KR20190123232A - 배터리 요소를 접합하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 적어도 하나의 폴리머 실(28, 30)에 의해 배터리 요소(49)를 접합하기 위한 공정에 관한 것으로, 다음의 방법 단계를 포함한다.
a) 제 1 세퍼레이터 웹(12)에 웹 형상 또는 시트 형상의 전극 재료(16)를 덧대는 단계,
b) 폴리머 재료의 연화 온도를 초과하여 적어도 하나의 폴리머 실(28, 30)을 가열하는 단계,
c) 제 1 세퍼레이터 웹(12)과 이 제 1 세퍼레이터 웹(12)에 덧대어지는 추가의 제 2 세퍼레이터 웹(40) 사이에 적어도 하나의 폴리머 실(28, 30)을 도입하는 단계, 및
d) 세퍼레이터 웹(12, 40) 사이의 적어도 하나의 폴리머 실(28, 30)을 냉각시키고, 이들 사이에 적어도 하나의 재료 결합 화합물(46, 48)을 형성하는 단계.
a) 제 1 세퍼레이터 웹(12)에 웹 형상 또는 시트 형상의 전극 재료(16)를 덧대는 단계,
b) 폴리머 재료의 연화 온도를 초과하여 적어도 하나의 폴리머 실(28, 30)을 가열하는 단계,
c) 제 1 세퍼레이터 웹(12)과 이 제 1 세퍼레이터 웹(12)에 덧대어지는 추가의 제 2 세퍼레이터 웹(40) 사이에 적어도 하나의 폴리머 실(28, 30)을 도입하는 단계, 및
d) 세퍼레이터 웹(12, 40) 사이의 적어도 하나의 폴리머 실(28, 30)을 냉각시키고, 이들 사이에 적어도 하나의 재료 결합 화합물(46, 48)을 형성하는 단계.
Description
본 발명은 적어도 하나의 폴리머 실로 배터리 요소를 접합하는 방법 및 전기 차량(EV), 하이브리드 차량(HEV) 및 플러그인 하이브리드 차량(PHEV)용 배터리에서의 그러한 배터리 요소의 용도에 관한 것이다.
US 2002/0160259 A1은 배터리용 적층형 세퍼레이터 재료에 관한 것이다. 부직 재료는 실질적으로 적층형 구조를 가지며, 재료의 제 1 표면을 형성하는 부직 재료의 제 1 층을 포함한다. 부직 섬유의 제 2 층은 재료의 반대 표면을 형성한다. 마지막으로, 부직 섬유의 제 3 층은 제 1 층과 제 2 층 사이에 수용된다. 층들은 서로 접착되어 적층체를 형성한다. 부직 층들 중 적어도 하나는 융합 섬유의 부직 웹(web)을 포함한다. 또한, 하나 이상의 층은 친수성 첨가제를 포함하는 통상적으로 소수성인 폴리머의 용융 섬유로 형성된다는 점에서 영구적으로 친수성이다.
본 발명에 따르면, 적어도 하나의 폴리머 실로 배터리 요소를 접합하는 방법이 제안되며, 이 방법은 다음의 방법 단계를 포함한다:
a) 웹(web) 또는 시트 형상의 전극 재료를 제 1 세퍼레이터 웹에 덧대는 단계,
b) 연화 온도를 초과하는 가열 구역 내에서 상기 적어도 하나의 폴리머 실을 가열하는 단계,
c) 제 1 세퍼레이터 웹과 이 제 1 세퍼레이터 웹에 덧대어지는 추가의 제 2 세퍼레이터 웹 사이에 적어도 하나의 폴리머 실을 도입하는 단계, 및
d) 세퍼레이터 웹들 사이에서 적어도 하나의 폴리머 실을 냉각하여 세퍼레이터 웹들 사이에 적어도 하나의 재료 결합(재료 고정) 연결부를 형성하는 단계.
본 발명에 따라 제안된 해결책에서, 연질의 폴리머 실을 사용하여 폴리머 실이 냉각되었을 때 2 매의 세퍼레이터 웹들 사이에 재료 결합 연결부를 달성할 수 있고, 세퍼레이터 시트들 사이에 배치된 전극 재료는 봉입(encapsulating)될 수 있다. 제조된 이 복합재는 그 다음 절단되어 전극을 적층(stacking)하는데 사용될 수 있다. 본 발명에 따라 제안된 방법은 극히 짧은 사이클 시간을 제공하며, 무해한 폴리머재료가 배터리 셀용으로 사용될 수 있다. 사용되는 적어도 하나의 폴리머 실의 온도 직경에 따라, 매우 얇은 배터리 요소가 제조될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 실시형태에서, 적어도 하나의 폴리머 실은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리프탈아미드(PPa), 폴리아미드(PA)로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 폴리머로 제조된다. 또한, 임의의 가용성 재료가 사용될 수 있다. 열가소성물질, 예를 들면, 폴리파라필렌 술피드(PPS), 테플론(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 및 폴리우레탄(PU). SBS, SEBS, SEPS, SEEPS 및 MBS와 같은 스티렌 블록 폴리머와 같은 열가소성 엘라스토머도 또한 적합하다.
본 발명에 따라 제안된 방법에 따라, 적어도 하나의 폴리머 실은 공정 단계 b)를 실행하기 전에 위치결정부를 이용하여 정렬된다. 말하자면, 적어도 하나의 폴리머 실이 공급되면, 이것은 제 1 세퍼레이터 웹 상에 배치되고, 그 위에 이미 배치되어 정렬된 전극 재료는 자체의 위치를 유지하고, 제 1 세퍼레이터 웹과 아직 배치되지 않은 제 2 세퍼레이터 웹 사이의 재료 결합 연결부는 전극 재료와 접촉하지 않는다.
방법 단계 b)에 따른 적어도 하나의 폴리머 필라멘트의 가열은 가열 요소 내에서 실행되며, 이 가열 요소는 통로 개구부를 가질 수 있고, 이 가열 요소를 통과하는 중에 적어도 하나의 폴리머 실을 가열할 수 있다. 적어도 하나의 폴리머 실이 가열될 때, 이것은 그 연화 온도를 초과하여 가열되므로, 제 1 세퍼레이터 웹과 제 2 세퍼레이터 웹 사이에 연결부가 형성될 때, 소성 변형이 발생하고, 이것은 후에 재료 결합 연결부, 바람직하게는 접착제 연결부로 표시된다.
임의선택적으로, 적어도 하나의 폴리머 실 또는 필라멘트는 위치결정부를 통과하는 동안에 방법 단계 b)를 실행하기 위해 예열될 수 있다. 이 위치결정부는, 예를 들면, 개별적인 가이드 링을 갖는 한 쌍의 가이드 롤러에 의해 형성될 수 있고, 이 가이드 링은 임의선택적으로 가열될 수 있고, 위치결정부를 통과하는 적어도 하나의 폴리머 실을 예열한다.
유리한 방식으로, 본 발명에 따라 제안된 방법을 실행할 때, 공정 단계 c)에서 적어도 하나의 폴리머 실은 적어도 하나의 가압 장치에 의해 제 1 세퍼레이터 웹에 대해 가압되고, 동시에 제 2 세퍼레이터 웹이 공급되어, 연화된 적어도 하나의 폴리머 실에 대해 가압된다.
본 발명에 따라 제안된 해결책은 제 2 세퍼레이터 웹이 바람직하게는 수직 공급부의 일부로서 연화된 폴리머 실과 거의 동시에 덧대어져서, 적어도 하나의 폴리머 실은 아직 냉각되지 않고, 제 2 세퍼레이터 웹(그 위에 상기 적어도 하나의 폴리머 실이 제 1 세퍼레이터 웹에 덧대어져 있음)은 폴리머 실이 소성 변형될 수 있는 한 가압되는 것을 보장한다. 이러한 방식으로, 전극 재료에 영향을 미치지 않는 제 1 세퍼레이터 웹과 제 2 세퍼레이터 웹 사이의 연속 재료 결합 연결부가 단일 작업으로 보장될 수 있다. 본 발명에 따라 제안된 방법에서, 전극 재료는, 애노드용이든 캐소드용이든, 공정 단계 a)에 따라 간격을 형성하는 시트로서 제 1 세퍼레이터 웹에 덧대어질 수 있다. 다른 한편, 제 1 세퍼레이터 웹에 전극 재료의 연속 웹을 덧댈 수도 있다. 본 발명에 따라 제안된 방법의 두 변형례는 모두 가능하다.
본 발명에 따라 제안된 방법의 공정 단계 a) 내지 d)는 하나의 접합 스테이션에서 실행되거나, 제조될 배터리 요소의 이동 방향에서 보았을 때 여러 개의 연속적인 접합 스테이션에서 실행될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 제안된 방법은 전극 재료가 제 1 세퍼레이터 웹과 제 2 세퍼레이터 웹에 의해 봉입된 개개의 분리된 배터리 요소를 제조할 가능성, 또는 각각 세퍼레이터 웹에 의해 분리된 복수의, 예를 들면, 전극 재료의 섹션을 가질 수 있는 배터리 요소를 제조할 가능성을 열어준다. 본 발명에 따라 제안된 공정의 2 가지 변형례는 2 매의 세퍼레이터 웹으로부터 분리된 전극 재료의 봉입을 보장한다.
폴리머 실을 가열하기 위한 온도 범위는 각각의 재료의 유리(glass) 온도 또는 융점보다 높거나 이것에 근접해야 한다. 가열된 폴리머 실이 가압되기 전, 재료 결합의 형성이 일어나기 전에, 필요한 경우, 온도를 다시 조절하기 위해 임의선택적인 능동 냉각이 제공될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 유리하게는 무엇보다도 순수한 전기 차량, 하이브리드 차량, 플러그인 하이브리드 차량 또는 e-바이크(e-bike)의 배터리 시스템에서 사용된다. 그러나 다른 용도도 또한 고려될 수 있다.
[발명의 효과]
본 발명에 따라 제안된 방법은 배터리 요소의 제조를 위한 사이클 시간이 극히 짧은 방법을 제공한다. 본 발명에 따라 제안된 방법에서, 무해한 폴리머, 특히 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리프탈아미드(PPa) 또는 폴리아미드(PA)가 배터리 요소용의 폴리머 실 재료로서 사용된다. 원리적으로, 모든 가용성 재료가 사용될 수 있다. 열가소성물질, 예를 들면, 폴리파라필렌 술피드(PPS), 테플론(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF) 및 폴리우레탄(PU). 스티렌 블록 폴리머(SBS, SEBS, SEPS, SEEPS 및 MBS)와 같은 열가소성 엘라스토머가 또한 사용될 수 있다. 사용되는 폴리머 실의 직경에 따라, 상기 폴리머 재료로부터 매우 얇은 접합부가 제조될 수 있고, 이것은 바람직하게는 시임(seam)의 형태의 재료 결합 접착제 접합부의 형태로 구현된다. 2 매의 세퍼레이터 웹 사이의 재료 결합의 형성은 또한 온도에 의존한다.
본 발명에 따라 제안된 방법은 전극 재료를 포함하는 2 매의 세퍼레이터 웹 사이의 재료 결합 연결부가 배터리 셀의 제조를 위한 추가의 방법 단계에서 통합될 수 있는 배터리 요소의 스택을 형성하는 것을 허용하도록 배터리 셀의 제조에 통합될 수 있다. 전극 재료를 포함하여 2 매의 세퍼레이터 웹 사이에 생성되는 시임 형태의 재료 결합 연결부는 배터리 셀을 위한 제조 방법의 추가의 공정 단계에서 적층 보조물로서 사용될 수 있다.
본 발명에 따라 제안된 방법은 전극 재료가 시트 형태 또는 웹 형태로 처리될 수 있고, 공정 단계 a) 내지 d)를 실행하는데 사용되는 접합 스테이션의 수에 따라 각각 세퍼레이터 웹에 의해 분리되는 복수의 층의 전극 재료를 포함하는 배터리 요소가 제조될 수 있다는 사실을 특징으로 한다.
본 발명에 따라 제안된 해결책은 PP 및 PE와 같은 폴리머와 같은 매우 저렴한 재료를 사용할 수 있게 하는데, 이는 각각의 경우에 발생하는 재료 비용에 비해 매우 저렴하다.
이하에서 본 발명을 도면을 참조하여 더 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명에 따라 제안된 공정을 실행하기 위한 접합 스테이션의 상부 사시도이고,
도 2는 도 1에 따른 접합 스테이션의 측면도이고,
도 3은 도 1에 도시된 접합 스테이션의 평면도이고,
도 4는 가열 전 및 후의 적어도 하나의 폴리머 실의 온도 구배를 도시하고,
도 5는 제조되는 배터리 요소의 이동 방향으로 서로 전후에 배치된 2 개의 접합 스테이션을 도시하고,
도 6은 접합 스테이션에서 웹 형태의 세퍼레이터 재료의 처리를 도시하고,
도 7은 제조되는 배터리 요소의 이동 방향으로 서로 전후에 배치되는 복수의 접합 스테이션을 도시한다.
도 2는 도 1에 따른 접합 스테이션의 측면도이고,
도 3은 도 1에 도시된 접합 스테이션의 평면도이고,
도 4는 가열 전 및 후의 적어도 하나의 폴리머 실의 온도 구배를 도시하고,
도 5는 제조되는 배터리 요소의 이동 방향으로 서로 전후에 배치된 2 개의 접합 스테이션을 도시하고,
도 6은 접합 스테이션에서 웹 형태의 세퍼레이터 재료의 처리를 도시하고,
도 7은 제조되는 배터리 요소의 이동 방향으로 서로 전후에 배치되는 복수의 접합 스테이션을 도시한다.
도 1의 예시는 본 발명에 따라 제안된 방법을 실행하기 위한 접합 스테이션의 사시도를 도시한다.
제 1 세퍼레이터 웹(12)이 운동 방향(64)으로 접합 스테이션(10) 내로 진입한다. 제 1 세퍼레이터 웹(12)의 상면에는 여기서 시트(18)로서 설계된 전극 재료(16)가 있다. 시트는 회전 휠(여기서 상세히 도시되지 않음)을 통해 제 1 세퍼레이터 웹(12)의 상면(14)에 덧대어질 수 있고, 캐소드용 전극 재료이든 애노드용 전극 재료이든 전극 재료(16)의 개별 시트(18)들 사이에는 간격(20)이 생성된다. 전극 재료(16)의 시트(18)를 간격(2)을 두고 상면(14)에 배치한 제 1 세퍼레이터 웹(12)의 구성은 이동 방향(64)으로 이동하여 가압 장치(38)를 통과한다. 전극 재료(16)의 각각의 시트(18)는 제 1 세퍼레이터 웹(12)의 연부로부터 외측으로 돌출하는 접촉 러그(22)를 갖는다.
가압 장치(38) 위에서 제 1 폴리머 실(28) 및 제 2 폴리머 실(30)은 위치결정부(24)로 진행한다. 이 위치결정부(24)는, 예를 들면, 한 쌍의 롤러에 의해 형성될 수 있으며, 이 롤러도 또한 임의선택적으로 가열될 수 있다. 위치결정부(24)의 원주면 상에는 상호 이격된 위치결정 요소(26)가 있고, 이것은, 예를 들면, 링 형태로 설계될 수 있고, 이를 통해 제 1 폴리머 실(28)과 제 2 폴리머 실(30)은 가압 장치(38)의 방향으로 진행한다. 제 1 폴리머 실(28) 및 제 2 폴리머 실(30)은 각각 링 형태로 형성된 그리고 각각 통로 개구부(36)를 갖는 제 1 가열 요소(32) 및 제 2 가열 요소(34)를 통과한다. 통로 개구부(36)의 직경 및 제 1 폴리머 실(28)과 제 2 폴리머 실(30)의 재료에 따라, 제 1 폴리머 실(28) 및 제 2 폴리머 실(30)의 폴리머 재료의 가열을 조정할 수 있다. 제 1 폴리머 실(28) 및 제 2 폴리머 실(30)이 제조될 수 있는 폴리머 재료는 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리프탈아미드(PPa) 또는 폴리아미드(PA)과 같은 재료이다.
도 1에 도시된 사시도로부터, 제 1 폴리머 실(28) 및 제 2 폴리머 실(30)이 가압 장치(38)의 방향으로 경사지게 운반되는 것을 볼 수 있다. 동시에, 제 2 세퍼레이터 웹(40)의 수직 공급(41)이 실시된다. 제 2 세퍼레이터 웹(40)의 상면은 참조 번호 42로 표시되고, 제 2 세퍼레이터 웹(40)의 저면은 참조 번호 44로 표시된다. 간격(20)을 두고 배치된 전극 재료(16)의 시트(18)와 함께 제 1 세퍼레이터 웹(12)을 운반할 때, 2 개의 폴리머 실(28, 30) 및 제 2 세퍼레이터 웹(40)이 공급되는데, 이 때 2 개의 폴리머 실(28, 30)이 제 2 세퍼레이터 웹(40)의 상류의 가압 장치(38)에 도달하고, 제 2 세퍼레이터 웹(40)의 하면(44)이 제 1 세퍼레이터 웹(12)에 미리 덧대어진 소성 변형가능한 폴리머 실(28, 30)을 가압하도록 폴리머 실(28, 30)과 제 2 세퍼레이터 웹(40)이 공급된다. 이로 인해 제 1 세퍼레이터 웹(12)의 상면(14)과 제 2 세퍼레이터 웹(40)의 저면(44) 사이에서 시임 형태로 제 1 연결부(46) 및 제 2 연결부(48)가 생성된다.
도 1로부터 볼 수 있는 바와 같이, 제 1 연결부(46) 및 제 2 연결부(48)는 복합재, 즉, 제 1 세퍼레이터 웹(12)의 배터리 요소(49), 시트(18)로서 제공되는 전극 재료(16), 및 제 2 세퍼레이터 웹(40)의 이동 방향(64)에 평행하게 연장된다. 제 1 연결부(46)와 제 2 연결부(48)의 위치는 위치결정부(24)에 의해 결정되고, 두 세퍼레이터 웹(12, 40)에 의해 봉입된 전극 재료(16)에 영향을 주지 않도록 선택된다.
접촉 러그(22)는 제조되는 각각의 배터리 요소(49)로부터 측방으로 돌출한다. 배터리 요소(49)가 제 1 세퍼레이터 웹(12), 전극 재료(16) 및 제 2 세퍼레이터 웹(40)의 복합재로서 제조된 후에, 이것을 절단하여 배터리 요소(49)를 적층하여 배터리 셀을 제조하는 데 사용할 수 있다. 가압 장치(38)를 통과한 후에, 제 1 폴리머 실(28)과 제 2 폴리머 실(30)의 재료는 냉각되고, 응고되어, 제 1 세퍼레이터 웹(12)과 제 2 세퍼레이터 웹(40) 사이에서 시임의 형태로 제 1 화합물(46) 및 제 2 화합물(48)을 형성한다. 임의선택적으로, 가압 장치(38)는 또한 가열가능하도록 설계될 수 있으므로 폴리머 실(28, 30)은 제 1 세퍼레이터 웹(12)과 제 2 세퍼레이터 웹(40) 사이에서 결합된 접착제 접합부로서 설계되는 가능한 가장 얇은 접합부(46, 48)를 달성하도록 그 연화 온도를 초과하는 온도로 간단히 재가열될 수 있다.
도 2는 배터리 요소(49)의 제조를 위한 접합 스테이션(10)의 측면도를 도시한다.
도 2는 전극 재료(16)가 제 1 세퍼레이터 웹(12)의 상면(14) 상에 간격(20)에 시트(18)로서 덧대어지는 것을 도시한다. 전극 재료(16)는 애노드용 전극 재료 및 캐소드용 전극 재료의 둘 모두일 수 있다. 위치결정부(24)의 위치결정 요소(26)와 정렬된 2 개의 폴리머 실(28, 30)은 바람직하게는 연화 온도보다 약간 높은 가열 요소(32, 34)에 의해 가열되는 가열 구역(50)을 통과할 때 가열된다. 도 2에 따른 측면도로부터 제 2 세퍼레이터 웹(40)은 2 개의 폴리머 실(28, 30)이 제 1 세퍼레이터 웹(12)의 상면(14) 상에 약간 조기에 도달하도록 실질적으로 수직인 공급(41)을 받고, 그 후에 위로부터 오는 제 2 세퍼레이터 웹(40)이 가압 장치(38)에 의해 폴리머 실 상에 배치되어 제 1 연결부 또는 접합부(46) 뿐만 아니라 제 2 연결부(48)를 형성한다는 것을 알 수 있다.
2 개의 폴리머 실(28, 30)이 가열 요소(32, 34)를 통과하는 경우, 예를 들면, 링 형상인 가열 요소(32, 34)의 직경에 따라 통과하는 가열 구역(50)이 생성된다. 옵션으로서, 위치결정 롤러(24) 및 가압 장치(38)는 제 2 세퍼레이터 웹(40)과 제 1 세퍼레이터 웹(12) 사이에서 가압 장치(38)를 통과한 후에 최적 접합 조건을 생성하기 위해 가열가능하도록 설계될 수 있다. 제 1 세퍼레이터 웹(12), 예를 들면, 시트(18)로서의 전극 재료(16), 및 제 2 세퍼레이터 웹(40)은 2 개의 세퍼레이터 웹(12, 40)의 연결 후에 복합재를 생성하고 이 복합재는 각각 배터리 요소(49)를 형성한다.
도 3은 접합 스테이션(10)을 조감도로 도시한다.
도 3의 평면도는, 예를 들면, 위치결정부(24)에서 링으로서 설계된 위치결정 요소들(26)이 제 1 세퍼레이터 웹(12)의 폭을 초과하는 거리로 이격된 한 쌍의 가이드 롤러로서 설계될 수 있음을 보여준다. 이는 가압 장치(38)의 영역에서 제 1 세퍼레이터 웹(12)의 방향으로 제 1 폴리머 실(28)과 제 2 폴리머 실(30)의 최적의 공급을 가능하게 한다. 제 1 세퍼레이터 웹(12) 상에서, 전극 재료(16)(여기서 시트(18)의 형태임)는 각각의 시트(18) 사이에 형성된 간격(20)으로 배치된다. 도 3에 도시된 바와 같은 평면도로부터, 2 개의 폴리머 실(28, 30)은 각각 제 2 세퍼레이터 웹(40)에 앞서, 즉 그 저면(44)이 연화된 폴리머 실(28, 30)에 접촉하기 전에 제 1 세퍼레이터 웹(12)의 상면(14)에 도착한다는 것을 알 수 있다. 가압 장치(38)의 압력 하에서, 제조되는 배터리 요소(49)의 이동 방향(64)으로 연장되는 각각의 연결부(46, 48)가 각각 형성된다. 위치결정부(24) 및 가압 장치(38)의 둘 모두는 2 개의 폴리머 실(28, 30)의 재료의 온도를 연화 온도보다 높게 유지하도록 가열가능하도록 제조될 수 있으므로, 가압 장치의 통과 후에 시임 형태의 신뢰가능한 재료 결합 연결부가 얻어진다.
도 4는 폴리머 실(28, 30)의 재료에서 온도 구배의 표현을 도시한다.
본 발명에 따라 제안된 방법에서, 제 1 폴리머 실(28) 및 제 2 폴리머 실(30)의 재료는, 이 폴리머 실(28, 30)이 각각의 통로 개구부(36)를 통과할 때, 가열 요소(32, 34)에 의해 가열된다. 폴리머 실(28, 30)의 재료의 온도는 폴리머 실(28, 30)의 실 굵기에 따라서 뿐만 아니라 2 개의 가열 요소(32, 34)의 통로 개구부(36)의 직경에 따라서 조정된다. 가열 구역(50)을 따라, 온도 비관련 영역(비가열 영역)(52)은 2 개의 폴리머 실(28, 30)의 온도 관련/제어 영역(가열 영역)(54)으로 변화된다.
또한, 위치결정부(24)를 통과하는 중에, 예를 들면, 위치결정부(24)에 가열부를 설계함으로써, 2 개의 폴리머 실(28, 30)의 재료를 미리 가열하는 것이 가능하다. 이 경우, 2 개의 폴리머 실(28, 30)의 재료는 2 단계로 가열된다.
또한, 가압 장치(38)의 온도를 제어하는(템퍼링하는) 것도 가능하다. 폴리머 실(28, 30)이 온도 제어 영역(54)을 가진 가열 구역(50)을 벗어나더라도, 가압 방향(38)으로부터 가열 요소(32, 34)의 거리에 따라, 재료의 원하지 않는 냉각이 발생할 수 있으므로 추가의 온도 제어/인가가 임의선택적으로 가열가능한 가압 장치(38)를 통해 발생될 수 있다. 이는 제 1 세퍼레이터 웹(12)과 제 2 세퍼레이터 웹(40)의 저면(44)의 접합의 순간에 폴리머 실(28, 30)의 재료가 각각의 경우에 사용되는 폴리머 재료의 연화 온도를 초과하는 것을 보장해 준다. 도 4는 또한 제 2 세퍼레이터 웹(40)이 본질적으로 수직 공급(41)으로서 공급되는 것을 도시한다. 가압 장치(38)의 통과 후에, 연결부(46, 48)를 따라 접착된 제 1 세퍼레이터 웹(12), 시트(18)의 형태의 전극 재료(16), 및 제 2 세퍼레이터 웹(40)을 포함하는 배터리 요소(49)가 생성된다. 연결부(46, 48)는 제조된 배터리 요소(49)가 이동 방향(64)으로 더 운반될 때 냉각되어 경화된다.
도 5는 제 1 접합 스테이션(10) 및 상류 접합 스테이션(58)의 구성을 도시한다.
도 5에 도시된 실현 변형례에서, 이동 방향(64)으로 운반되는 제 1 세퍼레이터 웹(12) 상에 시트(18)로서 절단된 전극 재료(16)를 퇴적(56)시키는 것이 가능하다. 따라서, 전극 재료(16)의 시트(18)는 퇴적(56) 후에 가열 요소(32, 34)를 통과하는 그리고 그 연화 온도보다 높은 온도로 가열된 폴리머 실(28, 30)에 의해, 예를 들면, 피동 회전 휠을 통해 제 1 세퍼레이터 웹(12) 상에 고정될 수 있다. 시트(18) 형태로서의 전극 재료(16)의 퇴적(56)에 따라, 2 개의 폴리머 실(28, 30)에 의해 고정되는 전극 재료(16)가 접합 스테이션(10)에 도착하기 전에 그리고 더욱이 제 2 세퍼레이터 웹(40)이 폴리머 실(28, 30)에 의해 가압 장치(38)에서 저면(44)에 고정되기 전에 개별 시트(18) 사이에 간격(20)이 생성될 수 있고, 폴리머 실은 그 연화 온도를 초과하여 가열되고, 또한 제 2 세퍼레이터 웹(40) 및 시트(18)의 전극 재료(16)의 사전고정된 복합재에 고정된다. 위의 설계 변경례와 유사하게, 이동 방향(64)에 평행하게 연장되는 제 1 연결부(46) 및 제 2 연결부(48)는 이동 방향(64)으로 폴리머 실(28, 30)의 경화 및 냉각 중에 가압 장치(38)에 의해 형성된다.
도 6은 절단되지 않은 전극 재료(16)를 갖는 본 발명에 따라 제안된 구현형태를 도시한다.
위에서 설명한 버전과는 대조적으로, 도 6 의 전극 재료(16)는 시트(18)가 아니라 웹(60)의 형태이다. 전극 재료(16)가 웹(60)의 형태로 처리되는 제 3 접합 스테이션(62)에서, 폴리머 실(28, 30)은 환형 위치결정 요소(26)를 갖는 위치결정부(24) 아래에 배치되는 제 1 가열 요소(32) 및 제 2 가열 요소(34)에 의해 가열된다. 전술한 접합 스테이션(10, 58)과 유사하게, 제 1 가열 요소(32) 및 제 2 가열 요소(34)는 각각 폴리머 실(28, 30)이 통과하는 통로 개구부(36)를 갖는다. 위에서 이미 설명한 바와 같이, 2 개의 폴리머 실(28, 30)의 재료는 폴리머 재료의 연화 온도보다 높은 온도까지 가열된다.
이동 방향(64)에서, 제 1 세퍼레이터 웹(12)은 그것과 평행하게 운반되고, 그 상면은 가압 장치(38)를 통과하고, 가압 장치는 온도 제어되거나 온도 제어되지 않는다. 탄성 변형가능한 폴리머 실(28, 30)이 제 1 세퍼레이터 웹(12)의 상면(14) 상에 접촉한 직후에 본질적으로 수직 방향으로부터 웹(60)의 형태로 전극 재료(16)가 공급된다. 가압 장치(38)의 통과 후에, 전극 재료(16)의 웹(60)은 재료 결합 연결부(46, 48)에 의해 제 1 세퍼레이터 웹(12)의 상면(14) 상에 고정된다. 제 1 세퍼레이터 웹(12) 및 전극 재료(16)의 복합재가 더욱 웹의 형태로 운반되는 경우, 수직 공급부(41)로부터의 제 2 세퍼레이터 웹(40)에도 가압 장치(38)를 통과할 때 그 연화 온도를 초과하여 가열되는 폴리머 실(28, 30)에 의해 제 2 세퍼레이터 웹(40)이 제공된다. 여기에 덧대어진 폴리머 실(28, 30)을 통해 제 2 세퍼레이터 웹(40)의 저면(44)은 웹(60)의 형태의 전극 재료(16)의 상면에 연결된다. 그 결과 얻어지는 복합재는 무단 배터리 요소(49)를 제공하고, 이것은 감겨지거나 또는 개별 배터리 요소(49)로 분할되어 추가의 처리를 받을 수 있다.
도 7은 서로 전후로 배치된 제 3 접합 스테이션(62)에 의해 형성된 라인(66)을 제공한다.
도 7에 개략적으로 도시된 바와 같은 제 3 접합 스테이션(62)의 라인(66)의 설계 변경례는 여기서 웹(60) 및 세퍼레이터 트랙(12, 40)의 형태로 도시된 임의의 수의 전극 재료(16)의 층이 생성되는 것을 허용한다. 따라서 다층 배터리 요소(49)가 제조될 수 있고, 여기서 전극 재료(16)는 세퍼레이터 웹(12, 40)에 의해 후속 전극 재료(16)로부터 분리된다. 도 7에서 라인(66)으로 도시된 제 3 접합 스테이션(62)의 구조는 도 6에서 연결부로서 기술된 바와 같은 제 3 접합 스테이션(62)의 구조와 본질적으로 상응한다. 먼저, 폴리머 실(28, 30)이 가열 요소(32, 34)에서 가열된다. 가압 장치(38)를 통과할 때, 전극 재료(16)의 웹(60)은 제 1 세퍼레이터 웹(12)의 상면(14)에 접합된다. 냉각은, 후속 가압 장치(38)를 통과할 때 제 2 세퍼레이터 웹(40)의 저면(44)이 제 1 세퍼레이터 웹(12) 및 웹(60) 형태의 전극 재료(16)의 복합재에 덧대어지기 전에, 제 1 연결부(46) 및 제 2 연결부(48)를 생성한다. 전술한 설계 변형례와 유사하게, 제 2 세퍼레이터 웹(40)의 저면(44)은 위치결정부(24)에서 위치결정 요소(26)에 의해 정렬되는 가압 장치(38)에 공급되는 폴리머 실(28, 30)에 의해 고정되고, 다음에 제 2 세퍼레이터 웹(40)의 저면은 웹(60)의 형태의 전극 재료(16)의 상면에 덧대어진다.
그 후에 이어지는 제 3 접합 스테이션(62)에서 상황은 유사하다. 라인(66)에 정렬된 제 3 접합 스테이션(62)의 수에 따라, 배터리 요소(49)가 연속 형태로 제조될 수 있고, 이것은 감겨져서 배터리 셀로 가공되거나, 절단 공정에 공급되어 추가로 처리된다.
본 발명은 본 명세서에 기재되고 강조된 실시형태에 제한되지 않는다. 반대로 청구범위에 의해 정의된 범위 내에서, 평균 전문가의 기술 내에 있는 다수의 변경이 가능하다.
Claims (11)
- 적어도 하나의 폴리머 실(28, 30)로 배터리 요소(49)를 접합하는 방법으로서,
a) 웹(web) 형상 또는 시트 형상의 전극 재료(16)를 제 1 세퍼레이터 웹(12)에 덧대는 단계,
b) 적어도 하나의 폴리머 실(28, 30)을 가열 구역(50) 내에서 그 폴리머 재료의 연화 온도를 초과하여 가열하는 단계,
c) 상기 제 1 세퍼레이터 웹(12)과 이 제 1 세퍼레이터 웹(12)에 덧대어지는 추가의 제 2 세퍼레이터 웹(40) 사이에 상기 적어도 하나의 폴리머 실(28, 30)을 도입하는 단계, 및
d) 상기 세퍼레이터 웹들(12, 40) 사이의 상기 적어도 하나의 폴리머 실(28, 30)을 냉각하여 그 사이에 적어도 하나의 재료 결합 연결부(46, 48)를 형성하는 단계를 포함하는,
배터리 요소의 접합 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 폴리머 실(28, 30)은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 폴리프탈아미드(PPa), 폴리아미드(PA)로 이루어지는 그룹에 따른 폴리머로 제조되는,
배터리 요소의 접합 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 폴리머 실(28, 30)은 열가소성 폴리파라필렌 술피드(PPS), 테플론(PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(PVDF), 폴리우레탄(PU), 또는 스티렌 블록 폴리머(SBS, SEBS, SEPS, SEEPS, MBS)와 같은 열가소성 엘라스토머와 같은 용융가능한 재료로 제조되는,
배터리 요소의 접합 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 폴리머 실(28, 30)은 상기 방법 단계 b)를 실행하기 전에 위치결정부(24)에서 위치결정 요소(26)에 의해 정렬되는,
배터리 요소의 접합 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 공정 단계 b)에 따른 상기 적어도 하나의 폴리머 실(28, 30)은 통로 개구부(36)를 갖는 가열 요소(32, 34) 내에서 가열되는,
배터리 요소의 접합 방법. - 제 4 항에 있어서,
상기 적어도 하나의 폴리머 실(28, 30)은 상기 공정 단계 b)를 실행하기 전에 상기 위치결정부(24)에서 예열되는,
배터리 요소의 접합 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 공정 단계 c)에서 상기 적어도 하나의 폴리머 실(28, 30)은 적어도 하나의 가압 장치(38)에 의해 상기 제 1 세퍼레이터 웹(12) 및 동시에 공급되는 제 2 세퍼레이터 웹(40)에 대해 가압되는,
배터리 요소의 접합 방법. - 제 1 항에 있어서,
방법 단계 a)에 따라 상기 전극 재료(16)는 하나의 시트(18)로서 상기 제 1 세퍼레이터 웹(12)에 덧대어져서, 간격(20)을 형성하는,
배터리 요소의 접합 방법. - 제 7 항에 있어서,
상기 제 2 세퍼레이터 웹(40)은 수직 공급부(41)로부터 상기 가압 장치(38)로 공급되는,
배터리 요소의 접합 방법. - 제 1 항에 있어서,
상기 방법 단계 a) 내지 d)는 하나의 접합 스테이션(10)에서 실행되거나, 상기 배터리 요소(49)의 이동 방향(64)에서 보았을 때 서로 전후로 놓인 복수의 접합 스테이션(10, 58)에서 실행되거나, 또는 제 3 접합 스테이션(62)들로 이루어진 라인(66)에서 실행되는,
배터리 요소의 접합 방법. - 순수한 전기 차량, 하이브리드 차량, 플러그인 하이브리드 차량 또는 e-바이크(e-bike)의 배터리 시스템에서 제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 따라 제조되는 배터리 요소(49)의 용도. 그러나 다른 사용 방법도 또한 고려될 수 있다.
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