KR102409318B1

KR102409318B1 - 열-압착 공구 및 이를 작동시키는 방법, 및 그에 따른 설비 및 제조 방법

Info

Publication number: KR102409318B1
Application number: KR1020197008616A
Authority: KR
Inventors: 파비앙 갸벵; 쟝-미셸 뷔리
Original assignee: 이-뗀
Priority date: 2016-08-25
Filing date: 2017-08-22
Publication date: 2022-06-15
Also published as: JP6915047B2; EP3504057A1; WO2018037185A1; EP3504057B1; US20210276296A1; CN109641414B; SG11201901064PA; CN109641414A; FR3055242A1; KR20190039818A; FR3055242B1; US11548253B2; JP2019526450A

Abstract

본 발명은 프레스 상에 장착되도록 구성된 열-압착 공구에 관한 것으로, 이는, - 제 1 가압판(12) 상에 고정하기 위한 제 1 수단(29; 60)이 구비된 제 1 공구 부분(2); - 제 2 가압판(10) 상에 고정하기 위한 제 2 수단(13, 14; 70)이 구비된 제 2 공구 부분(3)으로서, 2개의 공구 부분들은 원거리 위치와 근거리 위치 사이에서 서로에 대해 이동가능하며, 상기 근거리 위치에서 2개의 공구 부분들 사이에 압착 챔버(300)가 형성되는, 상기 제 2 공구 부분(3); 및 - 상기 압착 챔버의 내부 공간을 가열하기 위한 가열 수단;을 포함하며, - 상기 제 1 공구 부분 및 제 2 공구 부분은 상기 압착 챔버 내에 수용된 압착될 물체의 반대편 면들 상에 압착력을 가하도록 구성된 제 1 압착 부재 및 제 2 압착 부재(28, 38)를 각각 더 구비한다. 본 발명에 따르면, 상기 가열 수단은 광학 방사선에 의한 가열 수단(5)이며, 상기 공구는 상기 물체의 방향으로 방사선 에너지를 집광시킬 수 있는 집광 수단(26, 28, 36, 38, 46)을 더 포함한다. 이에 따라, 광학 방사선은 압축될 물체 전체를 향하나, 대조적으로, 물체의 측면 에지들 외부로 거의 나가지 않는다. 상기 공구의 바람직한 용도는 전-고체 리튬-이온 배터리의 제조이나, 이에 제한되는 것은 아니다.

Description

열-압착 공구 및 이를 작동시키는 방법, 및 그에 따른 설비 및 제조 방법

본 발명은 프레스 상에 장착되는 열-압착 공구(hot-pressing tool)에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 특히 진공 하의, 제어된 분위기 하에서 작동하도록 의도된 압착 공구에 관한 것이지만, 이에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 목적은 또한 이러한 열-압착 공구를 구현하는 방법이다. 또한, 이러한 열-압착 공구를 포함하는, 물체들을 제조하기 위한 설비를 목표로 한다. 선호되지만 제한적이지 않은, 이러한 설비의 사용으로서는 리튬-이온 배터리들을 제조하는 것이 있다. 마지막으로, 본 발명은 이러한 설비를 구현하는 방법에 관한 것이다.

공지된 방식으로, 열-압착 공구는 각각의 가압판들(platens) 상에 장착된, 일반적으로 각각 상부 및 하부의 2개의 부분들을 포함한다. 가압판들은 이동 수단, 일반적으로 실린더들의 작용 하에 서로에 대해 이동가능하다. 따라서, 2개의 공구 부분들은 제조될 물체를 형성하는 요소들의 압착을 위해 수용 챔버를 규정하는 서로 근접한 근거리 위치뿐만 아니라 상호 먼 원거리 위치를 채택할 수 있다.

또한, 이러한 열-압착 공구에는 가열 수단이 제공되어, 상기 챔버의 내부 공간이 만족스러운 압착 작동에 적합한 온도가 되도록 한다. 마지막으로, 이러한 공구가 진공 하에서 작동하는 경우, 진공 하에 챔버의 내부 공간을 배치하기 위한 수단들이 존재한다. 챔버 내의 온도 및 선택사양적으로 진공의, 가해지는 압력의 각각의 수치들은 공구 및 제조될 물체들의 성질의 함수이다.

다양한 유형들의 제품들을 제조하기 위한 전술된 유형의 열-압착 공구들이 이미 제안되어 있다. 평면 도파관들(flat waveguides)의 제조와 관련된 CN103158252B 및 CN101758638의 예가 언급되며, JP 5576636은 수지로 이루어진 부품들의 제조를 목적으로 하며, 패드의 형태로 물체들을 제조하는 것과 관련된 EP2251188, 또는 합금들의 제조를 기술하는 CN101468370B가 언급된다. 이러한 다양한 문서들에서 가열은 전기적으로 또는 유도를 통해 구현된다.

전술한 종래 기술의 공구들은 특히 열 수준 상에 큰 한계를 갖는다. 실제로, 이들의 구현은 압착되는 부품을 형성하는 요소들이 위치되는 목표 구역 외부에서의 열의 상당한 분산이 동반된다. 결과적으로, 압착 방법이 수행되는 온도들의 범위에서, 특히 많은 양의 열을 생산할 필요가 있다.

더욱이, 전술된 종래 기술에서, 사용 중 온도는 엄밀하게는 압착 구역 내에서뿐만 아니라 그 부근에서도 매우 높다. 이러한 조건들에서, 조인트들 또는 이와 동등한 공구와 같은 공구의 올바른 작동에 필요한 보조 요소들의 기계적 제조는 중간물(compromise)을 수반한다.

우선, 전체적인 치수들을 제한하기 위해 압착 구역으로부터 이격된 위치에 이러한 요소들을 배열하는 것이 선택될 수 있다. 이 경우, 이들은 상당한 열 저항을 가져야 하며, 이는 제조 비용면에서 불리하다. 대안적으로, 비교적 낮은 비용으로 그러한 보조 요소들을 제조하도록 선택될 수 있다. 이 경우, 그들의 낮은 열 저항은 압착 구역으로부터 상당한 거리에 이들을 배치한다는 것을 의미하며, 이는 공구의 치수들을 크게 증가킨다.

또한, US 7 473 088에 따르면, 광학 방사선을 통한, 가열원들을 포함하는 마이크로 또는 나노 임프린팅 장치가 제안되어 있다. 그러나 이러한 문서의 교시는 바로 위의 방열 문제에 대한 만족스러운 해결책을 제공하지 못한다.

본 발명의 바람직한, 그러나 비제한적인 사용 분야는 본 명세서에서 전-고체 Li-이온 배터리들(all-solid Li-ion batteries)로 불리는 전-고체 리튬-이온 배터리들의 제조이다. 이러한 배터리들은 각각 3개의 층들, 즉 양극 층, 음극 층, 및 전해질로 이루어진 중간 층의 조립체에 의해 형성되는, 실질적으로 적어도 하나의 기본 셀로 구성된다.

본 발명은 상이한 범위들의 압력 및 온도를 수반하는, 배터리를 제조하는 두 가지 주요 모드들에 적용될 수 있다. 우선, 작동은 고온, 일반적으로 400 내지 700℃의 고온, 및 일반적으로 20 내지 200MPa의 고압에서 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 층들은 소결(sintering) 또는 "확산 접합(diffusion bonding)"(또는 확산에 의한 용접)에 의해 조립된다. 또는 작동 온도는 일반적으로 100 내지 200℃의 더 낮은 온도, 일반적으로 5 내지 10MPa의 더 낮은 압력일 수 있다. 이 경우, 전술된 층들은 접착 또는 중합(polymerization)에 의해 조립된다.

FR 2 956 523은 소결을 통한 조립체를 포함하는 전-고체 배터리의 제조 방법을 기술한다. 이러한 방법에 따르면, 앞서 언급된 3개의 층들을 다이 내에 넣은 다음, 7분동안 100MPa의 압력을 가한다. 이는 이러한 층들을 서로 소결시켜, 이들에게 원하는 응집력을 부여한다. 압착 동작은 650℃의 온도에 도달할 수 있게 하는 점진적 가열로 진공 하에서 수행된다. 온도 램프들(temperature ramps)은 전기 유형의 가열, 즉 펄스형 직류들을 인가함으로써 얻어진다.

또한, 배터리의 제조 방법을 기술한 US 7 695 865가 언급되며, 이는 상기 얇은 층들의 조립체는 접착을 통해 구현된다. 이러한 방법은 광학 성질의 장치를 통해 가열하는 것을 포함한다. 압착 온도는 120℃ 이하이며, 압력은 50 내지 500kg/cm이다.

그러나, 이러한 두 가지 해결책들에는 특정 제한들이 있다. 실제로, FR 2 956 523 및 US 7 695 865가 제조 방법에 실질적인 사양들을 제공함에도 불구하고, 이들은 해당 설비를 개략적으로 설명할 뿐이다. 이러한 문서들을 읽을 때, 구조적 수준에서 의미있는 정보를 얻을 수 없다. 특히 이러한 문서들은 상기 제시된 기술적 문제를 해결할 수 있는 유용한 교시인, 방열 관리와 관련하여 어떠한 교시도 제공하지 않는다.

또한, 미국 특허 제 2016/183327호는 복합 재료(composite material)용 수용 챔버를 형성하는 2개의 쉘들을 포함하는 복합 재료를 가열하기 위한 장치를 기술한다. 필름은 이러한 재료와 상측 쉘 사이에 개재될 수 있으며, 상측 쉘은 LED들(발광 다이오드들)을 포함하는 복수의 모듈들에 의해 형성된다. 수용 챔버 내에 배치된 복합 재료의 가열은 LED들을 통해 수행된다. 이러한 문서는 단순히 빛의 방출, 안내, 분배, 및 반향 전환을 암시한다.

DE 20 2006 008399에는 샤프트 및 엠보싱 층을 포함하는 스탬핑 다이를 기술한다. 엠보싱 층은 처리될 기판과 협력하도록 의도된 활성 표면을 갖는다. 일 실시예에서, 점선 화살표를 따라 빛의 전송을 허용하도록 샤프트 및 엠보싱 층은 적어도 부분적으로 투명 재료로 이루어진다. 이러한 문서는 샤프트의 헤드의 벽들을 통한, 광 에너지의 간단한 전달을 교시한다.

US-A-2 312 232는 액체에 의한 냉각을 일체화하여 빛을 생성하는 장치를 개시한다. 이러한 장치는 특히 유리 또는 석영으로 이루어진 튜브로 둘러싸인 수은 램프에 의해 형성된 램프 유닛을 포함한다. 2개의 엔드 캡들로 폐쇄되어 있는, 이러한 램프 유닛은 냉각액의 순환이 가능한 슬리브로 둘러싸여 있다.

US 2005/284320은 기판, 자성 필름, 및 저항 필름에 의해 형성된 구조체를 적층할 수 있게 하는 장치를 기재한다. 이러한 장치는 먼저 2개의 가압판들(platens) 및 광원을 포함하며, 광원은 상기 가압판들로부터 방사상으로 거리를 두며, 처리될 구조체와 동일한 고도에 위치된다.

US 2010/104682는 각 가압판들 상에 장착된 2개의 압착 부재들을 포함하는 임프린팅 장치를 기술한다. 광원들은 앞서 언급된 가압판들 내에 직접 배치된다.

따라서, 위에서 주어진 바와 같이, 본 발명의 목적 중 하나는 전술된 종래 기술의 단점들을 적어도 부분적으로 극복하는 것이다.

본 발명의 주된 목적은, 특히 효율적이고 비교적 단순한 방식으로, 열 압착(hot pressing)을 통해 물체를 생성할 수 있게 하는 공구를 제안하기 위해 만족스러운 구조적 해결책을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 열-압착 공구를 제안하는 것이며, 열-압착 공구의 구현은 압착력들이 가해지는 구역을 제외하고, 유리하게는 온도의 실질적인 증가를 생성하지 않는다.

본 발명의 또 다른 목적은 편리한 방식으로 상기 방법의 파라미터들을 변화시키도록 유연한 구현을 수반하는 공구를 제안하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 이러한 공구를 갖춘 설비를 제안하는 것이며, 상기 설비는 복수의 층들에 의해 형성되는 물체의 제조, 특히 전-고체 Li-이온 배터리의 제조에 매우 특히 적합하다.

본 발명의 또 다른 목적은 이러한 배터리를 형성하는 다양한 층들 사이에 효과적인 응집력을 얻을 수 있게 하는 제조 설비를 제안하는 것이다.

본 발명에 따르면, 상기 목적들은 프레스 상에 장착되도록 의도된 열-압착 공구(O1; O2)에 의해 달성되며, 이러한 공구는:

- 제 1 가압판(platen)(12) 상에 고정하기 위한 제 1 수단(29; 60)이 구비된 제 1 공구 부분(tool portion)(2);

- 제 2 가압판(10) 상에 고정하기 위한 제 2 수단(13, 14; 70)이 구비된 제 2 공구 부분(3)으로서, 상기 2개의 공구 부분들은 원거리 위치와 근거리 위치 간에서 서로에 대해 이동가능하며, 상기 근거리 위치에서 상기 2개의 공구 부분들 간에 압착 챔버(300)가 형성되는, 상기 제 2 공구 부분(3); 및

- 상기 압착 챔버의 내부 공간을 가열하기 위한 수단(5)을 포함하며,

- 상기 제 1 공구 부분 및 제 2 공구 부분은 상기 압착 챔버 내에 수용된 압착될 물체의 반대편 면들 상에 압착력을 가하도록 구성된 제 1 및 제 2 압착 부재(28, 38)를 각각 더 구비하며,

상기 가열 수단은 광학 방사선에 의해 가열하기 위한 수단(5)이며,

상기 공구는 상기 물체의 방향으로 방사선 에너지를 집광시킬 수 있는 집광 수단(concentration means)(26, 28, 36, 38, 46)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

단독으로 또는 임의의 기술적으로 호환가능한 조합으로 취해진 본 발명에 따른 공구의 다른 특징들에 따르면:

- 상기 가열 수단은 광학 방사선을 통해 가열하기 위한 적어도 하나의 부재(5)를 포함하며, 각각의 가열 부재는 적어도 하나의 석영 램프(51), 각 램프(51)를 수용하기 위한 슬리브(52), 상기 슬리브를 축 방향으로 연장하는 적어도 하나의 캡(53, 54)으로서, 상기 캡과 상기 슬리브의 마주하는 벽들은 열-전달 유체원(heat-transfer fluid)과 연통하도록 배치될 수 있는 환형 공간을 형성하는, 상기 적어도 하나의 캡(53, 54)을 포함하며;

- 상기 압착 부재들 중 하나는 상기 압착될 물체를 수용하기 위한 다각형, 특히 직사각형 시트를 형성하며, 상기 광학 방사선을 통해 가열하기 위한 부재(5)는 상기 다각형 시트의 각 측면을 따라 제공되며;

- 각 가열 부재(5)는 개방 하우징(45) 내에 수용되어, 상기 광학 방사선의 방출을 위한 개구(47)를 형성하며;

- 상기 집광 수단은 각 가열 부재를 수용하기 위한 상기 하우징(45)의 벽들에 속하는 반사 부분(46)을 포함하며, 상기 반사 부분은 상기 가열 부재의 방사 영역(radiating zone)(51)을 마주하며 배치되며, 상기 반사 부분의 코팅은 상기 광-방사선 에너지를 반송하며;

- 상기 하우징(45)의 벽들은 상기 가열 부재의 비-방사 영역(non-radiating zone)(54), 특히 그의 캡을 마주하는 흡수 부분(46')으로 불리는 적어도 하나의 부분을 더 포함하며, 상기 흡수 부분의 코팅은 상기 방사선 에너지를 흡수하기에 적합하며;

- 상기 제 1 공구 부분(3)은 가열 부재를 수용하기 위한 상기 또는 각 하우징(45)을 형성하는 환형 지지 부재(4)를 구비하며;

- 상기 환형 지지 부재(4)는 상기 제 2 공구 부분(2)에 대하여 정지될 수 있는 자유 전방 면(42)으로 불리는 전방 면을 포함하며;

- 밀봉 수단이 상기 자유 전방 면과 상기 제 2 공구 부분 사이에 제공되며, 상기 밀봉 수단은 상기 자유 전방 면(42) 내에 형성된 적어도 하나의 홈(42') 내에 수용된 적어도 하나의 O-링(42")이며;

- 상기 환형 지지 부재(4)는 상기 지지 부재의 외측 면(44)으로부터 각각의 수용 하우징(45)으로 접근할 수 있게 하는 적어도 하나의 컷아웃(cutout)(48)을 갖게 비어 있으며;

- 상기 환형 지지 부재(4)에는 각 컷아웃을 폐쇄하기 위한 적어도 하나의 셔터(48')가 상기 외측 면(44) 상에 제거가능하게 고정되어 제공되며;

- 상기 공구는, 상기 2개의 공구 부분들을 압착 방향에 대해 횡 방향으로 상호 위치시키는 것을 가능하게 하는 횡방향-포지셔닝 수단(transverse-positioning means)(2E, 42E)을 포함하며;

- 상기 횡 방향-포지셔닝 수단은 각각 상기 지지 링(4) 및 상기 제 2 공구 부분(2) 상에 배열된 상보적인 숄더들(2E, 42E)을 포함하며;

- 상기 방사선 에너지를 집광시키기 위한 수단은 각각의 공구 부분에 대해, 상기 방출 개구(47)와 압착될 물체를 수용하기 위한 상기 시트(282) 사이의 방사선의 궤도를 따라 개재된 상기 광학 방사선을 집광시키기 위한 부재(28, 38), 및 상기 광학 방사선을 반사시키기 위한 부재(26, 36)를 포함하며;

- 상기 광학 방사선을 집광시키기 위한 부재(28, 38)는 2개의 반대편의 전방 면들을 가지며, 상기 두 마주하는 전방 면들은 경사진 측면들(283)에 의해 연결되며, 각 측면은 각각의 가열 부재(5)에 인접하며;

- 상기 광학 방사선을 집광시키기 위한 부재(28, 38)는 실리카로 이루어지며;

- 상기 광학 방사선을 집광시키기 위한 각 부재(28, 38)는 압착 부재를 형성하며, 상기 광학 방사선을 집광시키기 위한 하측 부재의 상측 전방 면은 상기 수용 시트(282)를 형성하며;

- 상기 광학 방사선을 반사시키기 위한 부재(26, 36)는 상기 광학 방사선을 집광시키기 위한 상기 부재(28, 38)의 전방 면(281)에 맞닿아 배치되며;

- 상기 광학 방사선을 반사시키는 부재(26, 36)는 연마된 알루미늄으로 이루어지며;

- 상기 공구는 불활성 가스 공급원 및/또는 진공원(source of vacuum)에 연결될 수 있는, 제어된 분위기 하에서 상기 압착 챔버(300)를 배치하기 위한 수단(49)을 더 포함하며;

- 각 공구 부분을 각각의 가압판 상에 고정하기 위한 수단은 특히 나사 (13, 14, 29)에 의한, 기계적 유형의 제거가능한 고정을 위한 수단이며;

- 상기 각 공구 부분을 각각의 가압판 상에 고정하기 위한 수단은 자성 유형(60, 70)의 제거가능한 고정을 위한 수단이다.

상기 목적들은 또한 상기 공구를 구형하기 위한 방법에 의해 달성되며, 상기 방법에서:

- 상기 2개의 공구 부분들(2,3)은 서로 떨어진 위치에 배치되며,

- 적어도 하나의 압착될 물체(200)가 상기 압착 시트(282) 상에 배치되며,

- 상기 공구 부분들은 상기 압착 챔버(300)를 한정하고, 상기 압착 챔버 내에 상기 물체를 한정하도록 상호간의 폐쇄 위치를 향해 이동되며,

- 상기 압착 챔버(300)의 내부 공간은 목표 온도까지 가열되며,

- 상기 압착 챔버(300)의 내부 공간을 목표 온도에 가까운 온도로 유지하면서 상기 물체의 반대편 면들 상에 압력이 가해진다.

단독으로 또는 임의의 기술적으로 호환가능한 조합으로 취해진 본 발명에 따른 방법의 다른 특징들에 따르면:

- 상기 압착 챔버의 내부 공간은 대기압보다 훨씬 낮은 압력, 예를 들어 10^-3mbar 이하의 압력에 위치되며;

- 가스, 특히 불활성 가스가 상기 압착 챔버의 내부 공간 내로 유입되며;

- 상기 물체(200)의 반대편 면들(201,202) 중 적어도 하나는 상기 광학-방사선 에너지를 흡수하는 데 더욱 적합하며, 특히 어두운 색의 코팅을 갖는 보호 플레이트인 기계적 보호 요소(204,205)에 의해 덮여지며;

- 상기 물체는 적어도 하나의 기본 셀을 포함하는 스택이며, 각 기본 셀은 양극 층, 음극 층, 및 고체 전해질의 중간 층에 의해 형성되며;

- 상기 압착 챔버의 내부 공간은 400 내지 700℃의 온도로 되며, 100 내지 200MPa의 압력이 상기 물체의 반대편 면들 상에 가해지며;

- 상기 챔버의 내부 공간은 100 내지 200℃의 온도로 되며, 5 내지 10MPa의 압력이 상기 물체의 반대편 면들 상에 가해지며;

- 각 공구 부분은 각각의 가압판 상에 개별적으로 및 기계적으로 고정되며;

- 상기 2개의 공구 부분들은 상기 제 1 가압판 상에 자기적으로 고정되며, 상기 제 2 가압판은, 상기 제 2 가압판 상에 상기 제 2 공구 부분을 자기적으로 고정시키도록 가까워지며, 상기 제 2 가압판은 상기 2개의 공구 부분들을 서로 멀어지도록 이동시키도록 상기 제 1 가압판으로부터 멀리 이동되며;

- 복수의 압착될 물체들이, 압착 공구의 압착 부재들 사이에서, 포개어져 배열되며;

- 복수의 압착 공구들이, 제 1 가압판과 제 2 가압판 사이에서, 포개어져 배열된다.

상기 목적들은 물체를 제조하기 위한 설비에 의해 또한 달성되며, 상기 설비는:

- 상기와 같은 압착 공구(O1; O2),

- 상기 제 1 가압판 및 상기 제 2 가압판(10, 12),

- 상기 압착 공구 및 상기 가압판들을 제어하기 위한 수단(106), 및

- 상기 압착 공구의 압착 시트 상에 상기 압착될 물체들을 위치시키고, 그 다음, 일단 물체들이 압착되면, 상기 압착된 물체들을 상기 압착 시트로부터 취출하도록 구성된 조작 수단(112, 114)을 포함한다.

유리한 특징에 따르면, 상기 설비는 제어된 분위기 하에 상기 압착 챔버를 배치하기 위한 수단(49)에 연결되기에 적합한, 진공원(110) 및/또는 가스원(111)을 더 포함한다.

상기 목적들은 전-고체 Li-이온 배터리를 제조하기 위한 방법에 의해 달성되며, 상기 방법에서:

- 각각이 양극 층, 음극 층, 및 고체 전해질의 중간 층에 의해 형성되는 적어도 하나의 기본 셀을 포함하는 스택이 상기 조작 수단을 통해 상기 압착 시트 상에 배치되며;

- 상기 스택은 상기 압착 공구에 의해 열 압착되며;

- 압착되면, 상기 스택은 상기 압착 시트로부터 상기 조작 수단을 통해 취출되며;

- 상기 압축된 스택은 상기 전-고체 리튬-이온 배터리를 획득하도록 적어도 하나의 후속 피니싱 작업을 선택사양적으로 받는다.

본 발명의 유리한 특징에 따르면, 상기 압착 작업은 상기 배터리의 적어도 한 층, 바람직하게는 모든 층들이 20% 미만, 바람직하게는 10% 미만, 및 더욱 바람직하게는 5% 미만의 다공성을 갖도록 수행된다.

상기 목적들은 또한 상기와 같은 제조 방법에 따라 획득될 수 있는 전-고체 리튬-이온 배터리에 의해 달성된다.

이러한 배터리의 유리한 특징에 따르면, 상기 배터리의 적어도 하나의 층, 바람직하게는 모든 층들은 20% 미만, 바람직하게는 10% 미만, 더욱 더 바람직하게는 5% 미만의 다공성을 갖는다.

본 발명은 첨부된 도면들을 참조하여 비제한적인 예들로서만 제시되며,
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 압착 공구를 도시한 종단면도이며, 2개의 구성요소 부분들은 서로 멀리 떨어져 있고 두 개의 각각의 가압판들(platens) 상에 장착된 위치에 있다.
도 2는 도 1에 도시된 압착 공구의 하측 부분을 형성하는 요소들을 분해되게 도시하는 사시도이다.
도 3은 이전에 조립된 이러한 하측 공구 부분을 도시하는 사시도이다.
도 4는 도 1에 도시된 압착 공구의 상측 부분을 형성하는 요소들을 분해되게 도시하는 사시도이다.
도 5는 도 1의 그의 위치에서의 압착 공구를 도시하는 사시도이며, 가압판들은 도시되지 않았다.
도 6은 본 발명에 따른 압착 공구에 속하는 지지 링을 도시하는 사시도이다.
도 7은 도 6에 도시된 지지 링을 도시하는 평면도이다.
도 8은 본 발명에 따른 압착 공구에 속하는 가열 부재를 도시하는 사시도이다.
도 9는 도 8에 도시된 가열 부재를 도시하는 종단면도이다.
도 10은 2개의 가압판들 상에 장착된, 본 발명에 따른 압착 공구를 특히 포함하는 물체들을 제조하기 위한 설비를 도시하는 사시도이다.
도 11은 본 발명의 압착 공구로 처리되도록 의도된 스택을 도시하는 정면도이며, 이러한 스택은 보호 플레이트들에 의해 덮여진다.
도 12는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 압착 공구를 도시하는, 도 1과 유사한 종단면도이며, 그의 2개의 구성요소 부분들은 서로 근접한 위치에 배치된다.
도 13은 도 12와 유사한 종단면도로서, 이러한 도 12의 압착 공구에 속하는 압착 챔버 내부의 광학 방사선의 궤도을 훨씬 더 크게 도시하며, 이러한 공구는 도 11의 스택 상에 압착력을 가하는 위치에 있다.
도 14는 도 12의 압착 공구의 상측 구성요소 부분의 저면도를 도시하는 사시도이다.
도 15 내지 도 17은 도 12 내지 도 14의 압착 공구의 2개의 구성요소 부분들을 각각의 가압판들 상에 설치하는 것을 도시하는 도면이다.

첨부된 도면들은 본 발명에 따른 열-압착 공구(hot-pressing tool)의 두 가지 실시예들을 기술한다. 도시된 예들에서, 이러한 공구들은 도 11을 참조하여 보다 상세하게 기술된 스택들 또는 조립체들의 처리에 사용된다. 이하에서 볼 수 있듯이, 이러한 스택들은 전-고체 Li-이온 배터리들(all-solid Li-ion batteries)을 형성하기 위한 것이다. 전술된 바와 같이, 이러한 배터리들은 특히 고온 및 고압에서, 소결(sintering) 또는 확산 용접(diffusion welding)을 통해, 또는 보다 낮은 온도 및 보다 낮은 압력에서, 접착 또는 중합(polymerization)을 통해 조립될 수 있다.

그럼에도 불구하고, 본 발명에 따른 압착 공구는 다른 용도들로 제공될 수 있으며, 특히 이러한 물체의 적어도 일부 구성요소들 사이에서 소결, 확산 용접, 중합 또는 접착을 통한 조립체를 사용하는 모든 유형들의 물체들을 제조하는 데에 제공될 수 있다. 보다 일반적인 방식으로, 본 발명에 따른 압착 공구는 본 설명의 서문에 제시된 선행 기술의 해결책들에 의해 생성된 것들과 같은 조립체들을 생성하기에 적합하다.

도 1 내지 도 10은 본 발명의 제 1 대안에 따른 압착 공구를 도시하며, 이는 도면 부호 O1로 전체적으로 표시되어 있다. 이러한 공구(O1)는 기계적 성질을 갖는, 제거가능한 고정을 위한 수단을 통해, 프레스 상에 장착되도록 의도되며, 이는 이하에서 상세히 설명될 것이다. 도 12 내지 도 14는 본 발명의 제 2 대안에 따른 압착 공구를 도시하며, 이는 도면 부호(O2)로 전체적으로 표시되어 있다. 이하에서 알 수 있듯이, 이러한 공구(O2)는 자성 성질을 갖는, 제거가능한 고정을 위한 수단을 통해, 프레스 상에 장착되도록 의도된다는 점에서 전술한 O1과 실질적으로 상이하다.

이러한 도 12 내지 14에서, 공구(O1)의 것들과 동일한, 공구(O2)의 기계적 요소들에는 동일한 참조 번호들이 부여되어 있다. 두 가지 실시예들에 공통인 이러한 기계 요소들을 기술하기 위해, 도 1 내지 도 10, 또는 도 12 내지 도 14를 참조할 것이다. 그러나, 그들의 구조 및/또는 기능에 의해, 공구(o1)의 기계적 요소들과 상이한 공구(o2)의 기계적 요소들은 상이한 참조 번호들이 부여된다.

프레스는 도 10에서 볼 수 있으며, 도 1에서는 부분적으로 더 크게 도시되어 있다. 그 자체로 공지된 방식으로, 이러한 프레스는 프레임(102)에 속하는, 지지체(104)로부터 연장된 치크들(cheeks)(11) 상에 놓인 고정된 상측 가압판(platen)(10)을 포함한다. 지지체 및 프레임은 도 10에서 볼 수 있으며, 도 10은 이하에서 보다 상세하게 설명될 다른 기계 요소들을 도시한다. 프레스는 특히 도 1에서 가시적은 하측 가압판(12)을 더 포함한다.

이러한 하측 가압판(12)은 압착 방향이라 불리는 방향으로 상측 가압판(10)에 대해 이동가능하며, 상기 압착 방향은 각 가압판의 주 평면에 직각인데, 이 경우에는 도시된 예에서 수직이다. 전술된 지지체(104) 내에 만들어진, 도시되지 않은 개구를 통해 슬라이딩하는 이러한 하측 가압판의 이동은 임의의 적절한 수단, 예를 들어 도시되지 않은 실린더들을 통해 구현된다. 도시되지 않은 대안들로서, 고정된 하측 가압판에 대하여 이동가능한 상측 가압판, 또는 지지체에 대해 이동가능한 2개의 가압판들이 있을 수 있다.

도 1을 참조하면, 열-압착 공구(O1)는 2개의 공구 부분들(2, 3)을 포함하며, 각각의 공구 부분은 각각의 가압판 상에 장착된다. 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 공구 부분(2)은 이러한 도면들에 도시되지 않은 밀봉 조인트들(sealing joints)의 개재와 함꼐, 임의의 적절한 수단을 통해, 특히 나사 결합에 의해, 스페이서부(21)에 고정되는 밑창(sole)(20)을 포함한다. 이러한 도면들에 도시되지 않은 밀봉 조인트의 개재와 함께, 임의의 적절한 수단을 통해, 특히 나사 결합에 의해 스페이서부(21)에 고정된다. 도 10에서 볼 수 있고 후술될 원격 유닛으로부터, 스페이서부(21)의 하측 면은 열-전달 유체(도 12 참조)의 순환을 위한 채널들(22)에 의해 비어져 있다. 이러한 채널들의 입력부들(221)은, 전술된 유체원(source of fluid)과의 연결을 제공하는 커넥터들(222)과 마찬가지로 이러한 도 2에서 볼 수 있다. 스페이서부(21)는 센터링 및 포지셔닝을 위해 템플릿(template)(24)을 지지하는, 또한 환형을 갖는 플랜지(23) 상에, 특히 나사 체결에 의해 고정된다.

상기 요소들(20, 21, 23 및 24)의 중앙 공간은 우선 베이스(25)에 의해 점유되고, 베이스(25)는 압착 동작 중에 응력들을 전달하기 위한 부재를 형성하는 원통 형상을 갖는다. 이러한 베이스(25)는 디스크(26)를 지지하며, 그의 원주는 상기 플랜지(23)에 의해 제 위치에 유지된다. 이러한 디스크(26)는 중간 광학 부재라고 불리는 광학 부재를 형성하며, 즉, 이러한 중간 광학 부재는 광학-가열 부재들과 압착될 물체를 수용하기 위한 시트 사이의 방사선 궤도 상에 개재된다. 이러한 디스크(26)는 반사기(reflector)를 형성하며, 즉, 반사기는 그것이 받는 모든 광학 방사선을 실질적으로 반사시키는 데 적합하다. 이를 위해 반사기는 일반적으로 알루미늄으로 이루어진다. 또한, 광학 방사선과 접촉하는 그의 표면, 즉 도시된 예에서 그의 상측 표면은 연마된다.

바람직하게는, 패드(27)는 임의의 적절한 수단에 의해 베이스(25)의 하측 면 상에 고정된다. 예를 들어 구리로 이루어진, 이러한 패드(27)는 임의의 적절한 유형의 도시되지 않은 온도 프로브가 제공된다. 또한, 상기 패드(27)와 유사한 추가적인 패드(27')가 있으며, 패드(27')의 기능은 디스크(26)에 대해, 특히 압착 동작 중에 기계적 보호를 제공하는 것이다.

마지막으로, 그의 형상이 보다 상세히 후술될, 블록(28)이 디스크(26) 상에 놓인다. 이러한 블록(28)은 또 다른 중간 광학 부재를 형성하며, 즉 상기 중간 광학 부재는 디스크(26)와 마찬가지로 가열 부재들과 수용 시트 사이의 방사선 궤도 상에 개재된다. 이러한 블록(28)은 집광기(concentrator)를 형성하며, 즉, 상기 집광기는 상기 가열 부재들로부터 나오는 광학 방사선을 집광하여 이를 상기 반사기 디스크(26) 쪽으로 향하게 하는 데 적합하다. 이러한 목적을 위해, 이러한 집광기(28)는 전형적으로 실리카로 이루어진다.

특히 도 2, 도 3, 도 12 및 도 13에 도시된 바와 같이, 집광기(28)는 반사기(26)에 대향하는 하측 면(281) 및 본 발명에 따라 처리될 스택을 위한 시트를 형성하는 상측 면(282)을 포함한다. 위에서 본 경우, 그의 하측 면은 원형이고, 그의 상측 면은 실질적으로 정사각형이다. 이러한 2개의 면들(281, 282)은 수직 방향에 대해 경사진 평평한 측면들(283)에 의해 연결된다. 바람직하게는, 각각의 측면(283)은 이러한 수직 방향으로, 도 13에서 볼 수 있는 30°와 60° 사이의 각도, 특히 45°에 가까운 각도(A283)을 형성한다.

집광기의 상측 면(282)이 4개의 측면들을 가지면, 4개의 측면들(283)에 의해 상측 면(282)는 하측 면(281)에 연결된다. 그러나, 대안적으로, 상이한 형상, 특히 6각형을 갖는 다각형의 상측 면이 있을 수 있으며, 이 경우 6개의 측면들이 제공된다. 그러나, 4개의 측면들과 연관된 정사각형 형상이 선호되는데, 이는 상대적으로 간단한 구조를 수반하는 대칭적 특성을 부여하는 것을 허용한다.

면(282)의 치수들은 처리된 스택의 치수들보다 약간 크게 선택된다. 집광기의 높이(H28)(도 12 참조)는 유리하게는 15 내지 45 밀리미터이다. 추론적으로, 하측 면(281)의 치수들은 높이(H28) 및 각도(A283)뿐만 아니라 면(282)의 치수들에 의존한다. 반사기(26)의 방사상 치수들은 집광기의 마주하는 면의 방사상 치수들보다 분명히 더 크게 선택된다.

공구 부분(2)은 특히 도 5에서 볼 수 있는 칼라(collar)(29)에 의해 제거가능하게 하측 가압판(12) 상에 고정된다. 이러한 칼라(29)는 우선 축 방향 오리피스들(291)에 의해 관통되어, 나사들과 같은, 도시되지 않은 수단의 통과를 가능하게 하여 칼라를 하측 가압판(12)에 견고하게 연결시킨다. 칼라(29)는 그의 반대편의 전방 면들 상의, 반경방향 노치들(292, 293)에 의해 추가로 비어 있다. 각각의 노치는 이동가능한 도그(dog)(294)를 수용하며, 모든 도그들은 이러한 도 5에 도시되어 있지 않다는 것이 이해된다. 그의 반경방향 내측 단부에서, 각각의 상측 도그(294)는 마주하는 하측 도그와 협력하기에 적합한 잠금 부재(295)를 갖추고 있다. 최종적으로, 칼라(29)에는 이하에서 보다 상세히 설명될 조작 암(manipulation arm)의 장착을 위한 로드(rod)(296)가 제공된다.

공구 부분(2)을 가압판(12) 상에 고정하기 위한 견지에서, 우선 칼라(29)는 도그들(294)을 반경방향으로 외측을 향해 위치시킴으로써 이러한 가압판 상에 단단히 연결된다. 이러한 방식으로, 공구 부분(2)은 채택되어야 하는 최종 위치에서 이러한 칼라 내에 자유롭게 삽입될 수 있다. 그 후, 도그들은 화살표들(F294)에 따라 내부를 향해 반경방향으로 이동되고, 이어서 잠금 부재들(295)이 작동된다. 따라서, 각 쌍의 도그들은 칼라(29), 및 결과적으로 가압판(12)에 대해, 밑창(20), 및 결과적으로 전체 공구 부분(2)을 고정시킬 수 있게 한다.

특히 도 4 및 도 12에 도시된 바와 같이, 상측 공구 부분(3)은 먼저 밑창(30)을 포함한다. 공지된 방식으로, 이러한 밑창은 볼 조인트(ball joint)(13)를 개재하여 가압판(10) 상에 제거가능하게 고정된다. 볼 조인트(ball joint)(13)는 먼저 이러한 가압판 내에 나사 결합된 중간 플레이트(14)를 통해 가압판(10)에 단단히 연결된 암 스피어(female sphere)(131)를 포함한다. 또한, 상기 밑창(30)은 상기 암 스피어(131)와 협력하여 수 스피어(male sphere)(132) 상에 고정된다. 이러한 볼 조인트(13)의 존재는 사용 중에 통상적인 방식으로 2개의 공구 부분들(2, 3) 사이의 만족스러운 정렬을 제공한다.

밑창(30)은 밀봉 조인트들(311)의 개재와 함께, 임의의 적절한 수단, 특히 나사 결합에 의해, 스페이서부(31)에 고정된다. 스페이서부(31)의 하측 면은 전술된 원격 유닛으로부터의, 열-전달 유체의 순환을 위한 채널들(32)에 의해 비어 있다. 이러한 채널들의 입력부들(321)은 이러한 유체원과의 연결을 제공하는 커넥터들(322)과 마찬가지로 이러한 도 4에서 볼 수 있다. 스페이서부(31)는 특히 나사 결합으로, 또한 환형을 갖는 플랜지(33)에 고정된다.

상기 요소들(30, 31 및 33)의 중앙 공간은 원통 형상을 갖는 베이스(35)에 의해 우선 점유되며, 상기 베이스는 상기 플랜지(33)에 의해 그의 외주(periphery)가 제 위치에 유지되는 반사기 디스크(36)를 지지한다. 바람직하게는, 온도 프로브들이 제공된 패드(37)가 베이스(35)와 케이스의 베이스 사이에 개재된다. 더욱이, 상기 패드(37)와 유사한 추가적인 패드(37')가 있으며, 그의 기능은 디스크(36)에 대해, 특히 압착 동작 동안 기계적 보호를 제공하는 것이다. 마지막으로, 집광기(38)는 반사기(36) 상에 놓인다. 기계적 부재들(35, 36 및 38)은 그들의 기능, 성질, 및 치수들이 각각 전술된 것들(25, 26 및 28)과 동일하다. 이는 중간 수평 평면에 관해 공구의 대칭을 부여하는 것을 가능하게 하며, 이는 압착의 품질 및 광학 방사선의 집광의 관점에서 유리하다.

상측 공구 부분(3)은 복수의 기능들을 갖는 링(4)을 더 구비한다. 이하에서 알 수 있듯이, 이러한 링은 우선, 사용 중에 압착 챔버의 외주 측벽을 형성한다. 또한, 이는 가열 부재들(5)을 위한 지지체를 제공하며, 그의 구조는 아래에서 설명된다.

이러한 링(4)은 특히 도 6 및 도 7에 도시되어 있으며, 예를 들어 알루미늄으로 이루어진다. 상기 링(4)은 2개의 반대편의 전방 면들(41, 42)뿐만 아니라 2개의 반대편의 반경방향 면들, 각각 내측 면(43) 및 외측 면(44)을 갖는다. 도 12에 도시된 바와 같이, 이러한 링의 상측 전방 면(41)은 임의의 적절한 유형의 고정 수단(4')에 의해 스페이서부(31) 상에 제거가능하게 고정된다. 링(4)의 하측 전방 면(42)은 도 1의 위치에서, 하측 공구 부분(2)으로부터 떨어져 있는 반면에, 도 13의 위치에서, 이러한 전방 면(42)은 이러한 하측 공구 부분(2)에 대해 지지된다.

특히 도 1에 도시된 바와 같이, 링(4)의 자유 전방 면(42)은 공구 부분(2) 상에 형성된 도 12에서 볼 수 있는 상보적인 숄더(2E)와 협력하도록 의도된 숄더(42E)를 형성한다. 이러한 2개의 숄더들은 이러한 링과 이러한 공구 부분을 압착 방향(이 경우 수평)에 대해 횡 방향으로 서로 위치시킬 수 있게 한다.

각각의 면들(41, 42)에는 O-링 밀봉(41", 42")을 수용하기 위한 적어도 하나의 원형 홈(41', 42')이 형성된다. 각 전방 면에 대해 서로 인접한 2개의 동심 홈들을 사용하는 것이 바람직하다. 상측 공구 부분(3)을 형성하는 기계적 부재들이 서로 조립되면, 조인트들(41")은 제 1면(41)과 플랜지(33) 사이에서 압착된다. 또한, 공구의 작동 위치에서, 조인트들(42")은 반대편 면(42)과 하측 공구 부분(2)의 마주하는 벽 사이에서 압착된다.

지지 링(4)은 복수의 하우징들(45)에 의해 비어있으며, 지지 링(4) 각각은 광학 방사선에 의해 각각의 가열 부재(5)의 수용에 적합하다. 반사기의 측면들의 수와 동일한, 다수의 하우징(45)이 제공된다. 상단으로부터 볼 때, 각 하우징은 집광기(28)의 상측 면의 각각의 측면에 실질적으로 평행하게 연장된다.

이제 도 8 및 도 9를 참조하면, 이는 본 발명의 공구에 제공되는 가열 부재들 중 하나(5)를 도시하지며, 이러한 다양한 부재들은 유리하게는 동일하다는 것이 이해되어야 한다. 도시된 실시예에서, 각각의 가열 부재(5)는 그 자체로 공지된 유형의 2개의 석영 램프들(51)을 포함하며, 또한 석영으로 이루어진 외주 슬리브(52)에 의해 둘러싸여 있다. 바람직하게는, 이러한 램프들은 조절가능한 전력을 갖는다. 그의 2개의 길이방향 단부들에서, 슬리브(52)는 상이한 길이를 갖는 2개의 캡들, 즉 쇼트 캡(short cap)(53)으로 불리는 캡과 롱 캡(long cap)(54)으로 불리는 캡에 강고하게 연결된다.

가열 부재(5)는 단부 핀들(55', 56')에 의해 캡(53) 밖으로 돌출된 각각의 전기 접속 요소들(55, 56)을 더 포함한다. 이러한 핀들은 램프들(51)의 전력 공급을 제공하도록, 도 10의 제어 유닛(106)에 유리하게 통합된, 그 자체로 공지된 유형의 전원에 연결된다. 또한, 센터링 핀(57)은, 그의 하우징의 벽들에 대해 가열 부재(5)의 포지셔닝을 가능하게 하는 방식으로, 캡(54)으로부터 돌출된다. 바람직하게는, 각각의 캡(53 및 54)은 슬리브(52)의 마주하는 벽들과 함께, 환형 외주 공간(58 및 59)을 형성한다. 외주 공간(58 및 59)은 열-전달 유체원, 특히 상기 채널들(22 및 32)과 협력하는 열-전달 유체의 공급원과 연통된다. 이는 사용 중에 너무 높은 온도가 되는 것을 방지함으로써, 이러한 캡들(53, 54)의 기계적 일체성이 보존되도록 한다.

도 6 및 도 7을 다시 참조하면, 각각의 하우징(45)은 원통형 횡단면을 갖는 주벽(46)에 의해 경계지어진다. 이러한 하우징의 내경은, 각 하우징 내의 각 램프의, 웨징(wedging) 또는 타이트한 고정을 생성하도록, 각 램프의 본체의 외경보다 아주 약간 크다. 도 12에 도시된 바와 같이, 벽(46)은 링의 중심을 향하여 배향되는, 방출 개구라고 불리는 개구(47)를 구획한다. 이러한 도 12에는, 하우징(45)의 중심을 통과하면서 각 공구 부분의 주 평면에 평행한, 본 실시예에서 수평인 평면(P45)이 또한 도시되어 있다. 방출 개구(47)는 유리하게는 이러한 평면(P45)에 대하여 대칭적으로 연장된다.

램프(5)의 슬리브(52)는 주벽(46)에 대해, 사용 중에 연장되며, 램프(5)의 긴 캡(54)은 전술된 벽(46)을 축 방향으로 연장하는 보조 벽(46')(도 6 참조)에 대해 연장된다. 바람직하게는, 이러한 벽들(46, 46')은 상이한 표면 코팅들을 갖는다. 따라서, 주벽(46)은 유리하게도 각각의 램프(5)에 의해 방출된 광학 방사선을 되돌려 보낼 수 있는 반면, 보조 벽은 바람직하게는 이러한 방사선을 흡수할 수 있다. 이러한 목적을 위해, 주벽은 예를 들어 금 페인트로 코팅되는 반면, 보조 벽은 예를 들어 어두운 페인트로 코팅된다.

각 하우징(45)은 이러한 링의 본체에 형성된 컷아웃(cutout)(48)을 통해 링의 외측 면(44)과 연통하도록 배치된다. 이를 통해 작업자가 각 하우징 내의 각 램프를 설치할 수 있다. 각각의 컷아웃은 외측 면(44)에 대해 제거가능하게 고정된, 도 7에 도시된, 각각의 셔터(48')에 의해 유리하게 폐쇄된다. 이러한 목적을 위해, 도시되지 않은 나사들이 있을 수 있으며, 이러한 나사들은 이러한 외측 면에 형성된 나사식 오리피스들(48")을 관통한다. 마지막으로, 링은 도시되지 않은 노즐들에 의해 공급되는 엔드 캡들(49)을 구비한다. 노즐들은 이하에 기술된 진공원 또는 불활성 가스원과 연통될 수 있다.1

이하, 본 발명에 따른 압착 공구(O1)가 장착된 물체들을 제조하기 위한 설비를 도시한, 도 10이 다시 참조될 것이다. 기준(100)에 의해 전체적으로 표시된 이러한 설비는 상기 기술된 두 가지의 프레임(102) 및 지지체(104)를 우선 포함한다. 이러한 설비에는 다양한 주변 설비가 추가로 제공되어 공구(O1)의 구현을 가능하게 한다. 이러한 장비는 그 자체로 공지된 유형이므로, 아래에서 자세히 설명되지 않는다. 도 10은 다음을 도시한다:

- 특히 램프들의 전력 공급을 제공하는 수단을 포함하는 제어 유닛(106);

- 가열 수단들(5)의 환형 공간들(58, 59)뿐만 아니라 가압판들 내에 형성된 냉각 채널들(22, 32)을 지지하는 데 적합한, 특히 도시되지 않은 노즐들을 구비한, 개략적으로 도시된 냉간 생산 유닛(cold production unit)(108);

- 또한 개략적으로 도시된, 진공원을 형성하는 진공 유닛(110). 이러한 유닛(110)은 특히 지지 링이 제공되는 엔드 캡들(49)을 공급하기에 적합한 노즐들(도시되지 않음)을 구비한다;

- 가스 또는 가스들의 혼합물을 공급하기 위한 유닛(111). 개략적으로 도시된 이러한 유닛은 전술된 엔드 캡(49)을 공급하기에 적합한 노즐들(도시되지 않음)을 구비한다;

- 이동가능한 암(114)을 포함하는 조작 유닛(112). 이러한 유닛은 반사기의 상측 표면에 의해 형성된 압착 시트(282) 상에서의 처리될 물체들의 배치를 제공한다. 이러한 유닛에는 바람직하게는 포지셔닝될 물체 내에 형성된 오리피스들 내로 관통하는 핀들과 같은 도시되지 않은 센터링 수단이 제공된다.

전술된 바와 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 공구(O2)는 자성 성질의 제거가능한 고정을 위한 수단을 통해 프레스 상에 장착된다. 이를 위해, 도 12에서 특히 도시된 바와 같이, 각각의 밑창(60, 70)은 각각의 가압판(10, 12) 상에 자성 체결되도록 되어 있다. 각각의 밑창은 예를 들어 자성 재료로 이루어지며, 인접한 가압판의 자성 재료와 협력한다. 대안적으로, 이러한 밑창은 비자성 재료로 이루어질 수 있으며, 이 경우에는 인접한 가압판 상에 고정하기 위한 하나 이상의 자석들이 제공된다.

전술된 바와 같이, 제조 설비(100)뿐만 아니라 프레스 공구(O1 또는 O2)의 구현은 이하에서 상세히 설명될 것이다. 이는 우선 각각의 공구 부분(2, 3)을 각각의 가압판 상에 체결시키는 것을 포함한다. 전술한 바와 같이, 공구(O1)의 경우에, 이러한 체결은 사전결정된 포지셔닝에 따라 나사 체결에 의해 수행된다. 공구(O1)의 설치와는 상이한 공구(O2)의 설치는 도 15 내지 도 17을 참조하여 설명된다. 이러한 도면들은 2개의 가압판들(10, 12)뿐만 아니라 2개의 공구 부분들(2, 3)의 도면들을 도시한다.

2개의 공구 부분들(2, 3)은 우선 간단한 중력을 통해 서로 중첩된다. 이러한 구성에서는 완전한 공구(O2)가 쉽게 조작될 수 있음을 알아야 한다. 그 다음, 이러한 공구는 프레스의 하측 가압판(12) 상에 배치되고, 상측 가압판(10)은 프레스로부터 떨어져 있다(도 15 참조). 그 다음, 하측 공구 부분은 자기적으로 하측 가압판(10)에 단단히 연결된다.

그 다음, 2개의 가압판들은 상측 공구 부분(3)과 상측 가압판(10)이 상호 접촉할 때까지 화살표(F12)에 따라 함께 가깝게 된다(도 16 참조). 이러한 구성에서, 이러한 상측 부분(3)은 이러한 가압판(10)에 자기적으로 견고하게 연결된다. 그러나, 의미있는 압착력은 공구 상에 가해지지 않는다.

그 다음, 화살표(F'12)에 따라 2개의 가압판들이 서로 이격된다. 2개의 공구 부분들이 각각의 가압판 상에 고정되어 있으면, 이들은 서로 분리되어 움직인다(도 17 참조). 이어서, 공구(O2)의 이러한 두 부분들은 공구(O1)와 관련하여 도 1을 참조하여 설명한 것과 유사한 구성을 갖는다. 그 다음, 2개의 서로 멀리 있는 공구 부분들 사이의 중간 공간(E)의 형성을 통해 쉽게 접근가능한 시트(282) 상에 압착되는 물체가 위치된다.

도시되지 않은 유리한 대안에 따르면, 복수의 공구들이 적층될 수 있고, 유사한 공구들의 이러한 중첩은 단일 프레스의 2개의 가압판들 사이에 배치될 수 있다. 이러한 대안은 2개의 상이한 공구들에 속하는 인접한 부분들이 쉽게 고정되고 상호 포지셔닝될 수 있기 때문에 자성 공구 부분들에 특히 적합하다.

실시예의 본 예에서, 압착 작업은 전술된 바와 같이, 전-고체 Li-이온 배터리를 형성하도록 의도된 층들의 스택 상에서 수행된다. 도 11에서, 참조 번호 200으로 전체적으로 표시된 이러한 스택은 3 개의 층들, 즉 양극 층(201), 음극 층(202) 및 고체 전해질의 중간 층(203)으로 구성된 단일 기본 셀을 포함한다. 대안적으로, 이러한 스택은 그 자체로 공지된 방식으로, 서로의 위에 배치되고, 평행하게 연결되는, 상기와 같은 복수의 기본 셀들의 조립체에 의해 형성될 수 있다. 각각의 셀은 종래의 유형이며, 도 11에 도시되지 않은, 전기적 유형의 접속 수단을 더 포함한다.

바람직하게는, 각각의 플레이트(204, 205)는 각 단부 층(201, 202)에 맞닿아 배치된다. 도 12 및 도 13에 또한 도시된 이러한 플레이트들은 우선, 압착 단계 동안 집광기들(28, 38) 상에 가해지는 응력들을 제한하도록 집광기들(28 및 38)에 대한 기계적 보호 기능을 제공하기 위한 것이다. 또한, 이러한 플레이트들(204, 205)은 이러한 층들 상에 존재할 수 있는 먼지가 램프들에 의해 방출된 광학 방사선의 궤도을 간섭하는 것을 방지한다. 이러한 후자의 사항은 도 13을 참조하여 아래에서 보다 상세하게 설명될 것이다.

각각의 플레이트는 유리하게는 상기 기능들을 위해 적응된 기계적 특성을 갖는 물질, 예를 들어 탄소 또는 DILVER® P1 유형의 강으로 이루어진다. 바람직하게는, 이러한 플레이트는 램프들의 방사선 에너지를 흡수하는 코팅, 예를 들어 어두운 색의 코팅을 갖는다. 예를 들어, 각 플레이트의 두께(E204 또는 E205)는 일반적으로 5밀리미터에 가깝다. 그의 주 평면에서, 각각의 플레이트(204 및 205)의 다른 두 치수들은 각 플레이트가 커버하는 층(201 또는 202)의 치수들에 가깝다.

유리하게는, 치수들은 인접한 층보다 약간 더 큰 플레이트를 생성하도록 선택될 것이다. 따라서 이러한 플레이트는 L204'또는 L205'의 치수들이 예를 들어 수 밀리미터에 가까운 주변 에지(204' 또는 205')를 갖는다. 이러한 에지의 존재는, 각 층(201 또는 202)이, 공구(O1 또는 O2)의 시트(282) 상에서, 특히 설치 단계 동안 또는 엄밀히 말하면 압착 단계동안 그의 보호 플레이트(204 또는 205)에 의해 항상 커버되도록 보장한다. 도 11에서, 다양한 기계적 요소들의 각각의 스케일들은 도면의 더 나은 가독성을 위해 고려되지 않는다.

그 다음, 조작 암을 통해, 스택(200)은 그의 2개의 보호 플레이트들(204, 205)뿐만 아니라 그 위에 배치된다. 보호 플레이트들(204, 205)은 템플릿(24)을 통해 위치되고, 제 위치에 유지된다. 그 다음, 실린더들은 고정된 가압판을 향해 이동 가압판을 이동시키는 방식으로 작동되고, 이는 2개의 공구 부분들을 서로 더 가깝게 한다. 이러한 이동의 끝에서, 링(4)의 전방 면(42)은 공구의 하측 부분(2)에 대해 멈추고, 이는 O-링들(42")의 압축을 일으킨다.

도 12 및 도 13에서보다 크게 도시된 공구 부분들의 이러한 밀접한 구성은 이러한 도면들에서 참조 부호 300으로 지정되는 압착 챔버를 형성하게 한다. 제어된 분위기 하에서 압착 챔버(300)의 내부 공간의 가능한 배치와 관련하여 본 발명의 4개의 다른 실시예들이 존재한다.

제 1 대안에서, 엔드 캡들(49)은 챔버(300) 내부에 부분 진공을 생성하는 방식으로 진공원(source of vacuum)(110)에 연결된다. 비한정적인 예로서, 이러한 챔버는 10^-3mbar에 가까운 압력으로 배치된다. 제 2 대안에서, 엔드 캡들(49) 및 불활성 가스원(111)은 압착 챔버의 내부 공간을 불활성으로 만들도록 연결된다. 이러한 처음 두 가지 대안들은 주변 공기와 접촉하는 스택을 형성하는 요소의 배치들의 배열을 방지할 수 있게 한다. 이는 이러한 원소들이 리튬과 같은 성분을 함유하며, 이러한 원소들의 산화가 방지되어야만 하는 경우에 매우 유리하다.

제 3 대안에 따르면, 불활성 가스원(111)은 압착 챔버(300)의 내부 공간 내로 불활성이 아닌 가스(non-inert gas)를 공급한다.

제 4 실시예에 따르면, 압착 챔버는 한정되지만, 진공 하에 두지 않으며, 가스에 의한 스위핑(sweeping)을 받지 않는다. 다시 말하면, 특정한 밀봉이 구현되지 않아, 단순함의 관점에서 유리하다. 이러한 대안은 본 발명에 따라 압착되는 물체가 산화 효과 하에서 변형될 수 있는 임의의 성분을 갖지 않는 경우에 사용된다.

그 다음, 챔버(300) 내부의 온도를 증가시키도록 가열 부재들(5)의 램프들이 활성화된다. 스택(200)의 경우, 고온 및 고압, 또는 더 낮은 온도 및 더 낮은 압력 중 하나에서 처리될 수 있음을 알았다. 첫 번째 경우, 챔버는 압착 온도라고 불리는 목표 온도, 일반적으로 400 내지 700℃에 배치되는 반면, 두 번째 경우, 챔버는 일반적으로 100 내지 200℃의 목표 온도에 배치된다.

유리하게는, 온도는 예를 들어 분당 100℃에 가까운 속도에 따라 연속적으로 증가된다. 이러한 조건들에서 소성 또는 접착을 통해 의도된 조립체의 유형에 따라 온도가 상승하는, 이러한 단계의 지속 시간은 일반적으로 몇 분이다. 목표 온도의 값에 따라, 각 램프(51)의 전력이 조정된다. 이러한 문턱 온도(threshold temperature)가 매우 높지 않은 경우, 일반적으로 접착 또는 중합에 의한 조립 동안, 전술된 램프들의 일부만을 사용하는 것도 가능하다.

도 13은 램프들(51)에 의해 처리될 스택(200)을 향해 방출되는 광학 방사선의 궤도를 도시한다. 이러한 도 13에서, 명확성을 위해 이하의 내용만 도시되었다:

- 스택(200) 및 스택(200)의 보호 플레이트들(204, 205),

- 이러한 스택의 양측들 상에 제공된 2개의 가열 부재들(5a, 5b),

- 램프들을 수용하기 위한 하우징들의 벽들(46a, 46b),

- 2개의 집광기들(28 및 38)뿐만 아니라, 2개의 반사기들(26 및 36).

이러한 도 13에서, 방사선의 궤도의 가독성을 향상시키기 위해, 스택(200)뿐만 아니라 중간 광학 부재들(26, 28, 36 및 38)이 그들의 횡단 치수에 따라 부분적으로 도시되어 있다. 더욱이, 모든 도면을 밝게 하는 방식으로, 하방으로의 광 방사선의 궤도, 즉 하측 집광기(28), 내측 반사기(26), 및 스택(200)의 하측 면을 향하는 궤도만이 도시되어 있다. 상방으로의 광학 방사선의 궤도, 즉 상측 집광기(38), 상측 반사기(36), 및 스택의 상측 면을 향하는 궤도는 중앙 평면(P45)을 중심으로, 하향으로의 광학 방사선의 궤도와 실질적으로 대칭임을 기억해야 한다. 일단 활성화되면, 가열 부재들(5a, 5b)의 램프들(51a, 51b)은 횡단면에서 보았을 때 등방성(isotropic) 광학 방사선을 방출한다. 결과적으로, 이러한 방사선의 일부는 화살표들(R1)에 따라 각각의 벽들(46a 및 46b)을 향하게 된다. 전술된 바와 같이, 이러한 방사선이 화살표들(R2)에 따라 이러한 벽들의 반대편으로 되돌려 보내지도록 이러한 벽들은 이러한 방사선을 반사시키기에 적합한 코팅을 갖는다. 따라서, 실질적으로 모든 방사선은 화살표들(R3)에 따라, 방출 개구(47)를 통해 하우징 밖으로 방출된다. 도 6에 도시된 바와 같이, 램프의 캡에 면하는 흡수성 벽들(46')을 제공하는 것이 유리하다는 것을 알아야 한다. 실제로, 이러한 흡수성 벽들은 이러한 캡을 손상시킬 수 있는 캡의 가열을 방지하도록, 이러한 캡을 향한 열 방사선의 실질적인 복귀를 방지한다.

그 다음, R3에 따라 방출된 방사선은 실질적으로 편향되는 일없이 화살표들(R4)에 따라, 집광기(28)의 반대편 측면들을 통과한다. 그런 다음, 상기 방사선은 화살표들(R5)에 따라, 반사기(26)를 향해 진행하고, 반사기(26)에 의해 스택(200)을 향해 되돌아간다. 그 다음, 방사선은 방사선이 흡수되는 보호 플레이트(204)에 도달하며(화살표들(R6), 이는 이러한 플레이트가 이러한 방사선 에너지를 흡수하는 코팅을 갖기 때문이다.

반사기(26)의 하류 측에서, 실질적으로 모든 방사선은 수직 방향을 갖는다는 것을 주목해야 한다. 더욱이, 이러한 방사선은 스택 전체 상으로 지향되지만, 대조적으로, 이러한 스택의 측면 에지들 외부로는 거의 보내지지 않는다. 이러한 목적을 위해, R6a 및 R6b는 이러한 방사선의 외측 부분을 나타내며, 이는 상기 측면 에지들 근처로 지향된다. 이는 실질적으로 모든 방사선 에너지가 스택(200)을 가열하는 데 사용되기 때문에 매우 유리하며, 이는 에너지 손실들을 방지하고 최적의 수율을 보장한다.

더욱이, 이러한 스택의 바로 근처에 위치된 기계적 부재들은 상당한 양의 열을 받지 못한다. 즉, 스택의 측면 에지들 근처에는 강한 온도 구배(temperature gradient)가 있다. 따라서, 이러한 기계적 부재들은 고온들에 대한 비저항을 가질 필요가 없으며, 이는 제조 비용을 감소시킨다. 특히, 밀봉 조인트들을 압착 구역 근처에 배치하는 것이 가능하며, 이는 저렴한 재료로 이러한 조인트들을 제조하는 것을 보장하며, 공구의 전체적인 부피를 감소시킨다. 이러한 이점은 압착이 진공 하에서 수행되는 경우에 특히 현저하다.

보호 플레이트들(204, 205)의 사용은 또한 에너지 효율 측면에서 유리하다. 실제로, 이러한 플레이트들이 없는 경우, 먼지와 같은 불순물들이 광학 방사선과 접촉하는 스택의 면 상에 존재한다고 가정될 수 있다. 이러한 경우, 이러한 불순물들은 방사선의 부분을 되돌려 보내고 흡수하지 못하는 경향이 있다. 그 다음, 이러한 복귀된 부분(returned fraction)은 다시 불순물들 쪽으로 되돌려 보내지는 반사기(26)를 향해 지향된다. 이 경우, 이러한 방사선 부분은 효율적으로 스택을 가열하는 데 사용되지 않는다는 점에서 효율적이지 않다. 또한 압착된 실리카 상에 먼지가 존재하면 균열이 생기거나 파열될 수 있다.

일단 챔버(300)의 내부 공간이 원하는 목표 온도에 놓이면, 스택(200)의 반대편 면들에 압착력이 가해진다. 이러한 힘을 가하는 동안, 블록들(28, 38)이 그들의 광학 기능 외에도 압착 부재의 추가 기능을 제공하는 동안, 베이스들(25, 35)은 응력들을 전달하기 위한 부재들을 형성한다.

상기 힘은 상기 목표 온도에 가까운 온도로 챔버를 유지하면서 가해진다. 비제한적인 예로서, 소결 또는 확산 용접을 통한 조립의 경우, 이러한 압착력은 100 내지 200MPa이다. 접착 또는 중합을 통한 조립의 경우, 이러한 압착력은 5 내지 10MPa이다. 이러한 압착 단계의 지속 시간은 일반적으로 5 내지 25분이다. 이러한 기간은 구현된 조립 모드에 관계없이 거의 동일하다는 점에 유의해야 한다.

도 13을 참조하면, 하측 공구 부분(2)은 2개의 축 방향으로 떨어진 디스크(26)용 스톱들, 각각 상측 스톱(26H) 및 하측 스톱(26B)을 형성함을 유의해야 한다. 유사한 방식으로, 상측 공구 부분(3)은 2개의 축 방향으로 떨어진 디스크(36)용 스톱들, 각각 상측 스톱(36H) 및 하측 스톱(36B)을 형성한다. 따라서, 디스크(26) 및/또는 디스크(36)는, 상기 스톱들 중 하나 또는 다른 것에 대해 견딜 수 있도록, 탄성을 가질 수 있다. 축 방향 이동의 이러한 가능성들은 이러한 도 13에서 화살표들(F26 및 F36)로 표시된다. 당업자는 최적의 방식으로 기계적 압착 작업을 수행하기 위해 적어도 하나의 디스크에 대해 이러한 축 방향 이동 가능성을 사용할 수 있다. 이와 관련하여, 당업자는 블록(35)에 대해, 도 12의 화살표(F70)로 나타낸, 밑창(70)의 축 방향 이동을 또한 제공할 수 있다.

압착이 수행되면, 램프들은 챔버(300) 내의 온도를 낮추도록 비활성화된다. 이러한 온도가 사전 결정된 값, 예를 들어 200℃에 가까이에 도달하면, 챔버(300)의 내부 공간을 대기압에 다시 한번 위치시키도록 진공 유닛이 정지된다. 이러한 챔버의 온도가 주변 온도에 가까울 때, 본 발명에 따라 처리된 스택은 조작 암에 의해 챔버 밖으로 취출된다. 압착 작업을 통해, 이러한 스택을 형성하는 층들은 원하는 응집력을 갖는다. 그 다음, 이러한 스택은 공지된 유형의 후속 선택사양적인 작업들, 특히 보호 코팅들의 설치 및/또는 절단 및/또는 전기 접촉들의 부가를 겪는다.

압착 작업은 바람직하게는, 배터리의 적어도 얇은 층, 바람직하게는 모든 얇은 층들이 20% 미만, 바람직하게는 10% 미만, 및 훨씬 더 바람직하게는 5% 미만의 다공성을 갖도록 수행된다. 컴팩트한 증착물은 구멍들이나 균열들을 포함하지 않는 증착물이다.

그러나, 이는 다공성들을 가지며, 그의 농도는 백분율로 표시되며

그들의 적층이 다공성을 형성하는 입자들의 존재를 무시한 채, "진밀도(true density)"는 증착된 층 상에서 측정된 밀도이며, 벌크 재료의 밀도는 증착된 재료의 벌크(massive) 밀도라는 지식과 함께,

다음과 같은 방식으로 계산된다:

다공도 [%] = [(벌크 재료의 밀도-진밀도)/진밀도] Х 100.

본 발명에 따라 획득된 배터리들은 상기 압착 공구를 사용함으로써 전극들이 얇은 경우 높은 전력 밀도를 갖는다. 또한 배터리들은 매우 낮은 공극률(void ratio)을 통해 높은 에너지 밀도(공지된 리튬-이온 배터리들의 약 2 배)를 갖는다.

O1, O2: 압착 공구들 2, 3: 공구 부분들
13: 볼 조인트 131: 암 스피어
132: 수 스피어 14: 플레이트
20, 30: 밑창 21, 31: 스페이서부
22, 32: 채널들 221, 321: 22, 32의 입력부들
222, 322: 커넥터들 23, 33: 플랜지
24: 템플릿 25, 35: 베이스
26, 36: 반사기 디스크 27, 27, 37, 37'패드들
28, 38 집광기 블록 281, 282 283: 28의 면들
A283: 수직 방향에 대한 각도 H28: 28의 높이
29: 칼라 291: 오리피스들
292, 293: 노치들 294: 도그
295: 잠금 부재 296: 로드
4: 링 41, 42: 전방 면들
43, 44: 반경방향 면들 4': 고정 수단
2E/42E 숄더들 41', 42': 홈들
41", 42" 조인트들 45: 하우징들
P45: 45의 평면 46, 46': 벽들
47: 방출 개구 48: 노치들
48': 셔터들 48": 나사식 오리피스들
49: 엔드 캡들 60, 70: 밑창
5: 가열 부재 51: 램프들
52: 슬리브 53, 54: 캡들
55, 56: 접기-접속 요소들 55', 56': 핀들
57: 센터링 핀 58, 59: 환형 공간들
10, 12: 가압판들 11: 프레스 치크
102: 지지체 104: 프레임
106: 제어 유닛 108: 냉간 생산 유닛
110: 진공 유닛 111: 가스 공급용 유닛
112: 조작 유닛 114: 이동 암
F12, F'12: 화살표들 E: 중간 공간
200: 스택 201: 양극 층
202: 음극 층 203: 고체 전해질의 층들
204, 205: 플레이트들 E204, E205: 204, 205의 두께
204', 205': 에지들 L204', L205': 204', 205'의 너비
R1 - R6: 방사선 궤도 R6a, R6b: 외측 부분 방사선
26H, 26B, 36H, 36B: 26, 36의 스톱들
F26, F36, F70: 26, 36, 70의 이동

Claims

프레스 상에 장착되도록 구성된 열-압착 공구(hot-pressing tool)(O1; O2)로서,
- 제 1 가압판(platen)(12) 상에 고정하기 위한 제 1 수단(29; 60)이 구비된 제 1 공구 부분(tool portion)(2);
- 제 2 가압판(10) 상에 고정하기 위한 제 2 수단(13, 14; 70)이 구비된 제 2 공구 부분(3)으로서, 2개의 공구 부분들은 원거리 위치와 근거리 위치 사이에서 서로에 대해 이동가능하며, 상기 근거리 위치에서 2개의 공구 부분들 사이에 압착 챔버(300)가 형성되는, 상기 제 2 공구 부분(3); 및
- 상기 압착 챔버의 내부 공간을 가열하기 위한 가열 수단;을 포함하며,
- 상기 제 1 공구 부분 및 제 2 공구 부분은 상기 압착 챔버 내에 수용된 압착될 물체의 반대편 면들 상에 압착력을 가하도록 구성된 제 1 압착 부재 및 제 2 압착 부재(28, 38)를 각각 더 구비하며,
상기 가열 수단은 광학 방사선에 의한 가열 수단(5)이며,
상기 공구는 상기 물체의 방향으로 방사선 에너지를 집광시킬 수 있는 집광 수단(concentration means)(26, 28, 36, 38, 46)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 공구.
제 1 항에 있어서,
상기 가열 수단은 광학 방사선을 통한 적어도 하나의 가열 부재(5)를 포함하며, 각각의 가열 부재는:
- 적어도 하나의 석영 램프(51),
- 각 램프(51)를 수용하기 위한 슬리브(52),
- 상기 슬리브를 축 방향으로 연장하는 적어도 하나의 캡(53, 54)으로서, 상기 캡과 슬리브의 마주하는 벽들은 열-전달 유체원(source of heat-transfer fluid)과 연통하도록 배치될 수 있는 환형 공간을 형성하는, 상기 적어도 하나의 캡(53, 54)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 공구.
제 2 항에 있어서,
상기 압착 부재들 중 하나는 상기 압착될 물체를 수용하기 위한 다각형 시트(282)를 형성하며,
상기 광학 방사선을 통한 가열 부재(5)는 상기 다각형 시트의 각 측면을 따라 제공되는 것을 특징으로 하는, 공구.
제 2 항에 있어서,
각 가열 부재(5)는 개방 하우징(45) 내에 수용되어 광학 방사선의 방출을 위한 개구(47)를 한정하는 것을 특징으로 하는, 공구.
제 4 항에 있어서,
상기 집광 수단은, 각 가열 부재를 수용하기 위한 상기 하우징(45)의 벽들에 속하는 반사 부분(46)을 포함하며,
상기 반사 부분은 상기 가열 부재의 방사 영역(radiating zone)(51)을 마주하도록 배치되며,
상기 반사 부분의 코팅은 광학 방사선 에너지를 반송할 수 있는 것을 특징으로 하는, 공구.
제 5 항에 있어서,
상기 하우징(45)의 벽들은 상기 가열 부재의 비-방사 영역(non-radiating zone)(54)을 마주하는 흡수 부분(46')으로 불리는 적어도 하나의 부분을 더 포함하며,
상기 흡수 부분의 코팅은 상기 방사선 에너지를 흡수할 수 있는 것을 특징으로 하는, 공구.
제 5 항에 있어서,
상기 하우징(45)의 벽들은 상기 가열 부재의 캡을 마주하는 흡수 부분(46')으로 불리는 적어도 하나의 부분을 더 포함하며,
상기 흡수 부분의 코팅은 상기 방사선 에너지를 흡수할 수 있는 것을 특징으로 하는, 공구.
제 4 항에 있어서,
제 1 공구 부분(3)은, 가열 부재를 수용하기 위한 상기 하우징 또는 각 하우징(45)을 형성하는 환형 지지 부재(4)를 구비하는 것을 특징으로 하는, 공구.
제 8 항에 있어서,
상기 환형 지지 부재(4)는, 제 2 공구 부분(2)에 대하여 정지될 수 있는 자유 전방 면(42)으로 불리는 전방 면을 포함하는 것을 특징으로 하는, 공구.
제 9 항에 있어서,
상기 자유 전방 면과 제 2 공구 부분 사이에 밀봉 수단이 제공되는 것을 특징으로 하는, 공구.
제 9 항에 있어서,
상기 자유 전방 면과 제 2 공구 부분 사이에는, 상기 자유 전방 면(42)에 형성된 적어도 하나의 홈(42') 내에 수용된 적어도 하나의 O-링(42")이 제공되는 것을 특징으로 하는, 공구.
제 8 항에 있어서,
상기 환형 지지 부재(4)는, 상기 환형 지지 부재의 외측 면(44)으로부터 각각의 수용 하우징(45)으로 접근할 수 있도록 적어도 하나의 컷아웃(cutout)(48)을 갖는 것을 특징으로 하는, 공구.
제 12 항에 있어서,
상기 환형 지지 부재(4)에는, 각 컷아웃을 폐쇄하기 위한 적어도 하나의 셔터(48')가 상기 외측 면(44) 상에 제거가능하게 고정되는 것을 특징으로 하는, 공구.
제 1 항에 있어서,
2개의 공구 부분들을 압착 방향에 대해 횡 방향으로 상호 위치시키는 것을 가능하게 하는 횡방향-포지셔닝 수단(transverse-positioning means)(2E, 42E)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 공구.
제 8 항에 있어서,
2개의 공구 부분들을 압착 방향에 대해 횡 방향으로 상호 위치시키는 것을 가능하게 하는 횡방향-포지셔닝 수단(transverse-positioning means)(2E, 42E)을 포함하고,
상기 횡 방향-포지셔닝 수단은 각각 상기 환형 지지 부재(4) 및 상기 제 2 공구 부분(2) 상에 배열된 상보적인 숄더들(2E, 42E)을 포함하는 것을 특징으로 하는, 공구.
제 3 항에 있어서,
각 가열 부재(5)는 개방 하우징(45) 내에 수용되어 광학 방사선의 방출을 위한 개구(47)를 한정하며,
상기 방사선 에너지를 집광시키기 위한 수단은, 각각의 공구 부분에 대해, 상기 방출 개구(47)와 압착될 물체를 수용하기 위한 상기 시트(282) 사이의 방사선의 궤도를 따라 개재된, 상기 광학 방사선을 집광시키기 위한 부재(28, 38) 및 상기 광학 방사선을 반사시키기 위한 부재(26, 36)를 포함하는 것을 특징으로 하는, 공구.
제 16 항에 있어서,
상기 광학 방사선을 집광시키기 위한 부재(28, 38)는 2개의 마주하는 전방 면들을 가지며,
상기 2개의 마주하는 전방 면들은 경사진 측면들(283)에 의해 연결되며,
각 측면은 각각의 가열 부재(5)에 인접한 것을 특징으로 하는, 공구.
제 16 항에 있어서,
상기 광학 방사선을 집광시키기 위한 부재(28, 38)는 실리카로 이루어진 것을 특징으로 하는, 공구.
제 17 항에 있어서,
상기 광학 방사선을 집광시키기 위한 각 부재(28, 38)는 압착 부재를 형성하며,
광학 방사선을 집광시키기 위한 하측 부재의 상측 전방 면은 상기 수용 시트(282)를 형성하는 것을 특징으로 하는, 공구.
제 16 항에 있어서,
상기 광학 방사선을 반사시키기 위한 부재(26, 36)는, 상기 광학 방사선을 집광시키기 위한 부재(28, 38)의 전방 면(281)에 맞닿아 배치되는 것을 특징으로 하는, 공구.
제 20 항에 있어서,
상기 광학 방사선을 반사시키기 위한 부재(26, 36)는 연마된 알루미늄으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 공구.
제 1 항에 있어서,
불활성 가스 공급원 및/또는 진공원(source of vacuum)에 연결될 수 있는, 제어된 분위기 하에서 상기 압착 챔버(300)를 배치하기 위한 수단(49)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 공구.
제 1 항에 있어서,
각 공구 부분을 각각의 가압판 상에 고정하기 위한 수단은, 기계적 유형의 제거가능한 고정 수단인 것을 특징으로 하는, 공구.
제 1 항에 있어서,
각 공구 부분을 각각의 가압판 상에 고정하기 위한 수단은 자성 유형(60, 70)의 제거가능한 고정 수단인 것을 특징으로 하는, 공구.
제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 따른 공구를 실행하는 방법으로서,
- 2개의 공구 부분들(2,3)이 서로 떨어진 위치에 배치되고,
- 적어도 하나의 압착될 물체(200)가 상기 압착 시트(282) 상에 배치되며,
- 상기 공구 부분들이, 상기 압착 챔버(300)를 한정하고 상기 압착 챔버 내에 상기 물체를 가두도록, 상호간의 폐쇄 위치를 향해 이동되며,
- 상기 압착 챔버(300)의 내부 공간이 목표 온도까지 가열되고,
- 상기 압착 챔버(300)의 내부 공간을 목표 온도에 가까운 온도로 유지하면서 상기 물체의 반대편 면들 상에 압력이 가해지는, 방법.
제 25 항에 있어서,
상기 압착 챔버의 내부 공간은 대기압보다 훨씬 낮은 압력, 예컨대 10^-3mbar 이하의 압력에 놓이는, 방법.
제 25 항에 있어서,
가스가 상기 압착 챔버의 내부 공간 내로 유입되는, 방법.
제 25 항에 있어서,
상기 물체(200)의 반대편 면들(201, 202) 중 적어도 하나는, 상기 광학 방사선 에너지를 흡수할 수 있는 기계적 보호 요소(204,205)에 의해 덮이는, 방법.
제 25 항에 있어서,
상기 물체는 적어도 하나의 기본 셀을 포함하는 스택(stack)이며,
각 기본 셀은 양극 층, 음극 층, 및 고체 전해질의 중간 층에 의해 형성되는, 방법.
제 25 항에 있어서,
상기 압착 챔버의 내부 공간은 400 내지 700℃의 온도로 되며,
상기 물체의 반대편 면들 상에 100 내지 200MPa의 압력이 가해지는, 방법.
제 25 항에 있어서,
상기 챔버의 내부 공간은 100 내지 200℃의 온도로 되며,
상기 물체의 반대편 면들 상에 5 내지 10MPa의 압력이 가해지는, 방법.
제 25 항에 있어서,
제 21 항에 따른 공구의 실행을 위하여, 각 공구 부분이 각각의 가압판 상에 개별적으로 및 기계적으로 고정되는, 방법.
제 25 항에 있어서,
제 24 항에 따른 공구의 실행을 위하여, 2개의 공구 부분들은 제 1 가압판 상에 자기적으로 고정되고,
제 2 가압판은, 상기 제 2 공구 부분을 제 2 가압판 상에 자기적으로 고정시키도록 가까워지며,
상기 제 2 가압판은, 2개의 공구 부분들을 서로 멀어지도록 이동시키도록 상기 제 1 가압판으로부터 멀어지게 이동되는, 방법.
제 25 항에 있어서,
복수의 압착될 물체들이, 압착 공구의 압착 부재들 사이에서 포개어져 배열되는, 방법.
제 25 항에 있어서,
복수의 압착 공구들이, 제 1 가압판과 제 2 가압판 사이에서 포개어져 배열되는, 방법.
물체를 제조하는 설비로서,
- 제 1 항 내지 제 24 항 중 어느 한 항에 따른 압착 공구(O1; O2),
- 제 1 가압판 및 제 2 가압판(10, 12),
- 상기 압착 공구 및 가압판들을 제어하기 위한 수단(106), 및
- 상기 압착 공구의 압착 시트 상에 압착될 물체들을 위치시킨 다음, 물체들이 압착되고 나면, 압착된 물체들을 압착 시트로부터 취출하도록 구성된 조작 수단(112, 114)을 포함하는, 물체를 제조하는 설비.
제 36 항에 있어서,
제어된 분위기 하에서 상기 압착 챔버를 배치하기 위한 수단(49)에 연결될 수 있는 진공원(110) 및/또는 가스원(111)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 물체를 제조하는 설비.
제 36 항에 따른 설비를 사용하여, 전-고체 리튬-이온 배터리(all-solid lithium-ion battery)를 제조하는 방법으로서,
- 각각 양극 층, 음극 층, 및 고체 전해질의 중간 층으로 형성되는 적어도 하나의 기본 셀을 포함하는 스택이 조작 수단을 통해 압착 시트 상에 배치되고;
- 상기 스택은 압착 공구에 의해 열 압착되며;
- 압착되고 나면, 상기 스택은 상기 조작 수단을 통해 압착 시트로부터 취출되며;
- 압축된 스택은, 전-고체 리튬-이온 배터리를 획득하도록 적어도 하나의 후속 피니싱 작업을 선택적으로 받는, 제조 방법.
제 38 항에 있어서,
압착 작업은 배터리의 모든 층이 20% 미만의 다공성을 갖도록 수행되는, 제조 방법.