集電体５１０は、金または金ケイ化物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５１０は、ニッケルまたはニッケルシリサイドなどのその合金からなる。
以下の実施形態は、本開示の態様を説明するために提供されるが、実施形態は限定を意図するものではなく、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１．二次電池用の電極アセンブリを製造するためにウェブをマージするプロセスにおいて、
第１の基材のウェブを第１のウェブマージ経路に沿って移動させる工程であって、第１の基材のウェブは、（ｉ）電極サブユニットのための第１のコンポーネントの集団であって、第１のコンポーネントは、対応する弱化パターンによって画定される、第１のコンポーネントの集団と、（ｉｉ）第１の搬送フィーチャの集団と、を含む、移動させる工程と、
第２の基材のウェブを第２のウェブマージ経路に沿って移動させる工程であって、第２の基材のウェブは、（ｉｉｉ）電極サブユニットのための第２のコンポーネントの集団であって、第２のコンポーネントは対応する弱化パターンによって画定される、第２のコンポーネントと、（ｉｖ）第２の搬送フィーチャの集団と、を含む、移動させる工程と；
第１のウェブマージ経路及び第２のウェブマージ経路に隣接する、ウェブマージ方向に受け部材を搬送する工程であって、受け部材は、第１の基材のウェブの第１の搬送フィーチャ及び第２の基材のウェブの第２の搬送フィーチャと係合するように構成された複数の突起部を備える、搬送する工程と、
第１の基材のウェブの搬送フィーチャが、ベルト上の複数の突起部の少なくとも一部によって係合されるように、第１のウェブマージ位置で、第１の基材のウェブを受け部材上で受ける工程と、
第１のコンポーネントが第２のコンポーネントと実質的に整列し、第２の基材のウェブの搬送フィーチャがベルト上で複数の突起部の少なくとも一部によって係合されるように、第２のウェブマージ位置において、受け部材上で第１の基材のウェブ上に第２の基材のウェブを重ね合わせる工程であって、第２のウェブマージ位置は、第１のウェブマージ位置からダウンウェブ方向に間隔を空けるものである、重ね合わせる工程と
含む、プロセス。
実施形態２．第１の基材のウェブが電極材料のウェブからなり、第２の基材のウェブがセパレータ材料のウェブからなる、実施形態１のプロセス。
実施形態３．第１の基材のウェブがセパレータ材料のウェブからなり、第２の基材のウェブが電極材料のウェブからなる、実施形態１のプロセス。
実施形態４．二次電池用の電極アセンブリを製造するためにウェブをマージするプロセスにおいて、
第１の基材のウェブを第１のウェブマージ経路に沿って移動させる工程であって、第１の基材のウェブは、（ｉ）電極サブユニットのための第１の電極コンポーネントの集団であって、第１の電極コンポーネントは、対応する弱化パターンによって画定される、第１の電極コンポーネントの集団と、（ｉｉ）第１の搬送フィーチャの集団と、を含み、第１の基材のウェブは、電極材料のウェブを含む、移動させる工程と、
第２の基材のウェブを第２のウェブマージ経路に沿って移動させる工程であって、第２の基材のウェブは、（ｉｉｉ）対応する弱化パターンによって画定されるセパレータコンポーネントの集団と、（ｉｖ）第２の搬送フィーチャの集団と、を含み、第２の基材のウェブは、セパレータ材料のウェブを含む、移動させる工程と、
第１のウェブマージ経路及び第２のウェブマージ経路に隣接する、ウェブマージ方向に受け部材を搬送する工程であって、受け部材は、電極材料のウェブの第１の搬送フィーチャ及びセパレータ材料のウェブの第２の搬送フィーチャと係合するように構成された複数の突起部を備える、搬送する工程と、
電極材料のウェブ又はセパレータ材料のウェブの夫々の搬送フィーチャが、ベルト上の複数の突起部の少なくとも一部によって係合されるように、第１のウェブマージ位置で、電極材料のウェブ及びセパレータ材料のウェブの一方をベルト上で受ける工程と、
電極材料のウェブ又はセパレータ材料のウェブの他方の夫々の搬送フィーチャが、ベルト上で複数の突起部の少なくとも一部によって係合され、セパレータ構造体が第１の電極構造体と実質的に整列するように、電極材料のウェブ及びセパレータ材料のウェブの受け側の一方に、第２のウェブマージ位置で、電極材料のウェブ及びセパレータ材料のウェブの他方を重ね合わせる工程であって、第２のウェブマージ位置は、第１のウェブマージ位置からダウンウェブ方向に間隔を空けるものである、重ね合わせる工程と
含む、プロセス。
実施形態５．電極材料のウェブが第１のウェブ位置で受け取られ、セパレータ材料のウェブが第２のウェブ位置で受け取られる、実施形態４に記載のプロセス。
実施形態６．セパレータ材料のウェブが第１のウェブ位置に受け取られ、電極材料のウェブが第２のウェブ位置に受け取られる、実施形態４に記載のプロセス。
実施形態７．前記第１のウェブマージ経路が第１のカテナリ曲線からなり、前記第２のマージ経路が第２のカテナリ曲線からなる、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態８．第１のカテナリ曲線を分析する工程と、第１の搬送フィーチャが受け部材上の複数の突起部の隣接するものと整列するように、第１のカテナリ曲線の分析に基づいて第１のウェブマージ経路に沿って走行する第１の基材のウェブの速度を調整する工程とを、さらに含む、実施形態７に記載のプロセス。
実施形態９．第２のカテナリ曲線を分析する工程と、第２の搬送フィーチャが受け部材上の複数の突起部の隣接するものに整列するように、第２のカテナリ曲線の分析に基づいて、第２のウェブマージ経路に沿って走行する第２の基材のウェブの速度を調整する工程とを、さらに含む、実施形態８に記載のプロセス。
実施形態１０．第１のウェブマージ経路と第２のウェブマージ経路との少なくとも一方が、それぞれの第１の搬送フィーチャ又は第２の搬送フィーチャと整列する歯を有するマージスプロケット上でそれぞれの第１の基材のウェブ又は第２の基材のウェブを搬送することを、含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態１１．第１の基材のウェブと第２の基材のウェブとの少なくとも一方を、それぞれの第１のウェブマージ経路および第２のウェブマージ経路に沿って移動させることは、第１の基材のウェブおよび／または第２の基材のウェブを、マージスプロケットと反転歯スプロケットとの間で搬送することを含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態１２．マージスプロケットの歯が、第１の基材のウェブおよび／または第２の基材のウェブのそれぞれの第１または第２の搬送フィーチャを通過して、反転歯スプロケットの対応するくぼみに入る、実施形態１１に記載のプロセス。
実施形態１３．受け部材の突起部が反転歯スプロケットと係合する点において、第１の基材のウェブおよび第２の基材のウェブの少なくとも一方をマージさせることをさらに含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態１４．回転ブラシを使用して、第１の基材のウェブおよび第２の基材のウェブの少なくとも一方の平坦度を、それぞれのウェブのマージスプロケットとの最初の接触点の近位で増加させる工程を、さらに含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態１５．回転ブラシとは反対方向に回転する逆回転ブラシを使用する工程を、さらに含み、逆回転ブラシは、回転ブラシからウェブを横切る位置に配置される、実施形態１４に記載のプロセス。
実施形態１６．真空装置を使用して、第１の基材のウェブおよび第２の基材のウェブの少なくとも一方の平坦度を、それぞれのウェブのマージスプロケットとの最初の接触点の近位で増加させる工程を、さらに含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態１７．真空装置は、空気を吸引するための複数の真空孔を有するベースを備える、実施形態１６に記載のプロセス。
実施形態１８．
それぞれの第１の基材のウェブまたは第２の基材のウェブの巻き戻し速度を制御することによって、それぞれの第１の基材のウェブまたは第２の基材のウェブのマージスプロケットへの最初の接触点における、第１の基材のウェブおよび第２の基材のウェブの少なくとも一方のウェブ方向の張力を低減する工程を、さらに含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態１９．マージスプロケットに対するそれぞれの第１の基材のウェブまたは第２の基材のウェブの最初の接触点の近位にある第１の基材のウェブまたは第２の基材のウェブの少なくとも一方の静電荷を低減するために脱イオン装置を使用する工程を、さらに含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態２０．脱イオン装置が、ウェブ方向において回転ブラシ及び真空テンショナの少なくとも一方の前に配置される、実施形態１７に記載のプロセス。
実施形態２１．第１の基材のウェブおよび第２の基材のウェブの少なくとも一方のマージスプロケットとの初期の接触点が垂直から０～９０度以内になるように制御する工程を、さらに含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態２２．クロスウェブベルトテンショナを使用して、クロスウェブ方向の張力を第１の基材のウェブおよび第２の基材のウェブのうちの少なくとも一方に加える工程を、さらに含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態２３．マージスプロケットの歯が、歯の基部が突起部の遠位部分よりも大きな断面積を有するようにテーパ状である、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態２４．受け部材の突起部が、突起部の基部が突起部の遠位部分よりも大きい断面積を有するようにテーパ状である、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態２５．受け部材の突起部が、第１の基材のウェブおよび第２の基材のウェブの少なくとも一方の搬送フィーチャの一部のみに接触するように、受け部材のウェブ横断張力を制御する工程を、さらに含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態２６．センサを使用して欠陥を検出する工程が、第１の基材のウェブおよび第２の基材のウェブのうちの少なくとも一方の欠陥を検出する工程を、さらに含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態２７．センサを使用して欠陥を検出する工程が、第１の基材のウェブおよび第２の基材のウェブの少なくとも一方を受け部材上にマージさせる前に行われる、実施形態２６に記載のプロセス。
実施形態２８．検出された欠陥を、第１の基材のウェブまたは第２の基材のウェブの少なくとも一方にマーキングする工程を、さらに含む、実施形態２６または２７に記載のプロセス。
実施形態２９．第１の基材のウェブおよび第２の基材のウェブの少なくとも一方のウェブ方向の張力が、マージスプロケットへの最初の接触点および受け部材への移送点で異なるように制御する工程を、さらに含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態３０．第１の基材のウェブおよび／または第２の基材のウェブをベルトに見当合わせするために、第１の基材のウェブおよび／または第２の基材のウェブの少なくとも一方の弛みを許容するのに十分な距離で、ベルトに垂直に隣接する反転歯ローラを位置決めする工程を、さらに含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態３１．後続の反転歯スプロケットを、該反転歯スプロケットと受け部材との間のニップ距離が、先行する反転歯スプロケットと受け部材との間のニップ距離よりも大きくなるように位置決めする工程を、さらに含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態３２．マージスプロケットの歯が、第１の基材のウェブおよび第２の基材のウェブの少なくとも一方が歯の基部よりも上方に位置することを可能にするように構成される、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態３３．（ａ）第３の基材のウェブを第３のウェブマージ経路に沿って移動させる工程であって、第３の基材のウェブは、（ｉ）電極サブユニットのための第３のコンポーネントの集団であって、対応する弱化パターンによって画定される、第３のコンポーネントの集団と、（ｉｉ）第３の搬送フィーチャの集団と、を含む、移動させる工程と、（ｂ）第３の基材のウェブの搬送フィーチャが受け部材上の複数の突起部の少なくとも一部によって係合され、第３のコンポーネントが第２のコンポーネントと実質的に整列するように、第３のウェブマージ位置で、第３の基材のウェブを第２の基材のウェブ上に重ね合わせる工程であって、第３のウェブマージ位置は、第１のウェブマージ位置および第２のウェブマージ位置からダウンウェブ方向に間隔を空けるものである、重ね合わせる工程と、をさらに含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態３４．第３の基材のウェブが対電極材料のウェブからなり、第２の基材のウェブがセパレータ材料のウェブからなる、実施形態３３のプロセス。
実施形態３５．第３の基材のウェブがセパレータ材料のウェブからなり、第２の基材のウェブが電極材料のウェブからなる、実施形態３３のプロセス。
実施形態３６．第４のウェブマージ経路に沿って第４の基材のウェブを移動させる工程であって、第４の基材のウェブは、電極サブユニットのための第４のコンポーネントの集団であって、第４のコンポーネントは、対応する弱化パターンによって画定される、第４のコンポーネントの集団と、第４の搬送フィーチャの集団とを含む、移動させる工程と、第４の基材のウェブの搬送フィーチャが受け部材上の複数の突起部の少なくとも一部によって係合され、第４のコンポーネントが第３のコンポーネントと実質的に整列するように、第４のウェブマージ位置で、第４の基材のウェブを第３の基材のウェブ上に重ね合わせる工程であって、第４のウェブマージ位置は、第１のウェブマージ位置、第２のウェブマージ位置、および第３のマージ位置からダウンウェブ方向に間隔を空けるものである、重ね合わせる工程と、をさらに含む、実施形態３３、３４、または３５に記載のプロセス。
実施形態３７．第４の基材のウェブが対電極材料のウェブからなり、第３の基材のウェブがセパレータ材料のウェブからなる、実施形態３６のプロセス。
実施形態３８．第４の基材のウェブがセパレータ材料のウェブからなり、第３の基材のウェブが対電極材料のウェブからなる、実施形態３６のプロセス。
実施形態３９．受け部材が連続ベルトからなる、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態４０．受け部材が複数のピンプレートからなる、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態４１．前記マージスプロケットを、前記反転歯スプロケットとは反対方向に回転させる工程を、さらに含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態４２．光学センサを使用して、第１または第２のカテナリ曲線のそれぞれの一方を分析する工程を、さらに含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態４３．前記カテナリ曲線のたるみが所定の閾値の外側にある場合に、前記第１の基材のウェブまたは前記第２の基材のウェブのそれぞれの一方に対するウェブ方向の張力を増加させることをさらに含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態４４．第１の基材のウェブおよび第２の基材のウェブの巻き戻し速度が、受け部材の速度にキー設定される、先行する実施形態のいずれかに記載のプロセス。
実施形態４５．それぞれの第１又は第２のカテナリ曲線が、第１又は第２の基材のウェブの搬送フィーチャとマージスプロケットの歯との自己整列を容易にする、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセス。
実施形態４６．積層ウェブの層状配列の電極サブユニットの集団から電極サブユニットを分離するためのプロセスであって、各電極サブユニットは、対応する弱化パターンによって積層ウェブ内に画定される、プロセスにおいて、
該プロセスは、
積層ウェブの層状配列の電極サブユニットを、受けユニットとパンチヘッドとの間のパンチ位置に位置決めする工程であって、受けユニットは、ベース、アライメントピン、及び可動プラットフォームを含む、位置決めする工程と、
受けユニットのアライメントピンを、電極サブユニットのフィデューシャルフィーチャを通して位置決めする工程と、
可動プラットフォームを電極サブユニットの下面と受けユニットのベースとの間の所定の位置に位置決めする工程と、
パンチヘッドを用いて電極サブユニットに力を加える工程であって、該力は、弱化パターンに沿って電極サブユニットを積層ウェブのアレイから分離するのに十分な大きさを有する、力を加える工程と
を含む、プロセス。
実施形態４７．分離された電極サブユニットを可動プラットフォーム上に受ける工程を、さらに含む、実施形態４６のプロセス。
実施形態４８．電極サブユニットに力を加える間、受けユニットを静止位置に維持する工程を、さらに含む、実施形態４６のプロセス。
実施形態４９．電極サブユニットのフィデューシャルフィーチャを通して受けユニットのアライメントピンを位置決めする間、パンチヘッドを静止位置に維持する工程を、さらに含む、実施形態４６～４８のプロセス。
実施形態５０．アライメントピンをパンチヘッドに形成された対応するパンチヘッドホールに移動させる間、パンチヘッドを静止位置に維持する工程を、さらに含む、実施形態４６～４９のプロセス。
実施形態５１．電極サブユニットを積層ウェブの層状配列から分離することが、電極サブユニットの第１の外縁を画定する第１の穿孔を破裂させることと、電極サブユニットの第２の外縁を画定する第２の穿孔を破裂させることとを含む、実施形態４６～５０のプロセス。
実施形態５２．第１の外縁および第２の外縁が電極サブユニットの対向する側に位置する、実施形態５１のプロセス。
実施形態５３．アライメントピンを使用して電極サブユニットにクロスウェブ張力を加える工程を、さらに含む、実施形態４６～５２のプロセス。
実施形態５４．電極サブユニットの各フィデューシャルフィーチャの一部のみをアライメントピンと接触させる工程を、さらに含む、実施形態４６～５３のプロセス。
実施形態５５．電極サブユニットの集団において欠陥のある電極サブユニットを定義する工程と、欠陥のある電極サブユニットを積層ウェブの層状配列から分離しないようにパンチヘッドを制御する工程とを、さらに含む、実施形態４６～５４のプロセス。
実施形態５６．光学装置を使用して電極サブユニットのフィデューシャルフィーチャを位置決めする工程を、さらに含む、実施形態４６～５５のプロセス。
実施形態５７．欠陥のある電極サブユニットを示すために、積層ウェブの層状配列にマークを付ける工程を、さらに含む、実施形態４６～５６のプロセス。
実施形態５８．パンチヘッドと受けユニットとの間で電極サブユニットに圧縮力を加える工程を、さらに含む、実施形態４６～５７のプロセス。
実施形態５９．前記圧縮が、前記電極サブユニットを前記受けユニットの表面に対して実質的に平行に維持するのに十分なものである、実施形態５８に記載のプロセス。
実施形態６０．積層ウェブの層状配列を平坦化するために真空装置を使用する工程を、さらに含む、実施形態４６～５９のプロセス。
実施形態６１．積層ウェブの配列を平坦化するために１つ以上の回転ブラシを使用する工程を、さらに含む、実施形態４６～６０のプロセス。
実施形態６２．積層ウェブの層状配列が、アノード材料のウェブ、カソード材料のウェブ、およびアノード材料のウェブとカソード材料のウェブとの間に配置されたセパレータ材料のウェブを備える、実施形態４６～６１のプロセス。
実施形態６３．ウェブを平坦化するために、積層ウェブのアレイの搬送フィーチャと係合するコンベヤベルトにクロスウェブ張力を加える工程を、さらに含む、実施形態４６～６２のプロセス。
実施形態６４．アライメントピンをフィデューシャルフィーチャと整列するように移動させるために２軸移動装置を使用する工程を、さらに含む、実施形態４６～６３のプロセス。
実施形態６５．電極サブユニットを積層ウェブの層状配列から分離した後に、電極サブユニットの厚さに等しい距離だけ可動プラットフォームを移動させる工程を、さらに含む、実施形態４６～６４のプロセス。
実施形態６６．
電極サブユニットが、アノード材料、カソード材料、およびセパレータ材料を備える、実施形態４６～６５のプロセス。
実施形態６７．パンチヘッドの下流の積層ウェブのアレイが、使用済みウェブのアレイであり、
使用済みウェブのアレイをローラに巻き付ける工程を、さらに含む、実施形態４６～６６のプロセス。
実施形態６８．１００～３００の電極サブユニットが受けユニット上に積層される、実施形態４６から６７のプロセス。
実施形態６９．先行するいずれかの実施形態のプロセスによって形成される電極サブユニットを含む電池アセンブリ。
実施形態７０．力を加える間に、積層ウェブの層状配列のウェブ方向の動きを停止させる工程を、さらに含む、実施形態４６～６８のプロセス。
実施形態７１．力が、クロスウェブ方向及びウェブ方向の両方に対して実質的に垂直な方向に加えられる、実施形態７０のプロセス。
実施形態７２．力を加える間にパンチヘッドがアノード材料に接触する、実施形態４６～６８のプロセス。
実施形態７３．前記パンチヘッドは、力を加えている間、カソード材料に接触する、実施形態４６～６８のプロセス。
実施形態７４．前記パンチヘッドは、力を加えながらセパレータ材料に接触する、実施形態４６～６８のプロセス。
実施形態７５．弱化パターンの外側の穿孔の破断強度の０～５０パーセントの範囲内のクロスウェブ張力を積層ウェブの層状配列に加える工程を、さらに含む、実施形態４６～６８のプロセス。
実施形態７６．積層ウェブのアレイ内の電極サブユニットの集団から電極サブユニットを分離するシステムにおいて、
電極サブユニットは、対応する弱化パターンによって画定され、
該システムは、
そこから延びる少なくとも２つのアライメントピンを有する受けユニットであって、アライメントピンは、電極サブユニットの対応するフィデューシャルフィーチャと係合するように位置決めされ、電極サブユニットの第１の表面と対向する、受けユニットと、
少なくとも２つのパンチヘッドホールを含む可動パンチヘッドであって、パンチヘッドホールは、アライメントピンの対応する１つを受け入れるようにサイズ決めされて位置決めされ、パンチヘッドは、電極サブユニットの対向面に面するように位置決めされる、可動パンチヘッドと、
パンチヘッドに、弱化パターンに沿って積層ウェブのアレイから電極サブユニットを分離するのに十分な力を電極サブユニットの対向面に加えさせるように構成されたコントローラと
を含む、システム。
実施形態７７．積層ウェブのアレイ内の電極サブユニットの集団から電極サブユニットを分離するシステムにおいて、
電極サブユニットは、対応する弱化パターンによって画定され、
該システムは
ベースと可動プラットフォームとを有する受けユニットであって、可動プラットフォームは、積層ウェブのアレイとベースとの間の所定の位置に選択的に位置決め可能である、受けユニットと、
電極サブユニットの対向面に対向するように位置決めされる可動パンチヘッドと、
パンチヘッドに、弱化パターンに沿って積層ウェブのアレイから電極サブユニットを分離するのに十分な力を電極サブユニットの対向面に加えさせるように構成されたコントローラであって、受けユニットの可動プラットフォームは、積層ウェブのアレイから分離された電極サブユニットを受けるように選択的に位置決めされる、コントローラと
を含む、システム。
実施形態７８．受けユニットが、ベース、位置合わせピン、および可動プラットフォームを備える、実施形態７６または７７に記載のシステム。
実施形態７９．前記可動プラットフォームは、前記電極サブユニットの厚さに等しい距離だけ移動されるように構成される、実施形態７８に記載のシステム。
実施形態８０．コントローラが、可動プラットフォームを移動させるように構成される、実施形態７６～７９に記載のシステム。
実施形態８１．パンチヘッドが、アライメントピンのそれぞれのものを受けるためのパンチヘッドホールを備える、実施形態７６～８０に記載のシステム。
実施形態８２．受けユニットのアライメントピンが、電極サブユニットにクロスウェブ張力を加えるように適合されている、実施形態７６～８１に記載のシステム。
実施形態８３．受けユニットの位置合わせピンが、電極サブユニットのそれぞれのフィデューシャルフィーチャを受信するように適合される、実施形態７６～８２に記載のシステム。
実施形態８４．電極サブユニットの欠陥を検出するための欠陥検出システムを、さらに備える、実施形態７６～８３に記載のシステム。
実施形態８５．コントローラが、積層ウェブのアレイから欠陥のある電極サブユニットを分離しないようにパンチヘッドを動作させるように構成される、実施形態７６～８４に記載のシステム。
実施形態８６．電極サブユニットのフィデューシャルフィーチャの位置を特定するための光学装置を、さらに備える、実施形態７６～８５に記載のシステム。
実施形態８７．
欠陥のある電極サブユニットを示すために積層ウェブのアレイにマークを付けるためのマーキングシステムを、さらに備える、実施形態７６～８６に記載のシステム。
実施形態８８．積層ウェブのアレイを平坦化するための真空装置を、さらに備える、実施形態７６～８７に記載のシステム。
実施形態８９．積層ウェブのアレイを平坦化するための１つまたは複数の回転ブラシを、さらに備える、実施形態７６～８８に記載のシステム。
実施形態９０．積層ウェブのアレイが、アノード材料のウェブと、カソード材料のウェブと、アノード材料のウェブとカソード材料のウェブとの間に配置されたセパレータ材料のウェブとを備える、実施形態７６～８９に記載のシステム。
実施形態９１．電極サブユニットが、アノード材料、カソード材料、およびセパレータ材料を備える、実施形態７６～９０に記載のシステム。
実施形態９２．二次電池用の電極アセンブリを製造するためにウェブをマージするシステムにおいて、
第１の基材のウェブを第１のウェブマージ経路に沿って移動させるように構成された第１のマージゾーンであって、第１の基材のウェブは、電極サブユニットのための第１のコンポーネントの集団と第１の搬送フィーチャの集団とを含み、第１のコンポーネントは、対応する弱化パターンによって画定される、第１のマージゾーンと、
第２の基材のウェブを第２のウェブマージ経路に沿って移動させるように構成された第２のマージゾーンであって、第２の基材のウェブは、電極サブユニットのための第２のコンポーネントの集団と第２の搬送フィーチャの集団とを含み、第２のコンポーネントは、対応する弱化パターンによって画定される、第２のマージゾーンと、
複数の突起部を含む受け部材であって、該受け部材は、第１のウェブマージ経路及び第２のウェブマージ経路に隣接して配置され、該複数の突起部は、第１の基材のウェブの第１の搬送フィーチャ、及び第２の基材のウェブの第２の搬送フィーチャと係合するように構成されている、受け部材と
を含み、
第１のマージゾーンは、第１の基材のウェブの搬送フィーチャがベルト上の複数の突起部の少なくとも一部によって係合されるように、第１のウェブマージ位置にて、第１の基材のウェブを受け部材上に搬送するように適合され、
第２のマージゾーンは、第２のコンポーネントが第１のコンポーネントと実質的に整列し、第２の基材のウェブの搬送フィーチャがベルト上の複数の突起部の少なくとも一部によって係合されるように、第２のウェブマージ位置にて、第２の基材のウェブを受け部材上に搬送するように適合され、
第２のマージゾーンは、第１のマージゾーンからダウンウェブ方向に間隔を空けるものである、
システム。
実施形態９３．第１の基材のウェブが電極材料のウェブからなり、第２の基材のウェブがセパレータ材料のウェブからなる、実施形態９２のプロセス。
実施形態９４．第１の基材のウェブがセパレータ材料のウェブからなり、第２の基材のウェブが電極材料のウェブからなる、実施形態９２のプロセス。
実施形態９５．第１のマージゾーンが、第１の基材のウェブ上の搬送フィーチャと整列するための歯を有する第１のマージスプロケットを備え、第２のマージゾーンが、第２の基材のウェブ上の搬送フィーチャと整列するための歯を有する第２のマージスプロケットを備える、実施形態９２～９４に記載のシステム。
実施形態９６．第１のマージゾーンが第１の反転歯スプロケットからなり、第２のマージゾーンが第２の反転歯スプロケットからなり、第１および第２の反転歯スプロケットの各々が、第１および第２のマージスプロケットの歯とそれぞれ係合するように構成された複数のくぼみからなる、実施形態９５に記載のシステム。
実施形態９７．第１の反転歯スプロケットは、第１のウェブマージ経路に沿って第１のマージスプロケットと受け部材との間に配置され、第２の反転歯スプロケットは、第２のウェブマージ経路に沿って第２のマージスプロケットと受け部材との間に配置される、実施形態９６に記載のシステム。
実施形態９８．第１のマージスプロケットの歯が、第１の基材のウェブの第１の搬送フィーチャを通過して第１の反転歯スプロケットのくぼみに入るように位置決めされ、第２のマージスプロケットの歯が、第２の基材のウェブの第２の搬送フィーチャを通過して第２の反転歯スプロケットのくぼみに入るように位置決めされる、実施形態９７に記載のシステム。
実施形態９９．第１の反転歯スプロケットおよび受け部材が第１のニップを画定し、第２の反転歯スプロケットおよび受け部材が第２のニップを画定し、第２のニップが第１のニップよりも大きな間隔を有する、実施形態９７に記載のシステム。
実施形態１００．第１のマージスプロケットと第２のマージスプロケットが同じ半径を有する、実施形態９２～９９に記載のシステム。
実施形態１０１．第１の反転歯スプロケット及び第２の反転歯スプロケットが同じ半径を有する、実施形態９２～１００に記載のシステム。
実施形態１０２．前記第１及び第２のマージスプロケットの半径は、前記第１及び第２の反転歯スプロケットの半径よりも大きい、実施形態１０１に記載のシステム。
実施形態１０３．第１のマージゾーンが、第１の基材のウェブのスプールを巻き戻すための第１の巻き戻しローラを、さらに備え、第２のマージゾーンが、第２の基材のウェブのスプールを巻き戻すための第２の巻き戻しローラを、さらに備える、実施形態９２～１０２に記載のシステム。
実施形態１０４．第１のウェブマージ経路が第１のカテナリ曲線からなり、第２のマージ経路が第２のカテナリ曲線からなる、実施形態９２～１０３に記載のシステム。
実施形態１０５．前記第１のカテナリ曲線の少なくとも１つの特性を検出するためのセンサを、さらに備える、実施形態１０４に記載のシステム。
実施形態１０６．第２のカテナリ曲線の少なくとも１つの特性を検出するためのセンサを、さらに備える、実施形態１０５に記載のシステム。
実施形態１０７．前記第１の基材のウェブ及び前記第２の基材のウェブの少なくとも一方の平坦度を高めるための回転ブラシを、さらに備える、実施形態９２～１０６に記載のシステム。
実施形態１０８．回転ブラシが、ウェブ方向において、第１のマージスプロケット及び第２のマージスプロケットの少なくとも一方の前に配置される、実施形態１０７に記載のシステム。
実施形態１０９．回転ブラシとは反対方向に回転する逆回転ブラシを、さらに含み、逆回転ブラシは、回転ブラシからクロスウェブ位置に配置される、実施形態１０７に記載のシステム。
実施形態１１０．第１の基材のウェブおよび第２の基材のウェブの少なくとも一方の平坦度を高めるための真空装置を、さらに備える、実施形態９２～１０９に記載のシステム。
実施形態１１１．真空装置が、空気を吸引するための複数の真空孔を有するベースを備える、実施形態１１０に記載のシステム。
実施形態１１２．第１の基材のウェブまたは第２の基材のウェブの少なくとも一方の静電荷を低減するように構成された脱イオン装置を、さらに備える、実施形態９０～１０７に記載のシステム。
実施形態１１３．脱イオン装置が、ウェブ方向において、回転ブラシ及び真空テンショナの少なくとも一方の前に配置される、実施形態１０７～１１２に記載のシステム。
実施形態１１４．第１のマージスプロケットの歯および第２のマージスプロケットの歯が、歯の基部が突起部の遠位部分よりも大きな断面積を有するようにテーパ状である、実施形態９２～１１３に記載のシステム。
実施形態１１５．受け部材の突起部が、突起部の基部が突起部の遠位部分よりも大きな断面積を有するようにテーパ状である、実施形態９２～１１４に記載のシステム。
実施形態１１６．第１の基材のウェブおよび第２の基材のウェブの少なくとも一方の欠陥を検出するためのセンサを、さらに備える、実施形態９２～１１５に記載のシステム。
実施形態１１７．前記センサは、前記第１の基材のウェブ及び前記第２の基材のウェブの少なくとも一方を前記受け部材上にマージさせる前に欠陥を検出するように配置される、実施形態１１６に記載のシステム。
実施形態１１８．第１の基材のウェブおよび第２の基材のウェブの少なくとも一方に、検出された欠陥にマークを付けるためのマーキング装置を、さらに備える、実施形態１１６または１１７に記載のシステム。
実施形態１１９．第３の基材のウェブを第３のウェブマージ経路に沿って移動させるように構成された第３のマージゾーンを、さらに備え、第３の基材のウェブは、電極サブユニットのための第３のコンポーネントの集団であって、第３のコンポーネントは、対応する弱化パターンによって画定される、第３のコンポーネントの集団と、第３の搬送フィーチャの集団とを含み、第３のマージゾーンは、第３のコンポーネントが第１および第２のコンポーネントと実質的に整列して、第３の基材のウェブの搬送フィーチャがベルト上の複数の突起部の少なくとも一部によって係合されるように、第３のウェブのマージ位置にて、第３の基材のウェブを受け部材上に搬送するよう適合され、第３のマージゾーンは、第１のマージゾーンおよび第２のマージゾーンからダウンウェブ方向に間隔を空けるものである、実施形態９２～１１８に記載のシステム。
実施形態１２０．第３の基材のウェブが対電極材料のウェブからなり、第２の基材のウェブがセパレータ材料のウェブからなる、実施形態１１９のプロセス。
実施形態１２１．第３の基材のウェブがセパレータ材料のウェブからなり、第２の基材のウェブが電極材料のウェブからなる、実施形態１１９のプロセス。
実施形態１２２．第４の基材のウェブを第４のウェブマージ経路に沿って移動させるように構成された第４のマージゾーンを、さらに備え、第４の基材のウェブは、電極サブユニットのための第４のコンポーネントの集団であって、第４のコンポーネントは、対応する弱化パターンによって画定される、第４のコンポーネントの集団と、第４の搬送フィーチャの集団とを含み、第４のマージゾーンは、第４のコンポーネントが第１、第２、および第３のコンポーネントと実質的に整列して、第４の基材のウェブの搬送フィーチャがベルト上の複数の突起部の少なくとも一部によって係合されるように、第４のウェブのマージ位置にて、第４の基材のウェブを受け部材上に搬送するよう適合され、第４のマージゾーンは、第１のマージゾーン、第２のマージゾーン、および第３のマージゾーンからダウンウェブ方向に間隔を空けるものである、実施形態１１９～１２１に記載のシステム。
実施形態１２３．第４の基材のウェブが対電極材料のウェブからなり、第３の基材のウェブがセパレータ材料のウェブからなる、実施形態１２２のプロセス。
実施形態１２４．第４の基材のウェブがセパレータ材料のウェブからなり、第３の基材のウェブが対電極材料のウェブからなる、実施形態１２２のプロセス。
実施形態１２５．受取部材が連続ベルトからなる、実施形態９２～１２４に記載のシステム。
実施形態１２６．受入れ部材が複数のピンプレートからなる、実施形態９２～１２４に記載のシステム。
実施形態１２７．実施形態９２～１２６または１２９～１５４のいずれかに記載のシステムを使用して製造される電極サブユニット。
実施形態１２８．電極サブユニットが、アノード材料、カソード材料、およびセパレータ材料を備える、実施形態１１９に記載の電極サブユニット。
実施形態１２９．電極材料のウェブが電極活性材料を含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１３０．電極活性材料がアノード活性材料である、実施形態１２９に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１３１．電極活性材料がカソード活性材料である、実施形態１２９に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１３２．対電極材料のウェブが対電極活性材料を含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１３３．対電極活性材料がアノード活性材料である、実施形態１３２に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１３４．対電極活性材料がカソード活性材料である、実施形態１３２に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１３５．電極活性材料および対電極活性材料の一方が、以下からなる群より選択されるアノード活性材料である、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセスまたはシステム。
（ａ）ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、およびカドミウム（Ｃｄ）；
（ｂ）Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、またはＣｄと他の元素との合金または金属間化合物；
（ｃ）Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｖ、Ｃｄの酸化物、炭化物、窒化物、硫化物、リン化物、セレン化物、テルル化物、およびそれらの混合物、複合材、リチウム含有複合材；
（ｄ）Ｓｎの塩および水酸化物；
（ｅ）チタン酸リチウム、マンガン酸リチウム、アルミン酸リチウム、リチウム含有酸化チタン、リチウム－遷移金属酸化物、ＺｎＣｏ２Ｏ４；
（ｆ）グラファイトおよび炭素の粒子；
（ｇ）リチウム金属；
（ｈ）（ａ）～（Ｇ）の組み合わせ。
実施形態１３６．電極活性材料および対電極活性材料のうちの一方が、ケイ素（Ｓｉ）、ゲルマニウム（Ｇｅ）、スズ（Ｓｎ）、鉛（Ｐｂ）、アンチモン（Ｓｂ）、ビスマス（Ｂｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、コバルト（Ｃｏ）、およびカドミウム（Ｃｄ）からなる群より選択されるアノード活性材料である、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１３７．電極活性材料および対電極活性材料の一方が、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｃｏ、またはＣｄと他の元素との合金および金属間化合物からなる群から選択されるアノード活性材料である、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１３８．電極活性材料および対電極活性材料の一方が、Ｓｉ、Ｇｅ、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂ、Ｂｉ、Ｚｎ、Ａｌ、Ｔｉ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｃｏ、Ｖ、およびＣｄの酸化物、炭化物、窒化物、硫化物、リン化物、セレン化物、およびテルル化物からなる群から選択されるアノード活性材料である、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１３９．電極活性材料および対電極活性材料の一方が、Ｓｉの酸化物、炭化物、窒化物、硫化物、リン化物、セレン化物、およびテルル化物からなる群から選択されるアノード活性材料である、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１４０．電極活性材料および対電極活性材料の一方が、ケイ素、ならびにケイ素の酸化物および炭化物からなる群から選択されるアノード活性材料である、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１４１．電極活性材料および対電極活性材料の一方が、リチウム金属からなるアノード活性材料である、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１４２．電極活性材料および対電極活性材料の一方が、グラファイトおよび炭素からなる群から選択されるアノード活性材料である、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１４３．セパレータ材料のウェブがポリマ電解質を含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１４４．セパレータ材料のウェブが固体電解質を含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１４５．セパレータ材料のウェブが、硫化物系電解質からなる群から選択される固体電解質を含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１４６．セパレータ材料のウェブが、硫化スズリチウム（Ｌｉ１０ＳｎＰ２Ｓ１２）、硫化リンリチウム（β－Ｌｉ３ＰＳ４）および塩化ヨウ化リン硫黄リチウム（Ｌｉ６ＰＳ５Ｃｌ０．９Ｉ０．１）からなる群から選択される固体電解質を含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１４７．セパレータ材料のウェブが、上面および下面とその間のバルクとを有する電解質セパレータを含み、バルクが厚さを有し、上面または下面の長さまたは幅が、バルクの厚さよりも１０倍以上大きく、バルクの厚さが約１０ｎｍ～約１００μｍであり、バルクが、化学式ＬｉＡＬａＢＭ′ＣＭ″ＤＺｒＥＯＦによって特徴付けられ、
ここで、
４＜Ａ＜８．５、１．５＜Ｂ＜４、０≦Ｃ≦２、０≦Ｄ≦２；０≦Ｅ＜２、１０＜Ｆ＜１３であり、Ｍ′はＡｌであり、Ｍ″はＡｌ、Ｍｏ、Ｗ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｃａ、Ｂａ、Ｓｒ、Ｃｅ、Ｈｆ、Ｒｂ、およびＴａから選択され；
ここで、上面または下面のいずれかは、炭酸リチウム、水酸化リチウム、酸化リチウム、過酸化リチウム、それらの水和物、それらの酸化物、またはそれらの組み合わせからなる、
先行するいずれかの実施形態に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１４８．セパレータ材料のウェブが、ＰＥＯベースのポリマ電解質、ポリマ－セラミック複合電解質（固体）、ポリマ－セラミック複合電解質、およびポリマ－セラミック複合電解質からなる群から選択されるポリマ電解質を含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１４９．セパレータ材料のウェブが、酸化物ベースの電解質からなる群から選択される固体電解質を含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１５０．セパレータ材料のウェブが、チタン酸リチウムランタン（Ｌｉ０．３４Ｌａ０．５６ＴｉＯ３）、Ａｌドープジルコニウムランタン（Ｌｉ６．２４Ｌａ３Ｚｒ２Ａｌ０．２４Ｏ１１．９８）、Ｔａドープジルコニウムランタン（Ｌｉ６．４Ｌａ３Ｚｒ１．４Ｔａ０．６Ｏ１２）およびリン酸アルミニウムチタンリチウム（Ｌｉ１．４Ａｌ０．４Ｔｉ１．６（ＰＯ４）３）からなる群から選択される固体電解質を含む、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１５１．電極活性材料および対電極活性材料の一方が、インタカレーション化学正極および変換化学正極からなる群から選択されるカソード活性材料である、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１５２．電極活性材料および対電極活性材料の一方が、インタカレーション化学正極材料からなるカソード活性材料である、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１５３．電極活性材料および対電極活性材料の一方が、変換化学正極活性材料を含むカソード活性材料である、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセスまたはシステム。
実施形態１５４．電極活性材料および対電極活性材料の一方が、Ｓ（またはリチウム化状態のＬｉ２Ｓ）、ＬｉＦ、Ｆｅ、Ｃｕ、Ｎｉ、ＦｅＦ２、ＦｅＯｄＦ３．２ｄ、ＦｅＦ３、ＣｏＦ３、ＣｏＦ２、ＣｕＦ２、ＮｉＦ２からなる群から選択されるカソード活性材料であり、ここで、０≦ｄ≦０．５である、先行するいずれかの実施形態に記載のプロセスまたはシステム。
本明細書では、実施例を用いて、最良の態様を含む本発明を開示するとともに、当業者であれば誰でも、任意のデバイスまたはシステムの製造および使用、ならびに組み込まれた任意の方法の実行を含む本発明を実施できるようにする。本発明の特許可能な範囲は特許請求の範囲によって定義され、当業者に思いつく他の実施例を含むことができる。そのような他の実施例は、特許請求の範囲の文言と異ならない構造要素を有する場合、または特許請求の範囲の文言と実質的に異ならない同等の構造要素を含む場合、特許請求の範囲に含まれることが意図される。

Claims (30)

  1. 二次電池用の電極アセンブリを製造するためにウェブをマージするプロセスにおいて、
    第１の基材のウェブを第１のウェブマージ経路に沿って移動させる工程であって、第１の基材のウェブは、（ｉ）電極サブユニットのための第１のコンポーネントの集団であって、第１のコンポーネントは、対応する弱化パターンによって画定される、第１のコンポーネントの集団と、（ｉｉ）第１の搬送フィーチャの集団と、を含む、移動させる工程と、
    第２の基材のウェブを第２のウェブマージ経路に沿って移動させる工程であって、第２の基材のウェブは、（ｉｉｉ）電極サブユニットのための第２のコンポーネントの集団であって、第２のコンポーネントは、対応する弱化パターンによって画定される、第２のコンポーネントと、（ｉｖ）第２の搬送フィーチャの集団と、を含む、移動させる工程と、
    第１のウェブマージ経路及び第２のウェブマージ経路に隣接する、ウェブマージ方向に受け部材を搬送する工程であって、受け部材は、第１の基材のウェブの第１の搬送フィーチャ及び第２の基材のウェブの第２の搬送フィーチャと係合するように構成された複数の突起部を備える、搬送する工程と、
    第１の基材のウェブの搬送フィーチャが、受け部材上の複数の突起部の少なくとも一部によって係合されるように、第１のウェブマージ位置で、第１の基材のウェブを受け部材上で受ける工程と、
    第２のウェブマージ位置において、第１のコンポーネントが第２のコンポーネントと実質的に整列し、第２の基材のウェブの搬送フィーチャが受け部材上で複数の突起部の少なくとも一部によって係合されるように、受け部材上で第１の基材のウェブ上に第２の基材のウェブを重ね合わせる工程であって、第２のウェブマージ位置は、第１のウェブマージ位置からダウンウェブ方向に間隔を空けるものである、重ね合わせる工程と
    を含む、プロセス。
  2. 第１の基材のウェブが電極材料のウェブを含み、第２の基材のウェブがセパレータ材料のウェブを含む、
    請求項１に記載のプロセス。
  3. 第１の基材のウェブがセパレータ材のウェブを含み、第２の基材のウェブが電極材料のウェブを含む、
    請求項１に記載のプロセス。
  4. 第１のウェブマージ経路が第１のカテナリ曲線を含み、第２のウェブマージ経路が第２のカテナリ曲線を含む、
    請求項１～請求項３のいずれか一に記載のプロセス。
  5. 前記第１のカテナリ曲線を分析し、
    前記第１の搬送フィーチャが前記受け部材上で複数の突起部の隣接するものと整列するように、前記第１のカテナリ曲線の分析に基づいて、前記第１のウェブマージ経路に沿って走行する前記第１の基材のウェブの速度を調整する工程を
    更に含む、請求項４に記載のプロセス。
  6. 第１の基材のウェブと第２の基材のウェブとの少なくとも１つを、夫々の第１のウェブマージ経路及び第２のウェブマージ経路に沿って移動させる工程が、
    第１の基材のウェブ及び／又は第２の基材のウェブを、歯を有するマージスプロケットとくぼみを有する反転歯スプロケットとの間で搬送する工程を含み、
    マージスプロケットの歯は、第１の基材のウェブ及び／又は第２の基材のウェブの、夫々の第１の又は第２の搬送フィーチャを通過して、反転歯スプロケットの対応するくぼみに入る、
    請求項１～請求項５のいずれか一に記載のプロセス。
  7. 夫々の第１の基材のウェブ又は第２の基材のウェブの、巻き戻し速度を制御することによって、夫々の第１の基材のウェブ又は第２の基材のウェブのマージスプロケットへの最初の接触点における、第１の基材のウェブ及び第２の基材のウェブの少なくとも１つへの、ウェブ方向の張力を低減する工程を、更に含む、
    請求項１～請求項６のいずれか一に記載のプロセス。
  8. 第１の基材のウェブ及び第２の基材のウェブの少なくとも１つの、マージスプロケットに対する最初の接触点が、垂直から０～９０度の範囲内になるように制御する工程を、更に含む、
    請求項１～請求項７のいずれか一に記載のプロセス。
  9. クロスウェブテンショナを使用して、クロスウェブ方向の張力を、第１の基材のウェブ及び第２の基材のウェブの少なくとも１つに加える工程を、更に含む、
    請求項１～請求項８のいずれか一に記載のプロセス。
  10. 受け部材の突起部が、突起部の基部が突起部の遠位部分よりも大きい断面積を有するようにテーパ状である、
    請求項１～る請求項９のいずれか一に記載のプロセス。
  11. 第１の基材のウェブ及び／又は第２の基材のウェブを受け部材に見当合わせするために、第１の基材のウェブ及び／又は第２の基材のウェブの少なくとも１つの弛みを許容するのに十分な距離で、受け部材に垂直方向に隣接して反転歯ローラを位置決めする工程を、更に含む、請求項６～１０のいずれか一に記載のプロセス。
  12. （ａ）第３の基材のウェブを第３のウェブマージ経路に沿って移動させる工程であって、第３の基材のウェブは、（ｉ）電極サブユニットのための第３のコンポーネントの集団であって、第３のコンポーネントは、対応する弱化パターンによって画定される、第３のコンポーネントの集団と、（ｉｉ）第３の搬送フィーチャの集団と、を含む、移動させる工程と、
    （ｂ）第３の基材のウェブの搬送フィーチャが受け部材上の複数の突起部の少なくとも一部によって係合されて、第３のコンポーネントが第２のコンポーネントと実質的に整列するように、第３のウェブマージ位置で、第３の基材のウェブを第２の基材のウェブ上に重ね合わせる工程であって、第３のウェブマージ位置は、第１のウェブマージ位置および第２のウェブマージ位置からダウンウェブ方向に間隔を空けるものである、重ね合わせる工程と
    を、更に含む、請求項１～１１のいずれか一に記載のプロセス。
  13. 第４のウェブマージ経路に沿って第４の基材のウェブを移動させる工程であって、第４の基材のウェブは、電極サブユニットのための第４のコンポーネントの集団と第４の搬送フィーチャの集団とを含み、第４のコンポーネントは、対応する弱化パターンによって画定される、移動させる工程と、
    第４の基材のウェブの搬送フィーチャが受け部材上の複数の突起部の少なくとも一部によって係合されて、第４のコンポーネントが第３のコンポーネントと実質的に整列するように、第４のウェブマージ位置で、第４の基材のウェブを第３の基材のウェブ上に重ね合わせる工程であって、第４のウェブマージ位置は、第１のウェブマージ位置、第２のウェブマージ位置、および第３のウェブマージ位置からダウンウェブ方向に間隔を空けるものである、重ね合わせる工程と
    を、更に含む、請求項１２に記載のプロセス。
  14. 第４の基材のウェブが対電極材料のウェブを含み、第３の基材のウェブがセパレータ材料のウェブを含む、
    請求項１３に記載のプロセス。
  15. 第４の基材のウェブがセパレータ材料のウェブを含み、第３の基材のウェブが対電極材料のウェブを含む、
    請求項１４に記載のプロセス。
  16. 二次電池用の電極アセンブリを製造するためにウェブをマージするシステムにおいて、
    第１の基材のウェブを第１のウェブマージ経路に沿って移動させるように構成された第１のマージゾーンであって、第１の基材のウェブは、電極サブユニットのための第１のコンポーネントの集団と第１の搬送フィーチャの集団とを含み、第１のコンポーネントは、対応する弱化パターンによって画定される、第１のマージゾーンと、
    第２の基材のウェブを第２のウェブマージ経路に沿って移動させるように構成された第２のマージゾーンであって、第２の基材のウェブは、電極サブユニットのための第２のコンポーネントの集団と第２の搬送フィーチャの集団とを含み、第２のコンポーネントは、対応する弱化パターンによって画定される、第２のマージゾーンと、
    複数の突起部を含む受け部材であって、該受け部材は、第１のウェブマージ経路及び該第２のウェブマージ経路に隣接して配置され、該複数の突起部は、第１の基材のウェブの第１の搬送フィーチャ、及び第２の基材のウェブの第２の搬送フィーチャと係合するように構成されている、受け部材と
    を含み、
    第１のマージゾーンは、第１の基材のウェブの第１の搬送フィーチャが受け部材上の複数の突起部の少なくとも一部によって係合されるように、第１のウェブマージ位置にて、第１の基材のウェブを受け部材上に搬送するように適合され、
    第２のマージゾーンは、第２のコンポーネントが第１のコンポーネントと実質的に整列し、第２の基材のウェブの第２の搬送フィーチャが受け部材上の複数の突起部の少なくとも一部によって係合されるように、第２のウェブマージ位置にて、第２の基材のウェブを受け部材上に搬送するように適合され、
    第２のマージゾーンは、第１のマージゾーンからダウンウェブ方向に間隔を空けるものである、
    システム。
  17. 第１の基材のウェブが電極材料のウェブを含み、第２の基材のウェブがセパレータ材料のウェブを含む、
    請求項１６に記載のシステム。
  18. 第１の基材のウェブがセパレータ材料のウェブを含み、第２の基材のウェブが電極材料のウェブを含む、
    請求項１６に記載のシステム。
  19. 第１のマージゾーンが、第１の基材のウェブ上の搬送フィーチャと整列するための歯を有する第１のマージスプロケットを含み、第２のマージゾーンが、第２の基材のウェブ上の搬送フィーチャと整列するための歯を有する第２のマージスプロケットを含む、
    請求項１６～１８のいずれか一に記載のシステム。
  20. 第１のマージゾーンが第１の反転歯スプロケットを含み、第２のマージゾーンが第２の反転歯スプロケットを含み、第１および第２の反転歯スプロケットの各々が、第１および第２のマージスプロケットの歯と夫々係合するように構成された複数のくぼみを含む、
    請求項１９に記載のシステム。
  21. 第１の反転歯スプロケットおよび受け部材は、第１のニップを画定し、第２の反転歯スプロケットおよび受け部材は、第２のニップを画定し、第２のニップは、第１のニップよりも大きな間隔を有する、
    請求項２０に記載のシステム。
  22. 第１のウェブマージ経路が第１のカテナリ曲線を含み、第２のマージ経路が第２のカテナリ曲線を含む、
    請求項１６～２１のいずれか一に記載のシステム。
  23. 第１のカテナリ曲線の少なくとも１つの特性を検出するための第１のセンサと、第２のカテナリ曲線の少なくとも１つの特性を検出するための第２のセンサと
    を、更に含む、請求項２２に記載のシステム。
  24. 第１のマージスプロケットの歯および第２のマージスプロケットの歯は、歯の基部が突起部の遠位部分よりも大きい断面積を有するようにテーパ状である、
    請求項２０～２３のいずれか一に記載のシステム。
  25. 受け部材の突起部が、突起部の基部が突起部の遠位部分よりも大きい断面積を有するようにテーパ状である、
    請求項１６～２４のいずれか一に記載のシステム。
  26. 第１の基材のウェブおよび第２の基材のウェブの少なくとも一方の欠陥を検出するための欠陥センサを、更に含む、請求項１６～２５のいずれか一に記載のシステム。
  27. 第３の基材のウェブを第３のウェブマージ経路に沿って移動させるように構成された第３のマージゾーンを、更に含み、
    第３の基材のウェブは、電極サブユニットのための第３のコンポーネントの集団と第３の搬送フィーチャの集団とを含み、
    第３のコンポーネントは、対応する弱化パターンによって画定され、
    第３のマージゾーンは、
    第３のコンポーネントが第１および第２のコンポーネントと実質的に整列されて、第３の基材のウェブの第３の搬送フィーチャが受け部材上の複数の突起部の少なくとも一部によって係合されるように、第３のウェブマージ位置にて、受け部材上に第３の基材のウェブを搬送するように適合され、
    第３のマージゾーンは、第１のマージゾーンおよび第２のマージゾーンからダウンウェブ方向に間隔を空けるものである、
    請求項１６～２６のいずれか一項に記載のシステム。
  28. 更に、第４のウェブマージ経路に沿って第４の基材のウェブを移動させるように構成された第４のマージゾーンを含み、
    第４の基材のウェブは、電極サブユニットのための第４のコンポーネントの集団と第４の搬送フィーチャの集団とを含み、第４のコンポーネントは、対応する弱化パターンによって画定され、
    第４のマージゾーンは、第４のコンポーネントが第１、第２、および第３のコンポーネントと実質的に整列して、第４の基材のウェブの搬送フィーチャが受け部材上の複数の突起部の少なくとも一部によって係合されるように、第４のウェブマージ位置にて、第４の基材のウェブを受け部材上に搬送するように適合され、
    第４のマージゾーンは、第１のマージゾーン、第２のマージゾーン、および第３のマージゾーンからダウンウェブ方向に間隔を空けるものである、
    請求項２７に記載のシステム。
  29. 第４の基材のウェブが対電極材料のウェブを含み、第３の基材のウェブがセパレータ材料のウェブを含む、
    請求項２８に記載のシステム。
  30. 第４の基材のウェブがセパレータ材料のウェブを含み、第３の基材のウェブが対電極材料のウェブを含む、
    請求項２８に記載のシステム。
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