KR20230121994A - 레이저 빔을 사용하여 웹에서 전극 구조의 집합체를 윤곽 형성하기 위한 방법 - Google Patents

레이저 빔을 사용하여 웹에서 전극 구조의 집합체를 윤곽 형성하기 위한 방법 Download PDF

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무랄리 라마수브라마니안
아쇽 라히리
브루노 에이 발데스
제프리 글렌 벅
킴 레스터 포투나티
로버트 에스 부사카
존 에프 바니
조슈아 데이비드 위난스
닐 사스왓
군터 에이 코블밀러
마일스 이 비븐
제프리 에이 모스
마이클 이 안드레스
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Abstract

웹(104)에서 전극 구조의 집합체를 윤곽 형성하기 위한 방법이 개시된다. 웹(104)은 웹 다운 방향, 웹 교차 방향, 전기화학적 활성 층, 및 전기 전도성 층을 갖는다. 방법은 웹(104)으로부터 윤곽 형성된 부재를 해제하지 않고 웹(104)에서 전극 구조 집합체의 부재를 윤곽 형성하도록 적어도 웹 교차 방향으로 레이저 빔(302)을 이용하여 웹(104)을 레이저 가공하는 단계 및 웹(104)에서 전극 구조 집합체의 각각의 윤곽 형성된 부재를 위치시키도록 구성된 정렬 피처를 웹(104)에 형성하는 단계를 포함한다.

Description

레이저 빔을 사용하여 웹에서 전극 구조의 집합체를 윤곽 형성하기 위한 방법
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 2020년 9월 22일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/081,686호 및 2020년 9월 18일자로 출원된 미국 가특허 출원 제63/080,345호에 대한 우선권을 주장한다. 2019년 8월 6일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/533,082호, 2020년 5월 11일자로 출원된 미국 특허 출원 제16/763,078호, 2017년 11월 15일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/586,737호, 및 2018년 8월 6일자로 출원된 미국 가특허 출원 제62/715,233호를 참조한다. 이들 출원 각각의 내용은 그 전문이 참조로 본 명세서에 포함된다.
기술분야
본 개시내용의 분야는 전반적으로 배터리 기술과 같은 에너지 저장 기술에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 개시내용의 분야는 리튬 기반 배터리를 비롯한 배터리에 사용하기 위한 전극과 같은 에너지 저장 시스템의 생산을 위한 시스템 및 방법에 관한 것이다.
리튬 기반 이차 배터리는 그 비교적 높은 에너지 밀도, 출력 및 보관 수명으로 인해 바람직한 에너지원이 되었다. 리튬 이차 배터리의 예는 리튬 이온 및 리튬 폴리머 배터리와 같은 비-수성 배터리를 포함한다.
배터리, 연료 전지 및 전기화학적 커패시터와 같은 공지된 에너지 저장 디바이스는 통상적으로 평면형 또는 나선형으로 권취된(즉, 젤리롤) 라미네이트 구조와 같은 2차원 층류형 아키텍처를 갖고, 여기서 각각의 라미네이트의 표면적은 기하학적 설치 공간과 대략 동일하다(다공도 및 표면 거칠기는 무시함).
도 1은 전체적으로 10으로 나타낸, 공지된 층류형 이차 배터리의 단면도를 예시한다. 배터리(10)는 양극(20)과 접촉하는 양극 집전체(15)를 포함한다. 음극(25)은 분리막 층(30)에 의해 양극(20)으로부터 분리된다. 음극(25)은 음극 집전체(35)와 접촉한다. 도 1에 도시된 바와 같이, 배터리(10)는 스택으로 형성된다. 스택은 때때로 음극 집전체(35) 위에 또 다른 분리막 층(도시되지 않음)으로 덮힌 다음, 롤링되어 캔(도시되지 않음)에 넣어 배터리(10)를 조립한다. 충전 프로세스 중에, 캐리어 이온(통상적으로 리튬)은 양극(20)을 떠나 분리막 층(30)을 통해 음극(25)으로 이동한다. 사용된 애노드 재료에 따라, 캐리어 이온은 개재되거나(예를 들어, 합금을 형성하지 않고 음극(25) 재료의 매트릭스에 안착됨) 음극(25) 재료와 합금을 형성한다. 방전 프로세스 동안, 캐리어 이온은 음극(25)을 떠나 다시 분리막 층(30)을 통해 다시 양극(20)으로 이동한다.
3차원 이차 배터리는 층류형 이차 배터리에 비교하여 용량 및 수명을 증가시킬 수 있다. 그러나, 이러한 3차원 이차 배터리의 생산에는 제조 및 비용 문제가 존재한다. 지금까지 사용된 정밀 제조 기술은 사이클 수명이 개선된 이차 배터리를 생산할 수 있지만 생산성과 제조 비용이 희생된다. 그러나, 공지된 제조 기술이 가속화되는 경우, 배터리의 결함 수 증가, 용량 손실 및 수명 감소가 초래될 수 있다.
흔들의자형 배터리 전지에서, 이차 배터리의 양극과 음극 모두는 리튬과 같은 캐리어 이온이 삽입 및 추출되는 재료를 포함한다. 배터리가 방전될 때, 음극으로부터 캐리어 이온이 추출되어 양극에 삽입된다. 배터리가 충전될 때, 캐리어 이온이 양극으로부터 추출되어 음극에 삽입된다.
실리콘은 높은 비용량(specific capacity)으로 인해 애노드로서 탄소질 재료를 대체할 유망한 후보가 되었다. 예를 들어, LiC6로 형성된 흑연 애노드는 그램당 약 370 밀리 암페어 시간(mAh/g)의 비용량을 가질 수 있는 반면, Li15Si4로 형성된 결정 실리콘 애노드는 흑연 애노드 양극에 비교하여 거의 10배 증가한 약 3600 mAh/g의 비용량을 가질 수 있다. 그러나, 실리콘 애노드의 사용은 Li 캐리어 이온이 실리콘 애노드에 삽입될 때 실리콘의 큰 체적 변화(예를 들어, 300%)로 인해 제한되었다. 충전 및 방전 사이클과 관련된 균열 및 파편화와 함께 이러한 체적 증가는 실제로 실리콘 애노드의 사용을 제한하였다. 게다가, 실리콘 애노드의 사용은, 실리콘 애노드를 이용한 이차 배터리의 초기 형성 동안 용량 손실을 초래하는 열악한 초기 쿨롱 효율(initial columbic efficiency)(ICE)로 인해 제한되었다.
따라서, 실리콘계 애노드를 이용하는 이차 배터리의 성능을 개선시키는 것이 바람직하며, 보다 구체적으로 실리콘 애노드가 열악한 ICE와 관련하여 나타나는 문제를 완화하는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 웹에서 전극 구조의 집합체(population)를 윤곽 형성하기 위한 방법이 개시된다. 웹은 웹 다운 방향(down-web direction), 웹 교차 방향(cross-web direction), 전기화학적 활성 층, 및 전기 전도성 층을 갖는다. 방법은 웹으로부터 윤곽 형성된 부재를 해제하지 않고 웹에서 전극 구조의 집합체의 부재를 윤곽 형성하도록 적어도 웹 교차 방향으로 웹을 레이저 기계 가공하는 단계 및 웹에서 전극 구조 집합체의 각각의 윤곽 형성된 부재를 위치시키도록 구성된 정렬 피처를 웹에 형성하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 웹에서 전극 구조의 집합체를 윤곽 형성하기 위한 또 다른 방법이 개시된다. 웹은 웹 다운 방향, 웹 교차 방향, 전기화학적 활성 층, 및 전기 전도성 층을 갖는다. 방법은 절단 스테이션에 웹을 급송하는 단계 및 웹을 절단 스테이션에서 적어도 웹 교차 방향으로 절단하여 웹으로부터 윤곽 형성된 부재를 해제하지 않고 웹에서 전극 구조 집합체의 부재를 윤곽 형성하는 단계를 포함한다. 방법은 또한 웹에서 전극 구조 집합체의 각각의 윤곽 형성된 부재를 위치시키도록 구성된 정렬 피처를 웹에서 절단하는 단계를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 웹에서 전극 구조의 집합체를 윤곽 형성하기 위한 또 다른 방법이 개시된다. 웹은 웹 다운 방향, 웹 교차 방향, 전기화학적 활성 층, 및 전기 전도성 층을 갖는다. 방법은 웹을 레이저 절단 시스템에 급송하는 단계, 레이저 절단 시스템을 사용하여 웹으로 정렬 피처를 절단하는 단계, 정렬 피처 중 적어도 하나를 사용하여 웹의 위치를 확립하는 단계를 포함한다. 방법은 확립된 위치에 기초하여 웹 상에서 절단 동작 및 절제 동작 중 적어도 하나를 수행하는 단계를 더 포함한다.
또 다른 실시예에서, 전기화학적 활성 층 및 전기 전도성 층을 포함하는 웹이 개시된다. 웹은 윤곽 형성된 전극 구조 집합체를 가지며, 윤곽 형성된 전극 구조 집합체의 각각의 전극 구조는 웹의 웹 교차 절단부에 의해 인접한 전극 구조로부터 이격된다. 웹은 웹에서 전극 구조 집합체의 각각의 윤곽 형성된 전극 구조를 위치시키도록 구성된 정렬 피처를 더 포함한다.
또 다른 실시예에서, 웹은 윤곽 형성된 분리막 구조 집합체를 갖는다. 윤곽 형성된 분리막 집합체의 각각의 분리막은 웹에서 웹 교차 절단부에 의해 인접한 분리막으로부터 이격된다. 웹은 웹에서 분리막 집합체의 각각의 윤곽 형성된 분리막을 위치시키도록 구성된 정렬 피처를 더 포함한다.
도 1은 기존 층류형 배터리의 단면이다.
도 2는 본 개시내용에 따른 전극 제조 시스템의 하나의 적절한 실시예의 개략도이다.
도 3은 본 개시내용에 따른 레이저 시스템의 하나의 적절한 실시예의 확대된 개략도이다.
도 4는 본 개시내용에 따른 절단 플레넘의 하나의 적절한 실시예의 등각도이다.
도 5는 본 개시내용의 전극 제조 시스템을 통해 가공된 후에 전극으로 형성된 베이스 재료의 예시적인 웹의 절단된 평면도이다.
도 6은 전극 패턴이 상부에 형성된 베이스 재료의 예시적인 웹의 평면도이다.
도 6a는 예시적인 음극으로서 베이스 재료의 웹의 일부의 사시도이다.
도 6b는 예시적인 양극으로서 베이스 재료의 웹의 일부의 사시도이다.
도 7은 예시적인 전극 패턴이 상부에 형성된 베이스 재료의 웹의 일부의 확대 평면도이다.
도 8은 본 개시내용의 전극 제조 시스템을 통해 가공된 후에 전극 패턴을 포함하는 전극 재료의 웹으로 형성된 베이스 재료의 등각도이다.
도 8a는 도 8의 전극 재료의 웹의 일부의 평면도이다.
도 9는 본 개시내용의 전극 제조 시스템의 되감기 롤러의 하나의 적절한 실시예의 등각도이다.
도 10은 본 개시내용의 브러싱 스테이션의 하나의 적절한 실시예의 평면도이다.
도 11은 도 10에 도시된 예시적인 브러싱 스테이션의 측면도이다.
도 12는 본 개시내용에 따른 검사 스테이션의 하나의 적절한 실시예의 등각도이다.
도 13은 본 개시내용의 하나의 적절한 실시예에 따른 척의 평면도이다.
도 14는 본 개시내용에 따른 적층 배열의 개략도이다.
도 15는 본 개시내용에 따른 전극의 다층 스택의 단면도이다.
도 16a는 본 개시내용에 따른 전극의 다층 스택의 측면도이다.
도 16b는 도 16a의 전극의 다층 스택의 부분 평면도이다.
도 16c는 제2 천공의 파열 후 도 16a의 다층 스택의 부분 평면도이다.
도 17은 본 개시내용에 따른 적층 전지의 등각도이다.
도 18a 및 도 18b는 배터리 패키지가 상부에 배치된 적층 전지의 순차적인 등각도이다.
정의
본 명세서에 사용된 A, "an" 및 "the" (즉, 단수형)는 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한 복수 대상을 나타낸다. 예를 들어, 하나의 사례에서, "전극"에 대한 언급은 단일 전극과 복수의 유사한 전극을 모두 포함한다.
본 명세서에서 사용될 때 "약" 및 "대략"은 명시된 값의 플러스 또는 마이너스 10%, 5% 또는 1%를 나타낸다. 예를 들어, 하나의 사례에서, 약 250 ㎛는 225 ㎛ 내지 275 ㎛를 포함한다. 추가적인 예로서, 하나의 사례에서, 약 1,000 ㎛은 900 ㎛ 내지 1,100 ㎛을 포함한다. 달리 나타내지 않는 한, 명세서 및 청구범위에 사용된 양(예를 들어, 측정값 등) 등을 나타내는 모든 수치는 "약"이라는 용어에 의해 모든 경우에 수정되는 것으로 이해하여야 한다. 따라서, 달리 나타내지 않는 한, 하기 명세서 및 첨부된 청구범위에 기재된 수치 파라미터는 근사값이다. 각각의 수치 파라미터는 적어도 보고된 유효 자릿수에 비추어 일반적인 반올림 기술을 적용하여 해석해야 한다.
이차 배터리와 관련하여 본 명세서에 사용되는 애노드는 이차 배터리의 음극을 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 "애노드 재료" 또는 "애노드 활성"은 이차 배터리의 음극으로서 사용하기에 적절한 재료를 의미한다.
본 명세서에 사용되는 "용량" 또는 "C"는, 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 배터리(또는 이중층을 형성하는 한 쌍 이상의 전극 구조 및 상대 전극 구조를 포함하는 배터리의 하위 부분)가 미리 정해진 전압으로 전달할 수 있는 전하의 양을 지칭한다.
이차 배터리와 관련하여 본 명세서에 사용되는 캐소드는 이차 배터리의 양극을 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 "캐소드 재료" 또는 "캐소드 활성"은 이차 배터리의 양극으로서 사용하기에 적절한 재료를 의미한다.
이차 배터리의 상태와 관련하여 본 명세서에 사용되는 "충전 상태"는 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한 이차 배터리가 정격 용량의 적어도 75%로 충전된 상태를 지칭한다. 예를 들어, 배터리는 정격 용량의 적어도 80%, 정격 용량의 적어도 90%, 심지어는 정격 용량의 적어도 95%, 예컨대 정격 용량의 100%까지 충전될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 "복합 재료" 또는 "복합재"는 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한 2개 이상의 구성 재료를 포함하는 재료를 지칭한다.
"전환 화학 활성 재료" 또는 "전환 화학 재료"는 이차 배터리의 충전 및 방전 사이클 동안 화학 반응을 겪는 재료를 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 "상대 전극"은 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한 전극의 반대쪽인 이차 배터리의 음극 또는 양극(애노드 또는 캐소드)을 지칭할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 "상대 전극 집전체"는, 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 전극 전류 커넥터의 반대쪽인 이차 배터리의 음극 또는 양극(애노드 또는 캐소드) 집전체를 지칭할 수 있다.
충전 상태와 방전 상태 사이에서 이차 배터리의 사이클링과 관련하여 본 명세서에 사용되는 사이클은, 배터리를 충전 또는 방전 상태인 제1 상태로부터 제1 상태와 반대인 제2 상태(즉, 제1 상태가 방전된 경우 충전 상태, 또는 제1 상태가 충전된 경우 방전 상태)로 사이클에서 이동시킨 다음, 배터리를 다시 제1 상태로 이동시켜 사이클을 완료하도록 배터리를 충전 및/또는 방전하는 것을 지칭한다. 예를 들어, 이차 배터리의 충전과 방전 사이의 단일 사이클은, 충전 사이클과 마찬가지로, 배터리를 방전 상태로부터 충전 상태로 충전한 다음, 다시 방전 상태로 방전하여 사이클을 완료하는 것을 포함할 수 있다. 단일 사이클은 또한, 방전 사이클과 마찬가지로, 배터리를 충전 상태로부터 방전 상태로 방전한 다음, 다시 충전 상태로 충전하여 사이클을 완료하는 것을 포함할 수 있다.
음극과 관련하여 본 명세서에 사용되는 "방전 용량"은, 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 미리 결정된 세트의 충전 전지 끝과 방전 전압 한계의 끝 사이에서 배터리의 방전 작동 동안 음극으로부터 추출되어 양극으로 삽입될 수 있는 캐리어 이온의 양을 의미한다.
이차 배터리의 상태와 관련하여 본 명세서에 사용되는 "방전 상태"는, 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 이차 배터리가 정격 용량의 25% 미만으로 방전된 상태를 지칭한다. 예를 들어, 배터리는 정격 용량의 20% 미만, 예컨대 정격 용량의 10% 미만, 심지어는 정격 용량의 5% 미만, 예컨대 정격 용량의 0%까지 방전될 수 있다.
본 명세서에 사용되는 "전기화학적 활성 재료"는 애노드 활성 재료 또는 캐소드 활성 재료를 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 "전극"은, 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 이차 배터리의 음극 또는 양극을 지칭할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 "전극 집전체"는 애노드(예를 들어, 음극) 집전체 또는 캐소드(예를 들어, 양극) 집전체를 지칭할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 "전극 재료"는, 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 애노드 재료 또는 캐소드 재료를 지칭할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 "전극 구조"는, 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 배터리에 사용하도록 구성된 애노드 구조(예를 들어, 음극 구조) 또는 캐소드 구조(예를 들어, 양극 구조)를 지칭할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 "전해질"은, 문맥상 명확하게 달리 지시하지 않는 한, 배터리에 사용하도록 구성된 이온의 이동에 의해 전류가 운반되는 비금속 액체, 겔 또는 고체 재료를 의미한다.
본 명세서에 사용되는 "길이방향 축", "횡축" 및 "수직축"은 상호 수직인 축을 지칭한다(즉, 각각은 서로 직교함). 예를 들어, 본 명세서에 사용되는 "길이방향 축", "횡축" 및 "수직축"은 3차원 양태 또는 배향을 정의하는 데 사용되는 데카르트 좌표계와 유사하다. 이와 같이, 본 명세서에 개시된 주제의 요소에 대한 설명은 요소의 3차원 배향을 설명하는 데 사용되는 특정 축 또는 축들로 제한되지 않는다. 대안적으로 말하면, 개시된 주제의 3차원 양태를 언급할 때 축들은 교환 가능할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 "미세 구조"는, 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 약 25x 배율 초과의 광학 현미경에 의해 밝혀진 재료 표면의 구조를 지칭할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 "미세 다공성"은, 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 직경이 약 2 나노미터 미만인 공극을 함유하는 재료를 지칭할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 "거대 다공성"은, 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 직경이 약 50 나노미터보다 큰 공극을 함유하는 재료를 지칭할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 "나노스케일" 또는 "나노스코픽 스케일"은 약 1 나노미터 내지 약 100 나노미터 범위의 길이 스케일을 갖는 구조를 지칭할 수 있다.
본 명세서에 사용되는 "폴리머"는, 문맥상 명백하게 달리 지시하지 않는 한, 거대 분자의 반복 서브유닛으로 구성된 물질 또는 재료를 지칭할 수 있다.
전극(즉, 양극, 음극 또는 보조 전극)과 관련하여 본 명세서에 사용되는 "가역적 쿨롱 용량"은 상대 전극과의 가역적 교환에 이용 가능한 캐리어 이온에 대한 전극의 총 용량을 의미한다.
본 명세서에 사용되는 "공극률" 또는 "다공도" 또는 "공극 체적 분율"은 재료의 공극(즉, 빈) 공간의 측정값을 지칭하며, 재료의 총 체적에 대한 공극 체적의 분율이고, 0 내지 1 또는 0% 내지 100%의 백분율로 표시된다.
"약화된 영역"은 약화된 영역의 국소 파열 강도가 비약화된 영역의 파열 강도보다 낮도록 스코어링, 절단, 천공 등과 같은 가공 작업을 받은 웹의 일부를 지칭한다.
세부 사항 설명
본 개시내용의 실시예는, 배터리 용량 및 배터리 수명을 유지하거나 개선하고, 제조 프로세스 중에 결함 발생을 감소시키면서, 전극 구성요소의 제조 속도를 개선하는 3차원 이차 배터리와 같은 배터리용 전극 구성요소의 생산을 위한 장치, 시스템 및 방법에 관한 것이다.
배터리에 사용하기 위한 전극 및 분리막을 비롯한 전극 구성요소의 생산을 위한 예시적인 시스템이 도 2를 참조하여 설명될 것이다. 전체적으로 100으로 나타낸 전극 생산(또는 제조) 시스템은 배터리에 사용하기 위한 정밀 전극의 효율적인 생산을 가능하게 하는 기능을 하는 다수의 개별 스테이션, 시스템, 구성요소 또는 장치를 포함한다. 먼저 생산 시스템(100)이 도 2와 관련하여 포괄적으로 설명되고, 이어서 더 넓은 생산 시스템(100)이 소개된 후에 각각의 구성요소에 대한 추가 세부 사항이 추가로 설명된다.
예시된 예시적인 실시예에서, 생산 시스템(100)은 베이스 재료의 웹(104)을 유지하고 권출하기 위한 베이스 권출 롤러(102)를 포함한다. 베이스 재료의 웹(104)은 전극 재료의 웹(즉, 애노드 재료(502)의 웹 또는 캐소드 재료(504)의 웹), 이차 배터리용 전극 조립체의 생산에 적절한 분리막 재료 등일 수 있다. 베이스 재료의 웹(104)은 롤 형태로 권취된 얇은 재료 시트이며, 베이스 권출 롤러(102) 상에 배치하도록 크기 설정된 중심 관통 구멍을 갖는다. 몇몇 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은, 예를 들어 전극 집전체 층(즉, 애노드 집전체 층(506) 또는 캐소드 집전체 층(510)), 및 적어도 하나의 주 표면 상의 전기화학적 활성 재료 층(즉, 애노드 활성 재료 층(508) 또는 캐소드 활성 재료 층(512))을 포함하는 다층 재료이고, 다른 실시예에서 베이스 재료의 웹(104)은 단일 층(예를 들어, 분리막 재료의 웹)일 수 있다. 베이스 권출 롤러(102)는 금속, 금속 합금, 복합재, 플라스틱 또는 생산 시스템(100)이 본 명세서에 설명된 바와 같이 기능하게 하는 임의의 다른 재료로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 베이스 권출 롤러(102)는 스테인리스강으로 제조되고 3 인치(76.2 mm)의 직경을 갖는다.
도 2의 실시예에서 알 수 있는 바와 같이, 베이스 재료의 웹(104)은 베이스 재료의 웹(104) 권출을 용이하게 하기 위해 에지 가이드(106)를 가로질러 통과된다. 일 실시예에서, 에지 가이드(106)는 고정된 기준점에 대한 베이스 재료의 웹(104)의 하나의 에지의 위치를 검출하기 위해 투과빔 유형 광학 센서를 사용한다. 피드백은 에지 가이드(106)로부터 "웹 조향" 롤러, 일반적으로 베이스 권출 롤러(102)로 전송되며, 롤러는 베이스 재료의 웹(104)의 이동 방향에 수직인 방향으로 이동할 것이다. 이 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 이어서 아이들러(idler)(108a) 둘레를 통과하여 스플라이싱 스테이션(110)으로 나아간다. 아이들러(108a)(또한 아이들 롤러로 지칭될 수 있음)는 베이스 재료의 웹(104)의 적절한 위치 설정 및 인장을 유지하는 것을 용이하게 할 뿐만 아니라 베이스 재료의 웹(104)의 방향을 변경하는 것을 용이하게 한다. 도 2에 도시된 실시예에서, 아이들러(108a)는 수직 방향으로 베이스 재료의 웹(104)을 수용하고, 베이스 재료의 웹(104)이 아이들러(108a)를 입력 방향으로부터 실질적으로 90도인 출력 방향으로 떠나도록 아이들러(108a) 둘레에 부분적으로 랩핑된다. 그러나, 입력 및 출력 방향은 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고 변경될 수 있음을 이해하여야 한다. 몇몇 실시예에서, 생산 시스템(100)은 베이스 재료의 웹(104)이 생산 시스템(100)을 통해 이송될 때 1회 이상 웹의 방향을 변경하기 위해 다수의 아이들러(108a-108x)를 사용할 수 있다. 아이들러(108a-108x)는 금속, 금속 합금, 복합재, 플라스틱, 고무 또는 생산 시스템(100)이 본 명세서에 설명된 바와 같이 기능하게 하는 임의의 다른 재료로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 아이들러(108a-108x)는 스테인리스강으로 제조되고 1 인치(25.4 mm) 직경 x 18 인치(457.2 mm) 길이의 치수를 갖는다.
스플라이싱 스테이션(110)은 2개의 별개의 웹을 함께 스플라이싱(예를 들어, 연결)하는 것을 용이하게 하도록 구성된다. 하나의 적절한 실시예에서, 베이스 재료의 제1 웹(104)은, 베이스 재료의 웹(104)의 후단 에지(도시되지 않음)가 스플라이싱 스테이션(110) 내에서 정지되고, 베이스 재료의 제2 웹(104)의 선단 에지(도시되지 않음)가 스플라이싱 스테이션(110)으로 권출되며 그에 따라 베이스 재료의 제1 웹(104)의 후단 에지와 베이스 재료의 제2 웹(104)의 선단 에지가 서로 인접하게 되도록, 권출된다. 사용자는 접착 테이프와 같은 접착제를 적용하여 베이스 재료의 제2 웹(104)의 선단 에지를 베이스 재료의 제1 웹(104)의 후단 에지에 결합하여 2개의 웹 사이에 시임을 형성하고 베이스 재료의 연속 웹(104)을 생성할 수 있다. 이러한 프로세스는 사용자에 의해 좌우되는 바와 같이 베이스 재료의 수많은 웹(104)에 대해 반복될 수 있다. 따라서, 스플라이싱 스테이션(110)은 하나의 연속적인 웹을 형성하기 위해 함께 스플라이싱되는 베이스 재료의 다수의 웹을 가질 가능성을 허용한다. 다른 실시예에서, 사용자는 원하는 경우 동일하거나 상이한 재료의 웹을 함께 스플라이싱할 수 있음을 이해하여야 한다.
하나의 적절한 실시예에서, 스플라이싱 스테이션(110)을 빠져나갈 때, 베이스 재료의 웹(104)은 닙 롤러(112)에 진입할 수 있도록 웹 다운 방향(down-web direction)(WD)으로 이송된다. 닙 롤러(112)는 베이스 재료의 웹(104)이 생산 시스템(100)을 통해 이송되는 속도의 제어를 용이하게 하도록 구성된다. 일 실시예에서, 닙 롤러(112)는 사이에 닙을 정의하는 공간을 갖는 적어도 2개의 인접한 롤러(114)를 포함한다. 닙은, 베이스 재료의 웹(104)이, 베이스 재료의 웹(104)을 이동시키기 위해 롤러의 마찰을 허용하기에 충분한 압력이지만 베이스 재료의 웹(104)에 대한 임의의 상당한 변형 또는 손상을 피하기에 충분히 낮은 압력으로 2개의 인접한 롤러(114) 각각에 대해 가압되도록 크기 설정된다. 일부 적절한 실시예에서, 적어도 2개의 인접한 롤러(114)에 의해 베이스 재료의 웹(104)에 대해 인가되는 압력은 웹 교차 방향(cross-web direction)(XWD)에서 베이스 재료의 웹(104)(Sw)의 웹 교차 스팬(즉, 웹 교차 방향(XWD)에서 웹의 에지간 거리)(도 6, 도 8a)에 걸쳐 0 내지 210 파운드의 힘, 예컨대 0 lb, 5 lb, 10 lb, 15 lb, 20 lb, 25 lb, 30 lb, 35 lb, 40 lb, 45 lb, 50 lb, 55 lb, 60 lb, 65 lb, 70 lb, 75 lb, 80 lb, 85 lb, 90 lb, 95 lb, 100 lb, 110 lb, 120 lb, 130 lb, 140 lb, 150 lb, 160 lb, 170 lb, 180 lb, 190 lb, 200 lb, 또는 210 lb의 힘으로 설정된다.
하나의 적절한 실시예에서, 인접한 롤러(114) 중 적어도 하나는 전기 모터에 의해 구동되는 고마찰 롤러일 수 있는 유연성 롤러이고, 인접한 롤러(114) 중 다른 하나는 저마찰 수동 롤러이다. 유연성 롤러는 베이스 재료의 웹(104)에 밀거나 당기는 힘을 제공하여 생산 시스템(100)을 통해 이송하기 위해 베이스 재료의 웹(104)에 충분한 그립을 제공할 수 있는 고무 또는 폴리머로 제조된 외부 표면을 적어도 가질 수 있다. 일 실시예에서, 인접한 롤러(114) 중 적어도 하나는 약 3.8 인치, 예컨대 3.863 인치(98.12 mm)의 직경을 갖는 강철 롤러이다. 다른 실시예에서, 인접한 롤러(114) 중 적어도 하나는 약 2.5 인치, 예컨대 2.54 인치(64.51 mm)의 직경을 갖는 고무 롤러이다. 또 다른 실시예에서, 인접한 롤러(114) 중 하나 이상은 롤러의 폭을 따라 임의의 위치에 배치하기 위해 조절될 수 있는, 그 위에 배치된 고무 링을 포함하고, 각각의 링은 약 3.90 인치(99.06 mm)의 외경을 갖는다. 롤러가 본 명세서에 설명된 바와 같이 기능하는 한 롤러의 직경은 이러한 양보다 작거나 클 수 있음을 이해하여야 한다. 일 실시예에서, 고무 링은 롤러 상에 배치되어 베이스 재료의 웹(104)과 그 연속적인 외부 에지에서 접촉하여 웹 다운 방향(WD)으로 베이스 재료의 웹(104)을 구동한다. 따라서, 베이스 재료의 웹(104)의 속도는 사용자 인터페이스(116)를 통해 고마찰 롤러의 회전 속도를 제어함으로써 제어된다. 다른 실시예에서, 각각의 인접한 롤러(114)는 생산 시스템(100)이 본 명세서에 설명된 바와 같이 기능할 수 있게 하는 임의의 고마찰 또는 저마찰 재료로 제조될 수 있다. 하나 또는 복수의 인접한 롤러(114)가 닙을 통과하는 베이스 재료의 웹(104)의 속도를 제어하기 위해 모터(도시되지 않음)에 연결될 수 있음을 이해하여야 한다. 생산 시스템(100)은 사용자 인터페이스(116)를 통해 제어될 수 있는 생산 시스템(100)을 통해 이송되는 베이스 재료의 웹(104)의 속도 제어를 용이하게 하기 위해 하나 이상의 추가 닙 롤러(122, 132)를 포함할 수 있다. 다수의 닙 롤러(112, 122, 132)가 사용될 때, 각각의 닙 롤러(112, 122, 132)는 베이스 재료의 웹(104)이 생산 시스템(100)을 통해 원활하게 이송되도록 사용자 인터페이스(116)를 통해 동일한 속도로 설정될 수 있다.
생산 시스템(100)은 또한 댄서(dancer)(118)를 포함할 수 있다. 도 2에서 확인되는 바와 같이, 예시된 댄서(118)는 서로 이격되어 있지만 댄서(118)의 한 쌍의 롤러 사이의 중심축 둘레에 연결된 한 쌍의 롤러를 포함한다. 댄서(118)의 한 쌍의 롤러는 중심축을 중심으로 회전할 수 있으며, 이에 의해 베이스 재료의 웹(104)에 대한 인장을 수동적으로 조절할 수 있다. 예를 들어, 베이스 재료의 웹(104) 상의 인장이 미리 결정된 임계값을 초과하면, 댄서(118)의 한 쌍의 롤러는 웹 상의 인장을 감소시키기 위해 중심축을 중심으로 회전한다. 따라서, 댄서(118)는 댄서(118) 단독의 질량(예를 들어, 한 쌍의 롤러 중 하나 이상의 질량), 스프링, 비틀림 로드 또는 사용자 인터페이스(116)를 통해 사용자 조절 가능하거나 제어 가능할 수 있는 다른 편향/인장 디바이스를 사용하여, 베이스 재료의 웹(104)에서 적절한 인장이 일관되게 유지되는 것을 보장할 수 있다. 일 실시예에서, 댄서(118)의 질량 및 댄서(118)의 관성은, 예를 들어 알루미늄으로 제조된 중공 롤러를 사용함으로써 500 그램 힘 이하에서 웹 인장을 허용하도록 감소되거나 최소화된다. 다른 실시예에서, 댄서(118)의 롤러는 탄소 섬유, 알루미늄 합금, 마그네슘, 다른 경량 금속 및 금속 합금, 유리 섬유 또는 500 그램 힘 이하의 웹 인장을 제공하기에 충분히 낮은 질량을 가능하게 하는 임의의 다른 적절한 재료와 같은 다른 경량 재료로 제조된다. 또 다른 실시예에서, 댄서(118)의 롤러는 250 그램 힘 이하의 베이스 재료의 웹(104)의 인장을 허용하도록 평형을 이룬다.
생산 시스템(100)은 하나 이상의 레이저 시스템(120a, 120b, 120c)을 포함한다. 도 2에 도시된 실시예는 3개의 레이저 시스템(120a-c)을 포함하지만, 생산 시스템(100)이 본 명세서에서 설명된 바와 같이 기능하게 하기 위해 임의의 수의 레이저 시스템(120)이 사용될 수 있음을 이해하여야 한다. 레이저 시스템(120a-c)에 대한 추가 설명은 도 3을 참조하여 이루어진다. 하나의 적절한 실시예에서, 레이저 시스템(120a-c) 중 적어도 하나는 절단 플레넘(304)을 향해 레이저 빔(302)을 방출하도록 구성된 레이저 디바이스(300)를 포함한다. 예시된 실시예에서, 절단 플레넘(304)은 척(306) 및 진공(308)을 포함한다. 척(306)의 세부 사항은 도 4 및 도 13에 가장 잘 도시되어 있으며, 아래에서 더 설명된다. 하나의 적절한 실시예에서, 레이저 시스템(120)에 인접하여 하나 이상의 검사 디바이스(310, 312)가 있으며, 이 검사 디바이스는 생산 시스템(100)이 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이 기능하게 하는 카메라 또는 임의의 다른 적절한 검사 시스템과 같은 육안 검사 디바이스일 수 있다.
도 2에 예시된 예시적인 생산 시스템(100)은 브러싱 스테이션(124) 및 에어 나이프(126)와 같은 하나 이상의 세정 스테이션을 포함한다. 각각의 세정 스테이션은 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이 베이스 재료의 웹(104)으로부터 부스러기(도시되지 않음)를 제거하거나 그 제거를 달리 용이하게 하도록 구성된다.
도 2의 생산 시스템(100)은 결함을 식별하기 위한 검사 스테이션(128) 및 식별된 결함의 위치를 식별하기 위해 베이스 재료의 웹(104)을 마킹하기 위한 관련 결함 마킹 시스템(130)을 포함하며, 이는 본 명세서에서 추가로 설명된다.
하나의 적절한 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 간지 재료의 웹(138)과 함께 되감기 롤러(134)를 통해 되감겨지는데, 간지 재료의 웹은 간지 롤러(136)를 통해 권출되어 간지 재료의 웹(138)에 의해 분리된 전극층을 갖는 전극(140)의 롤을 생성한다. 몇몇 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 간지 재료의 웹(138) 없이 되감기 롤러(134)를 통해 되감길 수 있다.
일련의 닙 롤러(112, 122 및 132), 아이들러(108a-x), 및 댄서(118)는 생산 시스템(100)을 통해 베이스 재료의 웹(104)을 이송하기 위한 이송 시스템으로 함께 지칭될 수 있음에 유의해야 한다. 본 명세서에 사용될 때, 베이스 재료의 웹(104)의 이송 시스템 또는 이송은 생산 시스템(100)을 통해 웹 다운 방향(WD)으로 베이스 재료의 웹(104)의 의도된 이동을 지칭한다.
도 5를 참조하면, 베이스 재료의 웹(104)은 본 명세서에 설명되는 바와 같이 배터리에 사용하기 위한 전극 구성요소의 생산에 적절한 임의의 재료일 수 있다. 예를 들어, 베이스 재료의 웹(104)은 전기 절연성 분리막 재료(500), 애노드 재료(502) 또는 캐소드 재료(504)일 수 있다. 하나의 적절한 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 이차 배터리에서 분리막으로서 사용하기에 적절한 전기 절연성 및 이온 투과성 폴리머 직조 재료이다.
다른 적절한 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 애노드 집전체 층(506) 및 애노드 활성 재료 층(508)을 포함할 수 있는 애노드 재료(502)의 웹이다. 일 실시예에서, 애노드 집전체 층(506)은 구리, 구리 합금 또는 애노드 집전체 층으로서 적절한 임의의 다른 재료와 같은 전도성 금속을 포함한다. 애노드 활성 재료 층(508)은 애노드 집전체 층(506)의 제1 표면 상에 제1 층으로 형성되고 애노드 집전체 층(506)의 제2 대향 표면 상에 제2 층으로 형성될 수 있다. 다른 실시예에서, 애노드 집전체 층(506) 및 애노드 활성 재료 층(508)은 혼합될 수 있다. 제1 표면 및 제2 대향 표면은 베이스 재료의 웹(104)의 주 표면, 또는 전방 표면 및 후방 표면으로 지칭될 수 있다. 본 명세서에 사용될 때, 주 표면은 웹 다운 방향(WD)에서 베이스 재료의 웹(104)의 길이 및 웹 교차 방향(XWD)에서 베이스 재료의 웹(104)의 스팬에 의해 형성된 평면에 의해 정의된 표면을 지칭한다.
일반적으로, 베이스 재료의 웹(104)이 애노드 재료(502)의 웹인 경우, 그 애노드 활성 재료 층(들)(508)은 (각각) 적어도 약 10 ㎛의 두께를 가질 것이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 애노드 활성 재료 층(들)(508)은 (각각) 적어도 약 40 ㎛의 두께를 가질 것이다. 추가의 예로서, 하나의 이러한 실시예에서, 애노드 활성 재료 층(들)(508)은 (각각) 적어도 약 80 ㎛의 두께를 가질 것이다. 추가의 예로서, 하나의 이러한 실시예에서, 애노드 활성 재료 층(508)은 (각각) 적어도 약 120 ㎛의 두께를 가질 것이다. 그러나, 통상적으로, 애노드 활성 재료 층(들)(508)은 (각각) 약 60 ㎛ 미만 또는 심지어 약 30 ㎛ 미만의 두께를 가질 것이다.
애노드 활성 재료 층(들)(508)으로서 사용하기 위한 예시적인 애노드 활성 재료는 탄소 재료, 예컨대 흑연, 연질 또는 경질 탄소, 또는 그래핀(예를 들어, 단일벽 또는 다중벽 탄소 나노튜브), 또는 리튬을 삽입하거나 리튬과 합금을 형성할 수 있는 임의의 다양한 금속, 반금속, 합금, 산화물, 질화물 및 화합물을 포함한다. 애노드 재료(502)를 구성할 수 있는 금속 또는 반금속의 특정 예는 흑연, 주석, 납, 마그네슘, 알루미늄, 붕소, 갈륨, 실리콘, Si/C 복합재, Si/흑연 블렌드, 실리콘 산화물(SiOx), 다공성 Si, 금속간 Si 합금, 인듐, 지르코늄, 게르마늄, 비스무트, 카드뮴, 안티몬, 은, 아연, 비소, 하프늄, 이트륨, 리튬, 나트륨, 흑연, 탄소, 리튬 티타네이트, 팔라듐, 및 이들의 혼합물을 포함한다. 하나의 예시적인 실시예에서, 애노드 활성 재료 층(508)은 알루미늄, 주석, 또는 실리콘, 또는 이들의 산화물, 이들의 질화물, 이들의 불화물, 또는 이들의 다른 합금을 포함한다. 다른 예시적인 실시예에서, 애노드 활성 재료 층(508)은 실리콘 또는 그 합금 또는 산화물을 포함한다.
일 실시예에서, 애노드 활성 재료 층(508)은, 리튬 이온(또는 다른 캐리어 이온)이 충전 및 방전 프로세스 동안 애노드 활성 재료 층(508)에 혼입되거나 애노드 활성 재료 층을 떠날 때 체적 팽창 및 수축을 수용하기 위해 상당한 공극 체적 분율을 제공하도록 미세 구조화된다. 일반적으로, (각각의) 애노드 활성 재료 층(들)(508)의 공극 체적 분율은 적어도 0.1이다. 그러나, 통상적으로, (각각의) 애노드 활성 재료 층(들)(508)의 공극 체적 분율은 0.8 이하이다. 예를 들어, 일 실시예에서, (각각의) 애노드 활성 재료 층(들)(508)의 공극 체적 분율은 약 0.15 내지 약 0.75이다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, (각각의) 애노드 활성 재료 층(들)(508)의 공극 체적 분율은 약 0.2 내지 약 0.7이다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, (각각의) 애노드 활성 재료 층(들)(508)의 공극 체적 분율은 약 0.25 내지 약 0.6이다.
미세 구조화된 애노드 활성 재료 층(508)의 조성 및 그 형성 방법에 따라, 미세 구조화된 애노드 활성 재료 층(508)은 거대 다공성, 미세 다공성 또는 메조 다공성 재료 층 또는 그 조합, 예컨대 미세 다공성 및 메조 다공성의 조합, 또는 메조 다공성 및 거대 다공성의 조합을 포함할 수 있다. 미세 다공성 재료는 통상적으로 10 nm 미만의 공극 치수, 10 nm 미만의 벽 치수, 1-50 마이크로미터의 공극 깊이, 및 일반적으로 "스펀지" 및 불규칙한 외관, 매끄럽지 않은 벽, 및 분지형 공극을 특징으로 하는 공극 형태를 특징으로 한다. 메조 다공성 재료는 통상적으로 10-50 nm의 공극 치수, 10-50 nm의 벽 치수, 1-100 마이크로미터의 공극 깊이, 및 일반적으로 다소 잘 정의된 분지형 공극 또는 수지상 공극을 특징으로 하는 공극 형태를 특징으로 한다. 거대 다공성 재료는 통상적으로 50 nm 초과의 공극 치수, 50 nm 초과의 벽 치수, 1-500 마이크로미터의 공극 깊이, 및 가변성, 직선형, 분지형, 또는 수지상이고 매끄럽거나 거친 벽일 수 있는 공극 형태를 특징으로 한다. 추가로, 공극 체적은 개방 또는 폐쇄 공극, 또는 그 조합을 포함할 수 있다. 일 실시예에서, 공극 체적은 개방 공극을 포함하는 데, 즉, 애노드 활성 재료 층(508)은 리튬 이온(또는 다른 캐리어 이온)이 애노드 활성 재료 층(508)에 진입하거나 떠날 수 있는 개구를 애노드 활성 재료 층(508)의 측방향 표면에 갖는 공극을 함유하고; 예를 들어, 리튬 이온은 캐소드 활성 재료 층(512)을 떠난 후에 공극 개구를 통해 애노드 활성 재료 층(508)에 진입할 수 있다. 다른 실시예에서, 공극 체적은 폐쇄 공극을 함유하는 데, 즉, 애노드 활성 재료 층(508)은 애노드 활성 재료 층(508) 내에 둘러싸인 공극을 함유한다. 일반적으로, 개방 공극은 캐리어 이온에 대해 더 큰 계면 표면적을 제공할 수 있는 반면, 폐쇄 공극은 캐리어 이온의 진입 시 애노드 활성 재료 층(508)의 팽창을 위한 공간을 각각 제공하면서 고체 전해질 계면에 덜 민감한 경향이 있다. 따라서, 특정 실시예에서, 애노드 활성 재료 층(508)이 개방 및 폐쇄 공극의 조합을 포함하는 것이 바람직하다.
일 실시예에서, 애노드 활성 재료 층(508)은 다공성 알루미늄, 주석 또는 실리콘 또는 이들의 합금, 산화물 또는 질화물을 포함한다. 다공성 실리콘 층은, 예를 들어 양극 산화에 의해, 에칭에 의해(예를 들어, 단결정 실리콘의 표면에 금, 백금, 은 또는 금/팔라듐과 같은 귀금속을 퇴적하고 표면을 불화수소산 및 과산화수소의 혼합물로 에칭함으로써), 또는 패턴화된 화학 에칭과 같은 본 기술 분야에 알려진 다른 방법에 의해 형성될 수 있다. 추가로, 다공성 애노드 활성 재료 층(508)은 일반적으로 적어도 약 0.1, 0.8 미만의 다공도 분율을 갖고 약 1 내지 약 100 마이크로미터의 두께를 가질 것이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 애노드 활성 재료 층(508)은 다공성 실리콘을 포함하고, 약 5 내지 약 100 마이크로미터의 두께를 가지며, 약 0.15 내지 약 0.75의 다공도 분율을 갖는다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, 애노드 활성 재료 층(508)은 다공성 실리콘을 포함하고, 약 10 내지 약 80 마이크로미터의 두께를 가지며, 약 0.15 내지 약 0.7의 다공도 분율을 갖는다. 추가의 예로서, 하나의 이러한 실시예에서, 애노드 활성 재료 층(508)은 다공성 실리콘을 포함하고, 약 20 내지 약 50 마이크로미터의 두께를 가지며, 약 0.25 내지 약 0.6의 다공도 분율을 갖는다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, 애노드 활성 재료 층(508)은 다공성 실리콘 합금(예를 들어, 니켈 실리사이드)을 포함하고, 약 5 내지 약 100 마이크로미터의 두께를 가지며, 약 0.15 내지 약 0.75의 다공도 분율을 갖는다.
다른 실시예에서, 애노드 활성 재료 층(508)은 알루미늄, 주석 또는 실리콘, 또는 이들의 합금의 섬유를 포함한다. 개별 섬유는 약 5 nm 내지 약 10,000 nm의 직경(두께 치수) 및 애노드 활성 재료 층(508)의 두께에 대체로 대응하는 길이를 가질 수 있다. 실리콘의 섬유(나노와이어)는, 예를 들어 화학 기상 증착 또는 기상 액체 고체(vapor liquid solid)(VLS) 성장 및 고체 액체 고체(solid liquid solid)(SLS) 성장과 같은 본 기술 분야에 알려진 다른 기술에 의해 형성될 수 있다. 추가로, 애노드 활성 재료 층(508)은 일반적으로 적어도 약 0.1, 0.8 미만의 다공도 분율을 갖고 약 1 내지 약 200 마이크로미터의 두께를 가질 것이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 애노드 활성 재료 층(508)은 실리콘 나노와이어를 포함하고, 약 5 내지 약 100 마이크로미터의 두께를 가지며, 약 0.15 내지 약 0.75의 다공도 분율을 갖는다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, 애노드 활성 재료 층(508)은 실리콘 나노와이어를 포함하고, 약 10 내지 약 80 마이크로미터의 두께를 가지며, 약 0.15 내지 약 0.7의 다공도 분율을 갖는다. 추가의 예로서, 하나의 이러한 실시예에서, 애노드 활성 재료 층(508)은 실리콘 나노와이어를 포함하고, 약 20 내지 약 50 마이크로미터의 두께를 가지며, 약 0.25 내지 약 0.6의 다공도 분율을 갖는다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, 애노드 활성 재료 층(508)은 실리콘 합금(예를 들어, 니켈 실리사이드)의 나노와이어를 포함하고, 약 5 내지 약 100 마이크로미터의 두께를 가지며, 약 0.15 내지 약 0.75의 다공도 분율을 갖는다.
일반적으로, 애노드 집전체 층(506)은 적어도 약 103 Siemens/cm의 전기 전도도를 가질 것이다. 예를 들어, 하나의 이러한 실시예에서, 애노드 집전체 층(506)은 적어도 약 104 Siemens/cm의 전도도를 가질 것이다. 추가의 예로서, 하나의 이러한 실시예에서, 애노드 집전체 층(506)은 적어도 약 105 Siemens/cm의 전도도를 가질 것이다. 애노드 집전체 층(506)으로서 사용하기에 적절한 예시적인 전기 전도성 재료는 구리, 니켈, 코발트, 티타늄 및 텅스텐과 같은 금속 및 이들의 합금을 포함한다.
다시 도 5를 참조하면, 또 다른 적절한 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 캐소드 집전체 층(510) 및 캐소드 활성 재료 층(512)을 포함할 수 있는 캐소드 재료(504)의 웹이다. 캐소드 재료(504)의 캐소드 집전체 층(510)은 알루미늄, 알루미늄 합금, 티타늄 또는 캐소드 집전체 층(510)으로서 사용하기에 적절한 임의의 다른 재료를 포함할 수 있다. 캐소드 활성 재료 층(512)은 캐소드 집전체 층(510)의 제1 표면에 제1 층으로서 형성되고, 캐소드 집전체 층(510)의 제2 대향 표면에 제2 층으로서 형성될 수 있다. 캐소드 활성 재료 층(512)은 캐소드 집전체 층(510)의 일면 또는 양면 상에 코팅될 수 있다. 유사하게, 캐소드 활성 재료 층(512)은 캐소드 집전체 층(510)의 하나 또는 양자 모두의 주 표면 상에 코팅될 수 있다. 다른 실시예에서, 캐소드 집전체 층(510)은 캐소드 활성 재료 층(512)과 혼합될 수 있다.
일반적으로, 베이스 재료의 웹(104)이 캐소드 재료(504)의 웹인 경우, 그 캐소드 활성 재료 층(들)(512)은 (각각) 적어도 약 20 ㎛의 두께를 가질 것이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 캐소드 활성 재료 층(들)(512)은 (각각) 적어도 약 40 ㎛의 두께를 가질 것이다. 추가의 예로서, 하나의 이러한 실시예에서, 캐소드 활성 재료 층(들)(512)은 (각각) 적어도 약 60 ㎛의 두께를 가질 것이다. 추가의 예로서, 하나의 이러한 실시예에서, 캐소드 활성 재료 층(들)(512)은 (각각) 적어도 약 100 ㎛의 두께를 가질 것이다. 그러나, 통상적으로, 캐소드 활성 재료 층(들)(512)은 (각각) 약 90 ㎛ 미만 또는 심지어 약 70 ㎛ 미만의 두께를 가질 것이다.
예시적인 캐소드 활성 재료는 임의의 광범위한 캐소드 활성 재료를 포함한다. 예를 들어, 리튬-이온 배터리의 경우, 캐소드 활성 재료 층(512)은 전이 금속 산화물, 전이 금속 황화물, 전이 금속 질화물, 리튬-전이 금속 산화물, 리튬-전이 금속 황화물, 및 리튬-전이 금속 질화물로부터 선택된 캐소드 활성 재료를 포함하여 선택적으로 사용될 수 있다. 이들 전이 금속 산화물, 전이 금속 황화물, 및 전이 금속 질화물의 전이 금속 원소는 d-쉘 또는 f-쉘을 갖는 금속 원소를 포함할 수 있다. 이러한 금속 원소의 특정 예는 Sc, Y, 란타노이드, 악티노이드, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Tc, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pb, Pt, Cu, Ag 및 Au이다. 추가적인 캐소드 활성 재료는 LiCoO2, LiNi0.5Mn1.5O4, Li(NixCoyAlz)O2, LiFePO4, Li2MnO4, V2O5, 옥시황화 몰리브덴, 포스페이트, 실리케이트, 바나데이트, 황, 황 화합물, 산소(공기), Li(NixMnyCoz)O2, 및 그 조합을 포함한다.
일반적으로, 캐소드 전류 전도체 층(510)은 적어도 약 103 Siemens/cm의 전기 전도도를 가질 것이다. 예를 들어, 하나의 이러한 실시예에서, 캐소드 전류 전도체 층(510)은 적어도 약 104 Siemens/cm의 전도도를 가질 것이다. 추가의 예로서, 하나의 이러한 실시예에서, 캐소드 전류 전도체 층(510)은 적어도 약 105 Siemens/cm의 전도도를 가질 것이다. 예시적인 캐소드 전류 전도체 층(510)은 알루미늄, 니켈, 코발트, 티타늄, 및 텅스텐과 같은 금속 및 이들의 합금을 포함한다.
다시 도 5를 참조하면, 또 다른 적절한 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 전기 절연성이지만 이온 투과성인 분리막 재료의 웹이다. 전기 절연성 분리막 재료(500)는 이차 배터리의 캐소드 집합체의 각각의 부재로부터 애노드 집합체의 각각의 부재를 전기적으로 격리하도록 구성된다. 전기 절연성 분리막 재료(500)는 통상적으로 비수성 전해질로 침투할 수 있는 미세 다공성 분리막 재료를 포함할 것이고; 예를 들어, 일 실시예에서, 미세 다공성 분리막 재료는 적어도 50 Å, 보다 통상적으로 약 2,500 Å 범위의 직경, 및 약 25% 내지 약 75% 범위, 보다 통상적으로 약 35-55% 범위의 다공도를 갖는 공극을 포함한다.
일반적으로, 베이스 재료의 웹(104)이 전기 절연성 분리막 재료(500)의 웹일 때, 전기 절연성 분리막 재료(500)는 적어도 약 4 ㎛의 두께를 가질 것이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 전기 절연성 분리막 재료(500)는 적어도 약 8 ㎛의 두께를 가질 것이다. 추가의 예로서, 하나의 이러한 실시예에서, 전기 절연성 분리막 재료(500)는 적어도 약 12 ㎛의 두께를 가질 것이다. 추가의 예로서, 하나의 이러한 실시예에서, 전기 절연성 분리막 재료(500)는 적어도 약 15 ㎛의 두께를 가질 것이다. 그러나, 통상적으로, 전기 절연성 분리막 재료(500)는 약 12 ㎛ 미만 또는 심지어 약 10 ㎛ 미만의 두께를 가질 것이다.
일 실시예에서, 미세 다공성 분리막 재료는 미립자 재료 및 바인더를 포함하고, 적어도 약 20 체적%의 다공도(공극률)을 갖는다. 미세 다공성 분리막 재료의 공극은 적어도 50 Å의 직경을 가질 것이고 통상적으로 약 250 내지 2,500 Å 범위 내에 속한다. 미세 다공성 분리막 재료는 통상적으로 약 75 체적% 미만의 다공도를 가질 것이다. 일 실시예에서, 미세 다공성 분리막 재료는 적어도 약 25 체적%의 다공도(공극률)를 갖는다. 일 실시예에서, 미세 다공성 분리막 재료는 약 35-55 체적%의 다공도를 가질 것이다.
미세 다공성 분리막 재료용 바인더는 광범위한 무기 또는 폴리머 재료로부터 선택될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 바인더는 실리케이트, 포스페이트, 알루미네이트, 알루미노실리케이트, 및 수산화물, 예컨대 수산화마그네슘, 수산화칼슘 등으로 구성된 그룹으로부터 선택되는 유기 재료이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 바인더는 비닐리덴 플루오라이드, 헥사플루오로프로필렌, 테트라플루오로프로펜 등을 함유하는 모노머로부터 유도된 플루오로폴리머이다. 또 다른 실시예에서, 바인더는 임의의 다양한 가변 분자량 및 밀도를 갖는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 또는 폴리부텐과 같은 폴리올레핀이다. 또 다른 실시예에서, 바인더는 에틸렌-디엔-프로펜 삼원공중합체, 폴리스티렌, 폴리메틸 메타크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜, 폴리비닐 아세테이트, 폴리비닐 부티랄, 폴리아세탈, 및 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 또 다른 실시예에서, 바인더는 메틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 스티렌 고무, 부타디엔 고무, 스티렌-부타디엔 고무, 이소프렌 고무, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐 에테르, 폴리아크릴산, 폴리메타크릴산, 및 폴리에틸렌 산화물로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 또 다른 실시예에서, 바인더는 아크릴레이트, 스티렌, 에폭시, 및 실리콘으로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 또 다른 실시예에서, 바인더는 전술한 폴리머 중 2개 이상의 공중합체 또는 블렌드이다.
미세 다공성 분리막 재료에 의해 포함된 미립자 재료는 또한 광범위한 재료로부터 선택될 수 있다. 일반적으로, 이러한 재료는 작동 온도에서 상대적으로 낮은 전자 및 이온 전도도를 가지며 미세 다공성 분리막 재료와 접촉하는 배터리 전극 또는 집전체의 작동 전압 하에서 부식되지 않는다. 예를 들어, 일 실시예에서, 미립자 재료는 1Х10-4 S/cm 미만의 캐리어 이온(예를 들어, 리튬)에 대한 전도도를 갖는다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, 미립자 재료는 1Х10-5 S/cm 미만의 캐리어 이온에 대한 전도도를 갖는다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, 미립자 재료는 1Х10-6 S/cm 미만의 캐리어 이온에 대한 전도도를 갖는다. 예시적인 미립자 재료는 미립자 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, TiO2-폴리머 복합재, 실리카 에어로겔, 흄드 실리카(fumed silica), 실리카 겔, 실리카 히드로겔, 실리카 크세로겔, 실리카 졸, 콜로이드 실리카, 알루미나, 티타니아, 마그네시아, 카올린, 활석, 규조토, 규산칼슘, 규산알루미늄, 탄산칼슘, 탄산마그네슘 또는 그 조합을 포함한다. 예를 들어, 일 실시예에서, 미립자 재료는 TiO2, SiO2, Al2O3, GeO2, B2O3, Bi2O3, BaO, ZnO, ZrO2, BN, Si3N4, Ge3N4와 같은 미립자 산화물 또는 질화물을 포함한다. 예를 들어, P. Arora 및 J. Zhang, "Battery Separators" Chemical Reviews 2004, 104, 4419-4462를 참조한다. 일 실시예에서, 미립자 재료는 약 20 nm 내지 2 마이크로미터, 보다 통상적으로는 200 nm 내지 1.5 마이크로미터의 평균 입자 크기를 가질 것이다. 일 실시예에서, 미립자 재료는 약 500 nm 내지 1 마이크로미터의 평균 입자 크기를 가질 것이다.
대안 실시예에서, 미세 다공성 분리막 재료에 의해 포함된 미립자 재료는 소결, 결합, 경화 등과 같은 기술에 의해 결합될 수 있으며, 배터리 기능을 위한 이온 전도도를 제공하기 위해 전해질 침입에 요망되는 공극률을 유지한다.
조립된 에너지 저장 디바이스에서, 미세 다공성 분리막 재료는 이차 배터리 전해질로서 사용하기에 적절한 비수성 전해질로 침투된다. 통상적으로, 비수성 전해질은 리튬 염 및/또는 유기 용매 및/또는 용매 혼합물에 용해된 염의 혼합물을 포함한다. 예시적인 리튬 염은 LiClO4, LiBF4, LiPF6, LiAsF6, LiCl 및 LiBr와 같은 무기 리튬 염; 및 LiB(C6H5)4, LiN(SO2CF3)2, LiN(SO2CF3)3, LiNSO2CF3, LiNSO2CF5, LiNSO2C4F9, LiNSO2C5F11, LiNSO2C6F13, 및 LiNSO2C7F15와 같은 유기 리튬 염을 포함한다. 리튬 염을 용해시키기 위한 예시적인 유기 용매는 환형 에스테르, 사슬형 에스테르, 환형 에테르 및 사슬형 에테르를 포함한다. 환형 에스테르의 특정 예는 프로필렌 카보네이트, 부틸렌 카보네이트, γ-부티로락톤, 비닐렌 카보네이트, 2-메틸-γ-부티로락톤, 아세틸-γ-부티로락톤, 및 γ-발레로락톤을 포함한다. 사슬형 에스테르의 특정 예는 디메틸 카보네이트, 디에틸 카보네이트, 디부틸 카보네이트, 디프로필 카보네이트, 메틸 에틸 카보네이트, 메틸 부틸 카보네이트, 메틸 프로필 카보네이트, 에틸 부틸 카보네이트, 에틸 프로필 카보네이트, 부틸 프로필 카보네이트, 알킬 프로피오네이트, 디알킬 말로네이트, 및 알킬 아세테이트를 포함한다. 환형 에테르의 특정 예는 테트라히드로푸란, 알킬테트라히드로푸란, 디알킬테트라히드로푸란, 알콕시테트라히드로푸란, 디알콕시테트라히드로푸란, 1,3-디옥솔란, 알킬-1,3-디옥솔란, 및 1,4-디옥솔란을 포함한다. 사슬형 에테르의 특정 예는 1,2-디메톡시에탄, 1,2-디에톡시탄, 디에틸 에테르, 에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 디에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 트리에틸렌 글리콜 디알킬 에테르, 및 테트라에틸렌 글리콜 디알킬 에테르를 포함한다.
또 다른 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 2017년 1월 24일자로 허여된 미국 특허 제9,553,332호에 설명된 것과 같은 고상 이차 배터리에 사용하기 위한 전극 구성요소의 생산에 적절한 임의의 재료일 수 있으며, 상기 특허는 그 전문이 본 명세서에 참조로 포함된다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 음극 집전체 또는 양극 집전체 재료와 같은 전극 집전체 재료를 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 전극 집전체 재료는 구리, 니켈, 니켈 코팅 구리, 철 코팅 구리, 구리 코팅 알루미늄, 알루미늄, 티타늄, 스테인리스강, 또는 리튬과 합금하지 않는 것으로 알려지고 애노드 집전체로서 기능하도록 구성된 다른 재료를 포함할 수 있다. 다른 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 알루미늄, 알루미늄 포일, 탄소 코팅 알루미늄 포일을 포함하는 양극 집전체 재료이다. 이러한 실시예에서, 전극 집전체 재료는 전기도금, 무전해 도금, PVD, 금속 나노입자 소결, 및/또는 후-환원이 있는 졸-겔과 같은 표준 경로로 생성된 포일이 아닌 금속 코팅일 수 있다.
다른 실시예에서, 예를 들어 고상 이차 배터리의 경우, 베이스 재료의 웹(104)은 위에서 참조한 미국 특허 제9,553,332호에 설명된 것과 같은 고상 전해질 재료를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 가넷, LiPON, 안티페로브스카이트, LISICON, 티오-LISICON, 황화물, 옥시황화물, 폴리머, 복합 폴리머, 이온성 액체, 겔, 또는 유기 액체와 같은 10-5 S/cm 초과의 전도도를 갖는 고속 리튬 이온 전도체를 포함할 수 있다. 전해질은 약 0.1 ㎛ 내지 약 40 ㎛ 범위의 두께를 갖지만, 편차를 포함한다. 일부 예에서, 전해질 두께는 25 ㎛, 즉, 25 ㎛이다. 일부 예에서, 전해질 두께는 25 ㎛ 이하, 즉, 25 ㎛ 이하이다.
다른 실시예에서, 예를 들어 고상 이차 배터리의 경우, 베이스 재료의 웹(104)은 위에서 참조한 미국 특허 제9,553,332호에 설명된 것과 같은 음극액(catholyte) 재료를 포함할 수 있다. 이 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 리튬, 게르마늄, 인 및 황("LGPS") 함유 재료 또는 리튬, 실리콘, 인 및 황("LSPS") 함유 재료를 포함하는 음극액 재료를 포함하며, 그 각각은 다결정 또는 비정질 상태로 구성된다. 이 실시예에서, 음극액 재료는 10-4 S/cm 초과, 바람직하게는 10-3 S/cm 초과의 이온 전도도를 갖는다. 일 실시예에서, 음극액 재료는 활성 영역 입자 크기보다 작은 입자 크기를 갖는다. 예를 들어, 몇몇 실시예에서, 중간 음극액 입자는 중간 활성 입자 크기보다 3배 이상 더 작은 직경을 갖는다. 음극액 재료는 대안적으로 캐소드 활성 재료 둘레의 코팅으로서 코어-쉘 구조로 구성될 수 있다. 추가의 변형에서, 음극액 재료는 나노로드 또는 나노와이어로서 구성될 수 있다. 이 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 또한 탄소, 활성 탄소, 카본 블랙, 탄소 섬유, 탄소 나노튜브, 흑연, 그래핀, 풀러렌, 금속 나노와이어, 슈퍼 P, 및 본 기술 분야에 공지된 다른 재료와 같은 캐소드 전자 전도성 종을 포함할 수 있다. 캐소드 영역은 기판에 대한 캐소드의 접착력 및 사이클링 동안 캐소드 자체에 대한 응집력을 개선시키기 위해 바인더 재료를 더 포함한다. 실시예에서, 음극액 재료는 LGPS 또는 LSPS 함유 재료 내에 구성된 산소 종을 갖는다. 다른 실시예에서, 산소 종은 LGPSO 재료 또는 LSPSO 재료를 형성하기 위해 1:2 이하의 황 종에 대한 비율을 갖는다. 예에서, 산소 종은 LGPSO 재료의 20% 미만이다.
또 다른 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 위에서 참조한 미국 특허 제9,553,33호에 설명된 것과 같은 고상 이차 배터리에 사용하기 위한 전극 구성요소의 생산에 적합할 수 있고, 여기서 음극액 재료는 고체임을 특징으로 한다. 이 실시예에서, 음극액 재료는 실질적으로 고정된 화합물 구조를 가지며, 이 구조는 유체가 아닌 고체처럼 거동한다. 일 실시예에서, 고체 음극액 재료는 물리 기상 증착(physical vapor deposition)(PVD), 화학 기상 증착(chemical vapor deposition)(CVD), 원자 층 증착(atomic layer deposition)(ALD), 및 분말의 고상 반응, 분말의 기계적 밀링, 용액 합성, 증발, 또는 그 임의의 조합에 의해 제조된다. 또 다른 실시예에서, 음극액 재료는 혼합기 또는 분쇄기에서 활성 재료와 혼합되거나 상이한 구성의 물리 기상 증착으로 혼합되고, 임의로 탄소와 혼합되며, 그라비어, 콤마 코팅, 마이어 로드 코팅, 닥터 블레이딩, 슬롯 다이 코팅, 또는 종래의 기술에 의해 기판 상에 코팅된다. 또 다른 실시예에서, 음극액 재료는 기상 성장, 기계융합, 액상 성장, 유동층 또는 회전 반응기에서 입자 상에 퇴적, 또는 그 조합 등으로 캐소드 활성 재료 상에 직접 코팅된다. 다른 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 리튬 종을 포함하는 폴리머 재료를 포함한다. 폴리머 재료는 음극액 재료 위에 놓이도록 형성될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 폴리머 재료는 특히 폴리아크릴로니트릴, 폴리-에틸렌 산화물, PvDF, PvDF-HFP, 부타디엔 고무 및 스티렌 부타디엔 고무와 같은 고무이다.
일 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 각각 애노드 활성 재료 층(508) 또는 캐소드 활성 재료 층(512)의 일 표면 또는 양 표면에 부착된 접착 테이프 층(도시되지 않음)을 가질 수 있다. 접착제 층은 나중에 절제 및 절단(아래에서 설명함)에 이어 제거되어 원치 않는 재료 또는 부스러기를 제거할 수 있다.
레이저 시스템(120a-c)의 실시예는 도 2 내지 도 6을 참조하여 추가로 설명된다. 베이스 재료의 웹(104)은 웹 다운 방향(WD)으로 레이저 시스템(120)에 진입한다. 일 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 아직 절제되거나 절단되지 않은 제1 조건(400)으로 레이저 시스템(120a)에 진입한다. 따라서, 제1 조건(400)의 베이스 재료의 웹(104)은 초기 상태로부터 결함 또는 변경이 실질적으로 없어야 한다. 베이스 재료의 웹(104)은 복수의 진공 구멍(406)을 포함하는 척(306) 위로 통과한다. 진공 구멍(406)은 진공(308)과 유체 연결되어, 진공 구멍(406) 위를 통과하는 베이스 재료의 웹(104)에 진공 압력을 도출한다. 진공 구멍(406)은 베이스 재료의 웹(104)이 걸림 없이 진공 구멍 위로 더 쉽게 통과하게 하도록 엇갈리고 및/또는 챔퍼링될 수 있다. 구멍의 단면적은 베이스 재료의 웹(104)이 구멍으로 흡인되는 것을 방지할 만큼 충분히 작아야 하지만 구멍을 통한 진공으로부터 적절한 기류를 허용할 만큼 충분히 커야 한다. 진공 압력은 베이스 재료의 웹(104)이 척(306)을 가로질러 이송될 때 실질적으로 평탄한/평면형 상태로 유지하는 것을 용이하게 한다. 일부 적절한 실시예에서, 레이저 시스템(120)은 초점에 민감하고, 이러한 실시예에서, 레이저 빔(302)이 절단 또는 절제 프로세스 동안 베이스 재료의 웹(104)과 접촉할 때 초점이 맞는 것을 보장하기 위해, 베이스 재료의 웹(104)을 레이저 출력부(313)로부터 실질적으로 일정한 거리, 예를 들어 미리 결정된 위치의 +/-100 ㎛에서 유지하는 것이 중요하다. 따라서, 진공 구멍(406)을 통한 진공 압력은, 베이스 재료의 웹(104)이 가공되는 동안 척(306)을 가로질러 실질적으로 평탄하게 유지되고 들리거나 좌굴되지 않는 것을 보장하기 위해, 예를 들어 사용자 인터페이스(116)를 통해 실시간으로 모니터링되고 조절될 수 있다. 진공 구멍(406)의 단면 형상은 원형, 정사각형, 직사각형, 타원형 또는 척(306)이 본 명세서에 설명된 바와 같이 기능하게 하는 임의의 다른 형상일 수 있다.
도 4에서 확인되는 바와 같이, 척(306)(예를 들어, 지지 표면)은 상류 에지(412) 및 하류 에지(414)에 의해 정의되는 개구(410)를 포함한다. 예시된 척(306)은 하류 에지(414)에 모따기부(416)를 포함한다. 이 실시예에서, 모따기부(416)는 베이스 재료의 웹(104)이 하류 에지(414)에 포획되거나 걸리지 않고 베이스 재료의 웹(104)이 하류 에지(414) 위를 통과하는 것을 용이하게 한다. 모따기부(416)의 각도(α)는 1도 내지 90도, 예컨대 5도, 10도, 15도, 20도, 25도, 30도, 35도, 40도, 45도, 50도, 55도, 60도, 65도, 70도, 75도, 80도, 85도 또는 모따기부(416)가 본 명세서에 설명된 바와 같이 기능하게 하는 임의의 다른 각도일 수 있다. 예시된 실시예에서, 예를 들어, 각도(α)는 약 25도이다. 모따기부(416)의 각도(α)가 모따기부(416) 위를 통과하는 베이스 재료의 웹(104)의 편향보다 크면 성능이 개선된다는 것이 밝혀졌다. 모따기부(416)의 상부 에지(418)는 모따기부(416)로부터 척(306)의 표면으로의 매끄러운 전이를 제공하기 위해 둥글게 될 수 있다.
하나의 적절한 실시예에서, 척(306)은 알루미늄으로 형성된다. 그러나, 척(306)은 알루미늄 합금, 복합재, 금속 또는 금속 합금 또는 척(306)이 본 명세서에 설명된 바와 같이 기능하게 하는 임의의 다른 적절한 재료로 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 알루미늄과 같은 척(306)의 재료는 레이저 기계 가공 동안 웹으로부터의 열 소산을 용이하게 한다.
하나의 적절한 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 먼저 레이저 빔(302)(도 3)에 의해 절제되어 베이스 재료의 웹(104)에 절제부(404)(도 4)를 생성하여, 레이저 빔(302)에 의해 절제된 후 제2 조건(402)에 있게 된다. 일 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 애노드 재료(502)이고, 절제부(404)는 애노드 활성 재료 층(508)을 제거하여 애노드 집전체 층(506)을 노출시킨다(도 5). 다른 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 캐소드 재료(504)이고, 절제부(404)는 캐소드 활성 재료 층(512)을 제거하여 캐소드 전류 전도체 층(510)을 노출시킨다. 일 실시예에서, 절제부(404)는 전극 탭(캐소드 집전체 층(510) 및 애노드 집전체 층(506)을 각각 이차 배터리의 양극 및 음극 단자에 전기적으로 연결하도록 구성됨)으로서 구성된다. 베이스 재료의 웹(104)에 절제부(404)를 만들기 위해 레이저 시스템(120a)을 사용할 때, 레이저 빔(302)의 출력은 코팅 층을 실질적으로 완전히 또는 완전히 제거할 수 있지만 집전체 층을 손상시키거나 절단하지 않는 수준으로 설정된다. 사용 시, 레이저 빔(302)은, 예를 들어 사용자 인터페이스(116)를 통해 제어되어 베이스 재료의 웹(104)이 움직이고 웹 다운 방향(WD)으로 이송되는 동안 절제부(404)를 생성한다. 절제부(404)는 도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이 베이스 재료의 웹(104)의 각각의 면에 생성된다. 일 실시예에서, 절제부(404)를 만든 후에, 레이저 시스템(120a)은 본 명세서에서 더 설명되는 바와 같이 기점 피처(602)를 형성한다. 다른 실시예에서, 다수의 레이저 시스템(120a)은 각각 하나 이상의 절제부(404)를 생성하여 생산 시스템(100)의 처리량을 증가시키기 위해 베이스 재료의 웹(104)의 일부를 각각 절제하는 데 사용될 수 있다.
도 2, 도 3 및 도 4를 더 참조하면, 생산 시스템의 또 다른 스테이지에서, 재료의 웹(104)은 레이저 시스템(120a)의 절단 영역(408)을 향해 웹 다운 방향(WD)으로 이송된다. 절단 영역(408)은 척(306)의 개구(410)를 포함한다. 일 실시예에서, 개구(410)는 진공(308)과 유체 연통하여, 개구(410) 위를 통과하는 베이스 재료의 웹(104)에 진공 압력을 도출한다. 하나의 적절한 실시예에서, 개구(410)는 웹 교차 방향(XWD)에서 베이스 재료의 웹(104)보다 넓고, 그에 따라 웹 교차 방향(XWD)에서 베이스 재료의 웹(104)의 전체 폭이 개구(410) 위에 현수된다. 일 실시예에서, 척(306) 반대쪽에 있는 베이스 재료의 웹(104) 상의 압력을 균등화하도록 구성된 제2 진공이 있을 수 있다. 이 실시예에서, 압력 균등화는 베이스 재료의 웹(104)을 개구(410) 위를 통과할 때 실질적으로 평탄한/평면형 상태로 그리고 일정한 높이로 유지하는 것을 용이하게 하고, 이는 베이스 재료의 웹(104) 상에 레이저 빔(302)의 초점을 유지하는 것을 용이하게 한다. 일 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)을 지지하기 위해 캐리어 웹이 사용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 캐리어 웹은 저점착성 접착제 또는 정전기 피닝을 사용하여 베이스 재료의 웹(104)에 제거 가능하게 부착된다. 이러한 실시예에서, 부착물은 가공 동안 베이스 재료의 웹(104)에 부착된 상태를 유지하기에 충분한 접착력을 갖지만 베이스 재료의 웹(104)에 손상을 유발하지 않고 제거 가능하다. 일 실시예에서, 캐리어 웹은 베이스 재료의 웹(104)을 가공하는 동안 사용되는 레이저 파장을 흡수하지 않는 재료이고, 그에 따라 캐리어 웹은 절단, 기화 또는 절제되지 않으며, 따라서 베이스 재료의 다른 웹(104)에서 재사용될 수 있다.
레이저 시스템(120a)은 하나 이상의 패턴(예컨대, 전극 인열 패턴 또는 약화된 인열 패턴이라고도 지칭될 수 있는 개별 전극 패턴(800)(도 8))을 절단하여, 베이스 재료의 웹(104)이 개구(410) 위에 있는 동안 베이스 재료의 웹(104)에 전극 구조 집합체의 각각의 부재를 윤곽 형성하도록 구성된다. 일 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)이 각각의 개구 위에 있는 동안 전극 패턴(800)의 하나 이상이 절단되게 하는 복수의 개구(410)가 있을 수 있다. 도 6을 참조하면, 패턴은 웹 교차 방향(XWD)에서 전극의 길이방향 에지를 정의하는 하나 이상의 길이방향 에지 절단부(600)를 포함할 수 있다. 길이방향 에지 절단부(600)는 베이스 재료의 웹(104)이 웹 다운 방향(WD)으로 이송되는 동안 웹 교차 방향(XWD)으로 베이스 재료의 웹(104)을 절단하는 레이저 빔(302)을 사용하여 절단된다. 웹 교차 방향(XWD)은 웹 다운 방향(WD)에 직교한다. 일 실시예에서, 웹 다운 방향(WD)에 실질적으로 수직인 길이방향 에지 절단부(600)를 생성하기 위해, 레이저 빔(302)은 웹 다운 방향(WD)으로 베이스 재료의 웹(104)의 움직임을 고려하기 위해 웹 다운 방향(WD)에 대해 일정 각도로 이동하도록 제어되어야 한다는 점에 유의해야 한다. 예를 들어, 베이스 재료의 웹(104)이 웹 다운 방향(WD)으로 이동함에 따라, 레이저 빔(302)의 경로는 초기 절단 위치(604)에서 베이스 재료의 웹(104) 상으로 투영된 다음, 웹 방향으로 베이스 재료의 웹(104)의 움직임과 동기화된다. 따라서, 레이저 빔(302)의 경로는 길이방향 에지 절단부(600)를 생성하기 위해 말단 절단 위치(606)에 도달할 때까지 웹 교차 방향(XWD) 및 웹 다운 방향(WD) 모두로 이동하도록 제어된다. 이 실시예에서, 레이저 빔(302)의 경로에 보상 인자가 적용되어 베이스 재료의 웹(104)이 웹 다운 방향(WD)으로 계속 이동하는 동안 웹 교차 방향(XWD)으로 절단이 이루어지도록 한다. 레이저 빔(302)이 이동하는 각도는 웹 다운 방향(WD)에서 베이스 재료의 웹(104)의 속도에 기초하여 달라진다는 것을 이해하여야 한다. 다른 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 레이저 가공 작업 동안 일시적으로 정지되고, 이와 같이, 레이저 빔(302)의 경로는 웹 다운 방향(WD)으로 베이스 재료의 웹(104)의 이동 움직임을 고려할 필요가 없다. 이러한 실시예는 단계 프로세스, 또는 단계 및 반복 프로세스로 지칭될 수 있다. 레이저 가공 동안, 레이저 시스템(120a-c) 중 하나 이상은 레이저 가공 작업 동안 레이저 빔(302)을 조절/정렬하기 위해, 예를 들어 베이스 재료의 웹(104)의 위치 설정에서 가능한 변동을 보상하기 위해 기점 피처(602)와 같은 반복 정렬 피처를 사용한다.
길이방향 에지 절단부(600)가 웹 교차 방향(XWD)으로 정의되고 개별 전극 패턴(800)의 반복 패턴이 웹 교차 방향(XWD)으로 정렬되도록 레이저 가공 작업이 본 명세서에 설명되어 있지만, 다른 실시예에서, 본 명세서에 설명된 레이저 가공 작업은 길이방향 에지 절단부(600) 및 모든 관련 절단부, 천공 및 절제 작업이 각각 수직으로 배향되도록 제어될 수 있음을 이해하여야 한다. 예를 들어, 길이방향 에지 절단부(600)는 웹 다운 방향(WD)으로 정렬될 수 있어, 개별 전극 패턴(800)의 집합체는 웹 교차 방향(XWD)이 아니라 웹 다운 방향(WD)으로 정렬된다.
일 실시예에서, 레이저 시스템(120a)은 개별 전극 패턴(800) 중 하나 이상 사이에서 타이 바아(614)를 절단한다. 타이 바아(614)는 개별 전극 패턴(800)의 그룹 사이에서 윤곽 형성하는 데 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 6에 도시된 실시예에서, 타이 바아(614)는 5개의 개별 전극 패턴(800)의 그룹 사이에서 절단된다. 그러나, 다른 실시예에서, 타이 바아(614)는 임의의 수의 개별 전극 패턴(800) 후방에 포함될 수 있거나, 전혀 존재하지 않을 수 있다. 타이 바아(614)는 상류 및 하류 타이 바아 에지 절단부(616, 618)에 의해 각각 정의된다. 몇몇 실시예에서, 타이 바아(614)는 가공 동안 베이스 재료의 웹(104)에 추가적인 구조적 강성도를 제공하도록 크기 설정된다.
또한, 하나의 적절한 실시예에서, 레이저 시스템(120a)은 베이스 재료의 웹(104)에서 복수의 기점 피처(602)와 같은 반복 정렬 피처 중 하나 이상을 절단한다. 일 실시예에서, 기점 피처(602)는 기점 관통 구멍이다. 기점 피처(602)는 베이스 재료의 웹(104) 상의 알려진 위치에서 절단된다. 기점 피처(602)는 도 6에 원형으로 도시되어 있지만, 도 8에 도시된 바와 같이 직사각형일 수도 있거나, 또는 생산 시스템(100)이 본 명세서에 설명된 바와 같이 기능하게 하는 임의의 크기 또는 형상일 수도 있다. 기점 피처(602)는 기점 피처(602)의 위치 및 이동 속도를 측정하는 육안 검사 디바이스(310, 312) 중 하나 이상에 의해 추적된다. 이어서, 기점 피처(602)의 측정은 웹 다운 방향(WD) 및 웹 교차 방향(XWD) 모두에서 베이스 재료의 웹(104) 상의 패턴의 전후 정렬을 정확하게 허용하기 위해 사용된다. 레이저 시스템(120a)은 또한 베이스 재료의 웹(104) 정렬에 사용될 수 있는 복수의 트랙터 구멍(612)을 절단할 수 있거나, 또는 베이스 재료의 웹(104)의 위치 설정 및 인장 제어를 위해 기어 휠(1210)(도 12)과 맞물리는 구멍으로서 사용될 수 있다. 트랙터 구멍(612)은 원형, 정사각형 또는 생산 시스템(100)이 본 명세서에 설명된 바와 같이 기능하게 하는 임의의 다른 형상일 수 있다. 다른 적절한 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 생산 시스템(100)을 통해 권출되고 이송되기 전에 미리 절단된 복수의 트랙터 구멍(612) 및/또는 기점 피처(602)를 갖는다. 일 실시예에서, 기점 피처(602) 대 개별 전극 패턴(800)의 일대일 비율이 있다. 다른 실시예에서, 각각의 개별 전극 패턴(800)당 2개 이상의 기점 피처(602)가 있을 수 있다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 하나의 적절한 실시예에서, 레이저 시스템(120a)은 개별 전극 패턴(800)의 일부로서 베이스 재료의 웹(104)에서 제1 천공(608) 및 제2 천공(610)을 절단한다. 제1 천공(608)은 또한 웹 교차 방향(XWD)으로 개별 전극 패턴(800)의 외부에 있기 때문에 "외부 천공"이라고도 지칭될 수 있고, 제2 천공(610)은 또한 웹 교차 방향(XWD)에서 외부 천공(608)의 내부에 있기 때문에 "내부 천공"이라고 지칭될 수 있다. 천공(608, 610)은 베이스 재료의 웹(104)의 부분(613)(도 5)의 확대도인 도 7에 가장 잘 도시되어 있다. 제1 천공(608)은, 베이스 재료의 웹(104)이 척(306)의 개구(410) 위에 위치 설정되는 동안, 레이저 빔(302)을 사용하는 레이저 절단에 의해 형성된다. 제1 천공(608)은 웹 다운 방향(WD)과 정렬된 방향으로 선형 슬릿(예를 들어, 관통 절단부)으로서 형성된다. 중요한 것은, 제1 천공(608)이 전극(We)의 폭 전체에 걸쳐 연장되지 않는다는 것이다. 대신에, 개별 전극 패턴(800)이 베이스 재료의 웹(104)에 연결된 상태로 유지되는 것을 보장하기 위해, 외부 인열 스트립(700)이 제1 천공(608)의 상류 및 하류 에지 모두에 남아 있다.
유사하게, 도 6 및 도 7을 추가로 참조하면, 제2 천공(610)은 제1 천공(608)으로부터 내부에(웹 교차 방향(XWD)으로) 형성된다. 하나의 적절한 실시예에서, 제2 천공(610)은 내부 인열 스트립(702)에 의해 분리된 웹 다운 방향(WD)의 슬릿 라인으로서 형성된다. 도시된 실시예에서, 제2 천공(610)은 관통 구멍(704)과 교차한다. 예시된 실시예에서, 내부 인열 스트립(702)은 외부 인열 스트립(700)의 길이의 적어도 2배이고, 그에 따라 외부 인열 스트립(700)을 분리하는 데 필요한 파열력은 베이스 재료의 웹(104)으로부터 내부 인열 스트립(702)을 분리하는 데 필요한 파열력의 대략 절반이다. 다른 실시예에서, 외부 및 내부 인열 스트립(700 및 702) 각각의 파열 강도의 비율은 달라질 수 있지만, 외부 인열 스트립(700)이 내부 인열 스트립(702)보다 낮은 파열 강도를 갖는 것이 바람직하며, 그에 따라 베이스 재료의 웹(104) 에지에 인장력 또는 전단력이 인가될 때, 외부 인열 스트립(700)이 내부 인열 스트립(702)보다 먼저 파열되게 된다.
도 3, 도 4 및 도 6을 참조하면, 길이방향 에지 절단부(600), 기점 피처(602), 및 척(306)의 개구(410) 위의 제1 및 제2 천공(608, 610)에 대한 레이저 절단을 수행함으로써, 부스러기가 개구(410)를 통해 떨어지는 것이 허용되고 또한 진공(308)이 레이저 절단 프로세스 중에 형성된 부스러기를 수집하게 한다.
하나의 적절한 실시예에서, 레이저 시스템(120a)은 제1 절제 스테이션으로서 구성된다. 이 실시예에서, 레이저 시스템(120a)은 베이스 재료의 웹(104)의 제1 표면 상에 전술한 바와 같이 절제부(404)를 형성한다. 레이저 시스템(120a)을 빠져나갈 때, 베이스 재료의 웹(104)은, 베이스 재료의 웹(104)의 제2 표면(제1 표면의 반대쪽)이 이 실시예에서 제2 절제 스테이션으로서 구성된 레이저 시스템(120b)에 의해 가공하도록 위치 설정되는 방식으로 베이스 재료의 웹(104)을 뒤집는 아이들러(108d) 위를 통과한다. 이 실시예에서, 레이저 시스템(120b)은 웹 다운 방향(WD) 및 웹 교차 방향(XWD)에서의 정렬을 보장하기 위해 기점 피처(602)를 사용하도록 구성된다. 따라서, 레이저 시스템(120b)은 베이스 재료의 웹(104)의 대향 표면 상에 제2 절제 프로세스를 수행하고, 그에 따라 베이스 재료의 웹(104)의 각각의 표면 상의 절제부(404)가 웹 다운 방향(WD) 및 웹 교차 방향(XWD)으로 정렬된다. 일 실시예에서, 절제부(404)는 전극의 집전체 탭으로서 구성된다.
일 실시예에서, 도 2에 도시된 레이저 시스템(120c)은 레이저 절단 스테이션으로서 구성된다. 이 실시예에서, 레이저 시스템(120c)은 길이방향 에지 절단부(600), 제1 및 제2 천공(608, 610)과 같은 레이저 절단을 수행한다.
하나의 적절한 실시예에서, 레이저 시스템(120a-c)의 레이저 디바이스(300) 중 하나 이상은 20 와트 섬유 레이저이다. 실시예에서, 레이저 시스템(120a-c)의 적절한 레이저 디바이스(300)는 10 W 내지 5,000 W, 예컨대 10 W 내지 100 W, 100 W 내지 250 W, 250 W 내지 1 kW, 1 kW 내지 2.5 kW, 2.5 kW 내지 5 kW 범위 내의 레이저 출력을 갖는다. 적절한 레이저 디바이스(300)는, 예를 들어 150 nm 내지 375 nm, 375 nm 내지 750 nm, 750 nm 내지 1,500 nm, 및 1,500 nm 내지 10.6 ㎛와 같은 150 nm 내지 10.6 ㎛의 파장을 갖는 레이저 빔(302)을 포함할 것이다. 실시예에서, 레이저 디바이스(300)는 연속파(cw), 마이크로초(μs), 나노초(ns), 피코초(ps) 및 펨토초(fs) 펄스 유형 중 하나 이상의 레이저 펄스 폭 유형이 가능할 것이다. 이들 유형의 레이저 중 임의의 것은 단독으로 또는 레이저 시스템(120a-c)의 레이저 디바이스(300)로서 조합하여 사용될 수 있다. 다른 적절한 실시예에서, 레이저 디바이스(300)는 레이저 시스템(120a-c)이 본 명세서에 설명된 바와 같이 수행하게 할 수 있는 임의의 다른 레이저이다.
몇몇 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 생산 시스템(100)에 로딩되기 전에 기계 펀칭 또는 레이저 절단된 기점 피처(602)를 포함할 수 있다. 다른 적절한 실시예에서, 기점 피처(602)는 베이스 재료의 웹(104)의 제1 표면 상에 절제부(404)를 형성한 후에 기계적으로 기계 펀칭될 수 있다. 다른 적절한 실시예에서, 생산 시스템(100)은 길이방향 에지 절단부(600) 및/또는 제1 및 제2 천공(608, 610) 중 하나 이상을 형성하는 데 사용될 수 있는 하나 이상의 추가적인 기계적 펀치를 포함할 수 있다.
일 실시예에서, 컨베이어 시스템의 롤러 중 하나 이상은 롤러가 편심을 갖도록 완벽하게 둥글지 않을 수 있다. 이러한 경우에, 특히 편심 롤러가 닙 롤러(112, 123, 132)이면, 편심 롤러의 어떤 부분이 웹과 접촉하는 지에 따라 베이스 재료의 웹(104)의 위치가 상이한 방식으로 전진하도록 베이스 재료의 웹(104)이 이송될 수 있다. 예를 들어, 편심 롤러의 반경의 일부가 롤러의 예상 반경을 초과하는 경우, 롤러의 더 큰 반경 부분이 웹을 밀거나 당길 때 웹이 예상보다 웹 다운 방향(WD)으로 더 전진할 수 있다. 마찬가지로, 편심 롤러가 감소된 반경 부분을 갖는 경우, 웹은 예상보다 웹 다운 방향(WD)으로 감소된 거리를 전진할 수 있다. 따라서, 일 실시예에서, 편심 롤러(들)는 반경 대 반경방향 위치를 결정하기 위해 맵핑될 수 있다. 그 후, 레이저 시스템(120a-c)은 롤러(들)의 맵핑에 기초하여 편심을 고려하기 위해 레이저 빔(302) 위치를 조절하도록 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 롤러의 맵핑은 사용자 인터페이스(116)의 메모리에 저장될 수 있다.
레이저 시스템(120a-c) 중 하나 이상을 빠져나가면, 베이스 재료의 웹(104)은 브러싱 스테이션(124) 및 에어 나이프(126)와 같은 하나 이상의 세정 스테이션으로 이송될 수 있다. 하나의 적절한 실시예에서, 브러싱 스테이션(124)은 웹 교차 방향(XWD)으로 이동하는 브러시(1000)(도 10 및 도 11)를 포함한다. 브러시(1000)는 강모 홀더(1004)에 의해 유지되는 강모 세트(1002)를 포함한다. 브러시(1000)는 강모(1002)가 베이스 재료의 웹(104) 표면과 섬세하게 접촉하여 그 표면으로부터 임의의 부스러기를 제거하거나 치우도록 구성된다. 베이스 재료의 웹(104) 표면에 대한 강모(1002)의 접촉 압력은 개별 전극 패턴(800)을 파손, 파열하거나 달리 결함을 유발하지 않고 개별 전극 패턴(800)을 베이스 재료의 웹(104)에 부착된 상태로 유지하기에 충분히 낮아야 한다. 일 실시예에서, 강모(1002)와 베이스 재료의 웹(104) 표면 사이의 수직력은 0 내지 2 lbs, 예컨대 0.1 lbs, 0.2 lbs, 0.3 lbs, 0.4 lbs, 0.5 lbs, 0.6 lbs, 0.7 lbs, 0.8 lbs, 0.9 lbs, 1.0 lbs, 1.1 lbs, 1.2 lbs, 1.3 lbs, 1.4 lbs, 1.5 lbs, 1.6 lbs, 1.7 lbs, 1.8 lbs, 1.9 lbs 또는 2.0 lbs이다. 다른 실시예에서, 수직력은 2.0 lbs보다 클 수 있다.
일 실시예에서, 강모(1002)의 길이는 ¾ 인치(19.05 mm)이다. 일 실시예에서, 강모(1002)는 강모 홀더(1004) 내에 약 1/8인치만큼 삽입되거나 클램핑된다. 강모(1002)의 직경은 0.003 인치(0.076 mm) 내지 0.010 인치(0.254 mm), 예컨대 0.003 인치(0.076 mm), 0.004 인치(0.101 mm), 0.005 인치(0.127 mm), 0.006 인치(0.152 mm), 0.007 인치(0.177 mm), 0.008 인치(0.203 mm), 0.009 인치(0.228 mm) 및 0.010 인치(0.254 mm)일 수 있다. 하나의 적절한 실시예에서, 강모(1002)는 나일론 강모이다. 그러나, 다른 실시예에서, 강모(1002)는 브러시(1000)가 본 명세서에 설명된 바와 같이 기능하게 하는 임의의 다른 천연 또는 합성 재료일 수 있다.
도 10 및 도 11을 추가로 참조하면, 하나의 적절한 실시예에서, 웹 교차 방향(XWD)으로 브러시(1000)의 이동을 실행하기 위해, 브러시(1000)는 베어링, 부싱 등과 같은 회전 가능한 커플링(1008)을 통해 크랭크 아암(1006)에 연결된다. 크랭크 아암(1006)은 제2 회전 가능 커플링(1012)을 통해 구동 휠(1010)에 회전 가능하게 결합된다. 제2 회전 가능한 커플링(1012)은 구동 휠(1010)의 중심에서 벗어난 위치에 결합되어, 크랭크 아암(1006)은 웹 교차 방향(XWD)에서 전후 움직임으로 브러시(1000)를 진동시킨다. 구동 휠(1010)은 모터(1014)에 결합되어 구동 휠(1010)의 회전을 실행한다. 위치 센서(1016)는 구동 휠(1010)에 결합된 브러시 위치 마커(1018)의 위치를 감지한다. 따라서, 위치 센서(1016)는 구동 휠(1010)의 위상(예를 들어, 각도 위치) 및 시간당 회전을 측정할 수 있다. 일 실시예에서, 구동 휠(1010)은 분당 0 내지 300 회전("rpm")(예를 들어, 브러시(1000)의 분당 0 내지 300 스트로크) 범위 내에 있도록, 예컨대 0 rpm, 25 rpm, 50 rpm, 75 rpm, 100 rpm, 125 rpm, 150 rpm, 175 rpm, 200 rpm, 225 rpm, 250 rpm, 275 rpm 및 300 rpm이 되도록 제어된다. 다른 실시예에서, 구동 휠(1010)의 rpm은 300 rpm보다 클 수 있다. 구동 휠(1010)의 일정한 rpm은 구동 휠(1010)에 대한 크랭크 아암(1006) 연결로 인해 브러시(1000)의 정현파 속도 변동을 야기할 것이라는 점에 유의한다.
하나의 적절한 실시예에서, 제2 브러시(도시되지 않음)는 베이스 재료의 웹(104)의 대향 표면과 접촉하는 위치에 위치된다. 이 실시예에서, 제1 브러시(1000)와 실질적으로 동일할 수 있는 제2 브러시는 제1 브러시와 반대 방향으로, 적절하게는 제1 브러시와 180도 위상차로 이동하도록 구성된다. 제1 브러시 및 제2 브러시의 위상은 위치 센서(1016), 및 제2 브러시의 등가 위치 센서를 통해 결정될 수 있다. 이 실시예에서, 제1 브러시(1000)의 강모(1002)와 제2 브러시의 접촉 압력은 함께 개별 전극 패턴(800)을 파손, 파열하거나 달리 결함을 유발하지 않고 개별 전극 패턴(800)을 베이스 재료의 웹(104)에 부착된 상태로 유지하기에 충분히 낮아야 한다.
일 실시예에서, 브러시(1000)는 웹 교차 방향(XWD)에서 베이스 재료의 웹(104)의 폭보다 웹 교차 방향(XWD)에서 더 넓은 브러시 폭(1022)을 갖는다. 예를 들어, 일 실시예에서, 브러시 폭(1022)은, 브러시(1000)가 웹 교차 방향(XWD)으로 진동함에 따라, 강모(1002)가 브러시(1000)의 전체 움직임 범위에 걸쳐 베이스 재료의 웹(104)의 표면의 전체 폭과 접촉을 유지하기에 충분한 폭으로 된다. 브러시(1000)의 진동 속도 및 베이스 재료의 웹(104) 표면에 대해 강모(1002)에 의해 인가되는 압력은 사용자 인터페이스(116)를 사용하여 사용자에 의해 제어될 수 있다.
브러싱 스테이션(124)은 베이스 재료의 웹(104)의 하나 이상의 표면으로부터 브러싱된 부스러기를 배출하기 위해 브러시 스테이션 오리피스(1020)를 통해 진공을 생성하도록 구성된 진공 시스템을 구비할 수 있다. 이 실시예에서, 부스러기는 베이스 재료의 웹(104)으로부터 브러싱되어 떨어지거나, 브러시 스테이션 오리피스(1020)를 통해 흡입될 수 있다. 브러시 스테이션 오리피스(1020)는 원형인 것으로 예시되어 있지만, 브러싱 스테이션(124)이 본 명세서에 설명된 바와 같이 기능하게 하는 임의의 형상일 수 있다. 또한, 브러시 스테이션 오리피스(1020)의 상부 에지는 챔퍼링될 수 있고, 및/또는 베이스 재료의 웹(104)의 에지가 걸리지 않고 베이스 재료의 웹(104)이 그 위를 더 쉽게 통과하게 하는 위치에서 엇갈리게 형성될 수 있다. 일 실시예에서, 진공 수준은 0 내지 140 인치 H2O, 예컨대 0 in H20, 10 in H20, 20 in H20, 30 in H20, 40 in H20, 50 in H20, 60 in H20, 70 in H20, 80 in H20, 90 in H20, 100 in H20, 110 in H20, 120 in H20, 130 in H20, 및 140 in H20이 되도록 제어될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 진공의 유량은 분당 약 0 내지 425 입방피트("cfm"), 예컨대 0 cfm, 25 cfm, 50 cfm, 75 cfm, 100 cfm, 125 cfm, 150 cfm, 175 cfm, 200 cfm, 225 cfm, 250 cfm, 275 cfm, 300 cfm, 325 cfm, 350 cfm, 375 cfm, 400 cfm 및 425 cfm가 되도록 제어된다. 다른 실시예에서, 진공 수준 및 유량은 각각 140 in H2O 및 425 cfm보다 클 수 있다. 진공 수준 및 유량은, 베이스 재료의 웹(104)과 이송 시스템 구성요소 사이에 불필요한 마찰을 생성하지 않고 부스러기가 베이스 재료의 웹(104)으로부터 멀어지게 당겨지는 범위 내에 있도록 제어된다. 이러한 진공 수준 및 유량은, 몇몇 실시예에서, 진공을 사용하는 시스템의 모든 다른 구성요소에 적용 가능하다.
다른 적절한 실시예에서, 제1 브러시 및 제2 브러시 중 하나 이상은 브러시가 전극 재료의 웹(802)에 인가하는 압력을 측정하거나 모니터링하는 부하 센서를 포함할 수 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 전극 재료의 웹(802)은, 개별 전극 패턴(800)의 집합체가 웹에 형성되도록 본 명세서에 설명된 바와 같이 가공된 후의 웹을 지칭한다. 이 실시예에서, 제1 브러시 및 제2 브러시는 브러시 강모 마모 또는 전극 두께 또는 표면 거칠기의 변동에 기초하여 전극 재료의 웹(802)에 균일한 브러싱 압력을 유지하기 위해 사용자 인터페이스(116)를 통해 제어될 수 있다.
다른 적절한 실시예에서, 제1 브러시 및 제2 브러시 중 하나 이상은, 전극 재료의 웹(802)의 속도 비율과 실질적으로 동등한 속도 비율로 웹 다운 방향(WD)에서 적어도 부분적으로 이동하고, 따라서 웹 다운 방향(WD)에서 브러시(1000)와 전극 재료의 웹(802) 사이의 속도 차이를 실질적으로 0으로 유지하도록 구성된다.
또 다른 적절한 실시예에서, 브러싱 스테이션(124)은 제1 브러시 및 제2 브러시의 위상을 결정하기 위해 위치 센서(1016)를 구비할 수 있다. 하나의 이러한 실시예에서, 위치 센서(1016)는 제1 브러시 및 제2 브러시의 브러시 위치 마커(1018)의 위치를 측정할 수 있다. 이 실시예에서, 위치 센서(1016)는 제1 브러시와 제2 브러시가 미리 결정된 위상차의 범위 내에, 예컨대 180도 위상차, 90도 위상차 또는 0도 위상차 또는 생산 시스템(100)이 본 명세서에 설명된 바와 같이 기능하게 하는 임의의 다른 적절한 위상차에 있는 지를 결정한다. 본 명세서에 사용될 때, 브러시의 "위상"은 2개의 별개의 브러시의 강모가 "동위상"일 때 정렬되도록 하는 브러시의 각도 위치를 지칭한다.
또 다른 실시예에서, 초음파 트랜스듀서(도시되지 않음)는 초음파 진동을 제1 및 제2 브러시 중 하나 이상에 부여하여 전극 재료의 웹(802)으로부터 부스러기 제거를 용이하게 하도록 구성될 수 있다.
도 2를 더 참조하면, 하나의 적절한 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 에어 나이프(126)를 통해 이송된다. 본 명세서에 사용될 때, 에어 나이프라는 용어는 베이스 재료의 웹(104)에 송풍되는 고압 공기를 사용하는 디바이스를 지칭한다. 고압 공기는 베이스 재료의 웹(104)의 표면과 접촉하고 이 표면으로부터 부스러기를 제거한다. 에어 나이프(126)는 개별 전극 패턴(800)을 파손, 파열하거나 달리 결함을 유발하지 않고 개별 전극 패턴(800)을 베이스 재료의 웹(104)에 부착된 상태로 유지하도록 하는 압력/속도로 공기를 공급하도록 제어된다. 다른 실시예에서, 에어 나이프(126)와 유사한 제2 에어 나이프(도시되지 않음)는 베이스 재료의 웹(104)의 대향 표면에 공기를 송풍하여 표면으로부터 부스러기를 제거하도록 구성된다. 이 실시예에서, 제2 에어 나이프는 제1 에어 나이프(126)와 동일한 방향으로, 또는 제1 에어 나이프(126)와 반대 방향으로, 또는 에어 나이프(126)가 본 명세서에 설명된 바와 같이 기능하게 하는 임의의 다른 방향으로 공기를 송풍할 수 있다. 일 실시예에서, 에어 나이프(126) 스테이션은 에어 나이프(126)에 의해 제거된 부스러기의 제거를 용이하게 하는 진공을 구비한다.
도 8을 참조하면, 레이저 시스템(120a-c)에 의해 가공되고 브러싱 스테이션(124) 및 에어 나이프(126)에 의해 세정된 후, 베이스 재료의 웹(104)은 베이스 재료의 웹(104) 내에 복수의 개별 전극 패턴(800)을 함유하는 웹(집합적으로, 전극 재료의 웹(802))으로서 세정 스테이션을 빠져나간다.
도 2, 도 8 및 도 12를 추가로 참조하면, 일 실시예에서, 전극 재료의 웹(802)은 검사 스테이션(128)을 통과한다. 검사 스테이션(128)은 전극 재료의 웹(802)을 분석하고 웹 상의 결함을 식별하도록 구성된 디바이스이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 검사 스테이션(128)은 전극 재료의 웹(802) 상의 개별 전극 패턴(800)을 분석하도록 구성된 디지털 3-D 카메라와 같은 디지털 카메라일 수 있는 카메라(1200)를 포함하는 육안 검사 디바이스이다. 일 실시예에서, 카메라(1200)는 48 메가픽셀 감도를 갖는 CMOS를 포함하는 디지털 광 카메라이다. 카메라(1200)는 넓은 시야 렌즈일 수 있는 렌즈(1202)에 광학적으로 결합된다. 일 실시예에서, 렌즈(1202)는 텔레센트릭 렌즈이다. 렌즈(1202)는, 일 실시예에서, 렌즈(1202)의 초점을 제어하기 위해 수직 방향(V)으로 조절 가능할 수 있는 렌즈 장착부(1204)에 의해 제자리에 유지된다. 렌즈(1202)는 검사판(1206)을 통과할 때 전극 재료의 웹(802)에 포커싱하도록 조준된다. 일 실시예에서, 검사판(1206)은 백라이트를 생성하기 위해 검사판(1206) 내에 수용된 광원(도시되지 않음)으로부터의 광이 검사판을 통해 비추게 하는 투명 또는 반투명 상단(1208)을 포함한다. 하나의 적절한 실시예에서, 광의 강도 및/또는 색상은 사용자 인터페이스(116)를 통해 제어될 수 있다. 일 실시예에서, 상류 광 및 하류 광과 같은 하나 이상의 추가 광원이 검사 스테이션(128) 내에 있는 동안 전극 재료의 웹(802)을 조명한다. 몇몇 실시예에서, 각각의 광원은 강도 및 색상에 대해 독립적으로 제어 가능하다. 일 실시예에서, 백라이트는 확산 저각 링 라이트를 포함한다. 전극 재료의 웹(802)은 전극 재료의 웹(802)의 트랙터 구멍(612)과 맞물리도록 구성된 기어 휠(1210)에 의해 검사판(1206) 위에 고정되고 이송될 수 있다. 그렇게 함으로써, 전극 재료의 웹(802)은 전극 재료의 웹(802)의 말림을 실질적으로 제거하기 위해 검사 플레이트(1206)에 대해 견고하게 유지된다. 검사판 선단 에지(1214) 및 검사판 후단 에지(1216) 각각은 (예를 들어, 각도(α)와 유사한 각도로) 챔퍼링되어 전극 재료의 웹(802)이 걸림 없이 매끄럽게 통과하게 할 수 있다.
도 12를 계속 참조하면, 일 실시예에서, 검사 스테이션(128)은 기점 피처(602), 길이방향 에지 절단부(600), 또는 검사 스테이션(128)이 본 명세서에 설명된 바와 같이 기능하게 하는 임의의 다른 피처와 같은 전극 재료의 웹(802)의 미리 결정된 피처를 검출하는 트리거 센서(1212)를 포함한다. 미리 결정된 피처의 검출 시, 트리거 센서(1212)는 신호를 카메라(1200)에 직접 또는 사용자 인터페이스(116)를 통해 간접적으로 전송하여, 카메라(1200)가 전극 재료의 웹(802)의 전극을 이미징하도록 트리거한다. 전극을 이미징할 때, 카메라(1200)는 전극의 높이, 레이저 시스템(120a-120c)(도 2) 중 하나에 의해 절단된 피처의 크기 또는 형상, 전극들 사이의 피치(거리), 또는 검사 스테이션(128)이 본 명세서에 설명된 바와 같이 기능하게 하는 임의의 다른 피처와 같은 하나 이상의 메트릭을 검출하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 하나의 적절한 실시예에서, 검사 스테이션(128)은, 절제부(404)(도 4), 길이방향 에지 절단부(600), 기점 피처(602), 트랙터 구멍(612), 개별 전극 패턴(800) 사이의 피치, 트랙터 구멍(612)의 웹 교차 및 웹 방향에서의 오프셋, 및 제1 및 제2 천공(608, 610)(도 6)이 크기, 형상, 배치 및 배향의 미리 정해진 공차 내에 있는 지를 검출한다. 하나의 적절한 실시예에서, 사용자는 사용자 인터페이스(116)를 사용하여 어느 피처를 검사할 지를 제어할 수 있다.
일 실시예에서, 전극 재료의 웹(802)은 검사 스테이션(128)에 의한, 예컨대 균형 잡힌 진공 또는 유체(예를 들어, 공기) 유동을 전극 재료의 웹(802)의 대향 측면 위로 인가하는 것의 사용에 의한 분석 동안 실질적으로 평탄하게 유지된다. 이 실시예에서, 검사 동안 전극 재료의 웹(802)을 평탄하게 함으로써, 전극 재료의 웹(802) 상에서 보다 정밀한 이미징 및 분석이 수행될 수 있고, 따라서 더 높은 품질의 오류 및 결함 검출이 가능해진다.
일 실시예에서, 검사 스테이션(128)은 베이스 재료의 웹(104) 및/또는 전극 재료의 웹(802)의 인라인 계측을 제공하도록 구성될 수 있다. 예를 들어, 검사 스테이션(128)은 웹이 웹 다운 방향(WD)으로 이송되는 동안 웹 두께, 개별 전극 패턴(800)의 크기 및 형상 등과 같은 메트릭을 측정하도록 구성될 수 있다. 이들 메트릭은 뷰잉 또는 메모리 저장을 위해 사용자 인터페이스(116)로 송신되거나, 또는 달리 생산 시스템(100)의 생산 파라미터를 조절하는 데 사용될 수 있다.
일 실시예에서, 검사 스테이션(128)이 결함이 전극 재료의 웹(802)(도 8) 상에 존재한다고 결정하는 경우, 결함 마킹 시스템(130)(도 2)은 이러한 결함을 식별하기 위해 전극 재료의 웹(802)을 마킹할 것이다. 결함 마킹 시스템(130)은 레이저 에칭 디바이스, 프린터, 스탬퍼 또는 전극 재료의 웹(802) 상에 결함이 존재하는 것을 나타내는 마크를 배치할 수 있는 임의의 다른 마킹 디바이스일 수 있다. 다른 적절한 실시예에서, 결함 마킹 시스템(130)은 식별 번호(ID) 및 알려진 양호 전극(known good electrode)(KGE) 중 하나 이상으로 전극 재료의 웹(802)을 마킹하도록 제어 가능하여, 전극 재료의 웹(802) 내의 특정 전극의 품질 측정(예컨대, 결함의 수 또는 유형)을 나타내는 A 등급, B 등급, C 등급 등과 같은 등급으로 전극 재료의 웹(802)을 추가로 마킹할 가능성을 허용한다.
베이스 재료의 웹(104)을 전극 재료의 웹(802)으로 가공(기계 가공이라고도 지칭됨)할 때, 전극 재료의 웹(802)은 가공되지 않은(기계 가공되지 않은이라고도 지칭됨) 베이스 재료의 웹(104)과 비교하여 웹 다운 방향(WD)에서 25% 내지 90%의 웹 강도 감소를 갖는다. 도 8a를 참조하면, 전극 재료의 웹(802)의 일부가 도시되어 있다. 이 실시예에서, 전극 재료의 웹(802)은 타이 바아(614)에 의해 분리된 5개의 개별 전극 패턴(800)을 포함하는 전극 클러스터(EC)를 포함한다. 그러나, 다른 실시예에서, 전극 클러스터(EC)는 타이 바아(614) 사이에 하나 이상, 예를 들어 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11, 12, 13, 14, 15, 16, 17, 18, 19, 20개 또는 임의의 다른 수의 개별 전극 패턴(800)을 비롯하여 임의의 수의 개별 전극 패턴(800)을 포함할 수 있음을 이해하여야 한다. 전극 클러스터 폭(WEC)의 거리는 전극 클러스터(EC)의 제1 개별 전극 패턴(800)의 중심 지점과 제2 전극 클러스터(EC)에서 제1 개별 전극 패턴(800)의 중심 지점 사이에서 웹 다운 방향(WD)으로의 거리로서 정의된다.
예시적인 실시예에서, 웹의 웹 교차 스팬(SW)은 웹 교차 방향으로 3X mm이고 웹 다운 방향(WD)으로 각각의 개별 전극 패턴(800)의 폭(WEP)은 X mm이다. 이 실시예에서, 웹 다운 방향(WD)에서 전극 재료의 웹(802)의 웹 강도 감소는 가공되지 않은 베이스 재료의 웹(104)과 비교하여 33%이다. 웹 강도 감소는 폭(WEP)을 웹 교차 스팬(SW)으로 나눈 값으로서 계산된다(즉, X mm/3X mm = 0.33).
또 다른 예시적인 실시예에서, 웹의 웹 교차 스팬(SW)은 웹 교차 방향으로 1.5X mm이고 웹 다운 방향(WD)으로 각각의 개별 전극 패턴(800)의 폭(WEP)은 1.3X mm이다. 이 실시예에서, 웹 다운 방향(WD)에서 전극 재료의 웹(802)의 웹 강도 감소는 가공되지 않은 베이스 재료의 웹(104)과 비교하여 87%이다. 웹 강도의 감소는 WEP/Sw으로서 계산된다(즉, 1.3X/1.5X = 0.87). 웹 다운 방향(WD)에서 전극 재료의 웹(802)의 웹 강도는 적어도 힘 피드백이 있는 전기기계식 또는 유압식 재료 테스터를 사용하여 전극 재료의 웹(802)의 파괴 강도로서 확인되고 측정되며, 인스트론(Instron) 브랜드 테스트 기계와 같은 변위 피드백을 포함할 수 있다.
다른 예시적인 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)과 비교하여 전극 재료의 웹(802)의 웹 교차 방향(XWD)에서 강도 감소가 있다. 제1 예시적인 실시예에서, 전극 클러스터 폭(WEC)은 웹 다운 방향(WD)에서 6X mm이고, 타이 바아(614)의 폭(WTB)은 웹 다운 방향(WD)에서 X mm이며, 개별 전극 패턴(800)의 폭(WEP)은 웹 다운 방향(WD)에서 X mm이고 개별 전극 패턴(800)의 길이(LE)는 웹 교차 방향(XWD)에서 1.7X mm이다. 이 실시예에서, 웹 교차 방향(XWD)에서 전극 재료의 웹(802)의 강도 감소는 가공되지 않은 베이스 재료의 웹(104)과 비교하여 약 77%이다. 또 다른 예시적인 실시예에서, 전극 클러스터 폭(WEC)은 10X mm이고, 타이 바아(614)의 폭(WTB)은 0X mm이며(즉, 타이 바아(614)가 없음), 개별 전극 패턴(800)의 폭(WEP)은 2X mm이고, 개별 전극 패턴(800)의 길이(LE)는 1.7X mm이다. 이 실시예에서, 웹 교차 방향(XWD)에서 전극 재료의 웹(802)의 강도 감소는 가공되지 않은 베이스 재료의 웹(104)과 비교하여 약 92%이다. 웹 교차 방향(XWD)에서 웹 강도는 적어도 힘 피드백이 있는 전기기계식 또는 유압식 재료 테스터를 사용하여 전극 재료의 웹(802)의 파괴 강도로서 확인되고 측정되며, 인스트론 브랜드 테스트 기계와 같은 변위 피드백을 포함할 수 있다.
도 9를 추가로 참조하면, 전극 재료의 웹(802)은 이어서 되감기 롤러(134)로 이송되고, 여기서 간지 재료의 웹(138)과 함께 권취되어 전극 재료의 웹(802)과 간지 재료의 웹(138)의 교번하는 층을 갖는 스풀(900)을 생성한다.
하나의 적절한 실시예에서, 사용자 인터페이스(116)는 생산 시스템(100)이 본 명세서에서 설명된 바와 같이 기능하게 하는 명령을 저장 및 실행하도록 구성된 프로세서 및 메모리를 포함할 수 있다. 사용자 인터페이스(116)는, 사용자가 생산 시스템(100)의 파라미터를 제어하고 조절하게 할 뿐만 아니라 웹 이송 속도, 인장, 결함의 수, 및 생산 시스템(100)이 본 명세서에서 설명된 바와 같이 기능하게 하는 임의의 다른 파라미터와 같은 메트릭을 보게 하는 LCD 또는 LED 디스플레이와 같은 디스플레이 디바이스 및 제어부 또는 가상 제어부의 세트를 더 포함할 수 있다.
사용 시, 도 2를 참조하면, 생산 시스템(100)의 베이스 권출 롤러(102)는 베이스 재료의 웹(104)으로 로딩된다. 베이스 재료의 웹(104)은 베이스 재료의 웹(104) 권출을 용이하게 하기 위해 에지 가이드(106)를 가로질러 통과된다. 이 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 이어서 아이들러(108a) 둘레를 통과하여 스플라이싱 스테이션(110)으로 나아간다. 아이들러(108a)는 베이스 재료의 웹(104)의 적절한 위치 설정 및 인장을 유지하는 것을 용이하게 할 뿐만 아니라 베이스 재료의 웹(104)의 방향을 변경하는 데 사용된다. 아이들러(108a)는 수직 방향으로 베이스 재료의 웹(104)을 수용하고, 베이스 재료의 웹(104)은, 베이스 재료의 웹(104)이 아이들러(108a)를 입력 방향으로부터 실질적으로 90도인 출력 방향으로 떠나도록 아이들러(108a) 둘레에 부분적으로 랩핑된다. 그러나, 입력 및 출력 방향은 본 개시내용의 범위를 벗어나지 않고 변경될 수 있음을 이해하여야 한다. 몇몇 실시예에서, 생산 시스템(100)은 베이스 재료의 웹(104)이 생산 시스템(100)을 통해 이송될 때 1회 이상 웹의 방향을 변경하기 위해 다수의 아이들러(108a-108x)를 사용할 수 있다. 이 실시예에서, 사용자는, 예를 들어 도 2에 도시된 바와 같이, 아이들러(108a-108x)를 통해 베이스 재료의 웹(104)을 권출한다.
일 실시예에서, 스플라이싱 스테이션(110)은 2개의 별개의 웹을 함께 스플라이싱하는 데 사용된다. 이 실시예에서, 베이스 재료의 제1 웹(104)은, 베이스 재료의 제1 웹(104)의 후단 에지(도시되지 않음)가 스플라이싱 스테이션(110) 내에서 정지되고, 베이스 재료의 제2 웹(104)의 선단 에지(도시되지 않음)가 스플라이싱 스테이션(110)으로 권출되며 그에 따라 제1 웹의 후단 에지와 제2 웹의 선단 에지가 서로 인접하게 되도록, 권출된다. 그 후, 사용자는 접착 테이프, 접착제, 또는 다른 적절한 접착제와 같은 접착제를 적용하여 제2 웹의 선단 에지를 제1 웹의 후단 에지에 결합하여 2개의 웹 사이에 시임을 형성하고 베이스 재료의 연속 웹(104)을 생성할 수 있다. 이러한 프로세스는 사용자에 의해 좌우되는 바와 같이 베이스 재료의 수많은 웹(104)에 대해 반복될 수 있다.
하나의 적절한 실시예에서, 스플라이싱 스테이션(110)을 빠져나갈 때, 베이스 재료의 웹(104)은 닙 롤러(112)를 향해 웹 다운 방향(WD)으로 이송된다. 닙 롤러(112)는 베이스 재료의 웹(104)이 생산 시스템(100)을 통해 이송되는 속도를 조절/유지하기 위해 사용자 인터페이스(116)를 통해 제어된다. 베이스 재료의 웹(104)은, 베이스 재료의 웹(104)을 이동시키기 위해 롤러의 마찰을 허용하기에 충분한 압력이지만 베이스 재료의 웹(104)에 대한 임의의 상당한 변형 또는 손상을 피하기에 충분히 낮은 압력으로 닙 롤러(112)의 2개의 인접한 롤러(114) 각각에 대해 가압된다.
일 실시예에서, 사용 동안, 베이스 재료의 웹(104)의 속도는 사용자 인터페이스(116)를 통해 닙 롤러(112)의 고마찰 롤러의 회전 속도를 제어함으로써 제어된다. 다른 실시예에서, 생산 시스템(100)은, 베이스 재료의 웹(104)의 속도 제어를 용이하게 하기 위해 하나 이상의 추가 닙 롤러(122, 132)를 포함할 수 있으며, 베이스 재료의 웹(104)은 이 롤러를 통해 이송된다. 이 실시예에서, 추가 닙 롤러(122, 132)의 속도는 사용자 인터페이스(116)를 통해 제어될 수 있다. 사용 시, 다수의 닙 롤러(112, 122, 132)가 사용될 때, 각각의 닙 롤러(112, 122, 132)의 각각의 속도는 사용자 인터페이스(116)를 통해 필요에 따라 동일한 속도 또는 상이한 속도로 설정될 수 있고, 그에 따라 베이스 재료의 웹(104)은 생산 시스템(100)을 통해 원활하게 이송된다.
사용 시, 일 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 댄서(118)를 통해 권출된다. 이 실시예에서, 댄서(118)의 한 쌍의 롤러는 베이스 재료의 웹(104) 상의 인장을 수동적으로 조절하기 위해 그 중심축을 중심으로 회전한다.
도 2를 추가로 참조하면, 사용 시, 베이스 재료의 웹(104)은 하나 이상의 레이저 시스템(120a, 120b, 120c)을 통해 이송된다. 도 2에 도시된 실시예는 3개의 레이저 시스템(120a-c)을 포함하지만, 생산 시스템(100)이 본 명세서에서 설명된 바와 같이 기능하게 하기 위해 임의의 수의 레이저 시스템(120)이 사용될 수 있음을 이해하여야 한다.
생산 시스템(100)의 사용은 도 2 내지 도 6을 추가로 참조하여 더 설명된다. 베이스 재료의 웹(104)은 웹 다운 방향(WD)으로 레이저 시스템(120a-c)을 통해 이송된다. 일 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 아직 절제되거나 절단되지 않은 제1 조건(400)에서 레이저 시스템(120a)으로 이송된다. 베이스 재료의 웹(104)은 척(306) 위로, 따라서 복수의 진공 구멍(406) 위로 이송된다. 진공 구멍(406)은 진공(308)과 유체 연결되어 있고, 진공(308)은 사용자 인터페이스(116)를 통해 제어되어 진공 구멍(406) 위를 통과하는 베이스 재료의 웹(104)에 진공 압력을 도출한다. 진공 압력은 베이스 재료의 웹(104)이 척(306)을 가로질러 이송될 때 실질적으로 평탄한/평면형 상태로 유지하도록 제어된다. 사용의 일 실시예에서, 진공 구멍(406)을 통한 진공 압력은, 베이스 재료의 웹(104)이 가공되는 동안 척(306)을 가로질러 실질적으로 평탄하게 유지되고 들리거나 좌굴되지 않는 것을 보장하기 위해, 사용자 인터페이스(116)를 통해 실시간으로 모니터링되고 조절된다.
도 4를 참조하면, 베이스 재료의 웹(104)은 척(306)의 개구(410) 위로, 또한 하류 에지(414) 상의 모따기부(416) 위로 이송된다. 이 실시예에서, 모따기부(416)는 베이스 재료의 웹(104)이 하류 에지(414)에 포획되거나 걸리지 않고 베이스 재료의 웹(104)이 하류 에지(414) 위를 통과하는 것을 용이하게 한다.
도 3 내지 도 5를 추가로 참조하면, 사용의 일 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 레이저 빔(302)(도 3)에 의해 절제되어 베이스 재료의 웹(104)에 절제부(404)(도 4)를 생성한다. 일 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 애노드 재료(502)이고, 절제부(404)는 애노드 활성 재료 층(508)을 제거하여 애노드 집전체 층(506)을 노출시킨다(도 5). 다른 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 캐소드 재료(504)이고, 절제부(404)는 캐소드 활성 재료 층(512)을 제거하여 캐소드 집전체 층(510)을 노출시킨다.
사용 동안, 베이스 재료의 웹(104)에 절제부(404)를 만들기 위해 레이저 시스템(120a)을 사용할 때, 레이저 빔(302)의 출력은 사용자 인터페이스(116)를 통해 코팅 층을 실질적으로 완전히 또는 완전히 제거할 수 있지만 집전체 층을 손상시키거나 절단하지 않는 수준으로 제어된다. 사용 시, 레이저 빔(302)은, 예를 들어 사용자 인터페이스(116)를 통해 제어되어 베이스 재료의 웹(104)이 움직이고 웹 다운 방향(WD)으로 이송되는 동안 절제부(404)를 생성한다. 레이저 빔(302)은, 절제부(404)가 도 5에 가장 잘 도시된 바와 같이 베이스 재료의 웹(104)의 각각의 외측 면에 생성되도록 제어된다. 사용의 일 실시예에서, 절제부(404)를 만든 후, 레이저 시스템(120a)은 본 명세서에서 추가로 설명되는 바와 같이 베이스 재료의 웹(104)에서 기점 피처(602)를 절단하도록 제어된다. 몇몇 실시예에서, 다수의 레이저는 각각 하나 이상의 절제부(404)를 생성하여 생산 시스템(100)의 처리량을 증가시키기 위해 베이스 재료의 웹(104)의 일부를 각각 절제하는 데 사용된다.
도 2, 도 3 및 도 4를 추가로 참조하면, 생산 시스템(100)의 또 다른 사용 스테이지에서, 베이스 재료의 웹(104)은 레이저 시스템(120a)의 절단 영역(408)을 향해 웹 다운 방향(WD)으로 이송된다. 이 실시예에서, 개구(410)는 진공(308)과 유체 연통하고, 진공(308)은 개구(410) 위를 통과할 때 베이스 재료의 웹(104) 상에 진공 압력을 도출하도록 제어된다. 다른 실시예에서, 제2 진공은 척(306) 반대쪽의 베이스 재료의 웹(104) 상의 압력을 균등화하도록 제어된다. 이 실시예에서, 압력 균등화는, 베이스 재료의 웹(104) 상의 레이저 빔(302)의 초점을 용이하게 하기 위해, 베이스 재료의 웹(104)을 개구(410) 위를 통과할 때 실질적으로 평탄한/평면형 상태로 그리고 일정한 높이로 유지하도록 모니터링되고 제어된다.
사용의 일 실시예에서, 레이저 시스템(120a)은 베이스 재료의 웹(104)이 개구(410) 위에 있는 동안 베이스 재료의 웹(104)에서 하나 이상의 패턴을 절단하도록 제어된다. 도 6을 참조하면, 레이저 시스템(120)은 웹 교차 방향(XWD)으로 전극의 길이방향 에지를 정의하기 위해 하나 이상의 길이방향 에지 절단부(600)를 절단하도록 제어된다. 길이방향 에지 절단부(600)는 베이스 재료의 웹(104)이 웹 다운 방향(WD)으로 이송되는 동안 웹 교차 방향(XWD)으로 베이스 재료의 웹(104)을 절단함으로써 레이저 빔(302)을 사용하여 절단된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 레이저 빔(302)의 경로 움직임은 웹 다운 방향(WD)으로 베이스 재료의 웹(104)의 움직임과 제어 및/또는 동기화된다. 따라서, 레이저 빔(302)의 경로는 웹 다운 방향(WD)에 대해 일정 각도로 이동하여, 웹 다운 방향(WD)으로의 베이스 재료의 웹(104)의 이동을 고려한다. 이 실시예에서, 레이저 빔(302)의 경로에 보상 인자가 적용되어 베이스 재료의 웹(104)이 웹 다운 방향(WD)으로 계속 이동하는 동안 웹 교차 방향(XWD)으로 절단이 이루어지도록 한다. 이 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)이 웹 다운 방향(WD)으로 이동함에 따라, 레이저 빔(302)은 초기 절단 위치(604)에서 베이스 재료의 웹(104) 상으로 투영된 다음, 길이방향 에지 절단부(600)를 생성하기 위해 말단 절단 위치(606)에 도달할 때까지 웹 교차 방향(XWD) 및 웹 다운 방향(WD) 모두로 이동하도록 제어된다. 레이저 빔(302)이 이동하도록 제어되는 각도는 웹 다운 방향(WD)에서 베이스 재료의 웹(104)의 속도에 기초하여 달라진다는 것을 이해하여야 한다. 다른 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 레이저 가공 작업 동안 일시적으로 정지되고, 이와 같이, 레이저 빔(302)의 경로는 베이스 재료의 웹(104)의 이동 움직임을 고려할 필요가 없다. 이러한 실시예는 단계 프로세스, 또는 단계 및 반복 프로세스로 지칭될 수 있다. 레이저 가공 동안, 레이저 시스템(120a-c) 중 하나 이상은 레이저 가공 작업 동안 레이저 빔(302)을 조절 및/또는 정렬하기 위해, 예를 들어 베이스 재료의 웹(104)의 위치 설정에서 가능한 변동을 보상하기 위해 기점 피처(602)와 같은 반복 정렬 피처를 사용한다.
도 6을 추가로 참조하면, 사용의 일 실시예에서, 레이저 시스템(120a)은 베이스 재료의 웹(104)에서 복수의 기점 피처(602)와 같은 반복 정렬 피처 중 하나 이상을 절단하도록 제어된다. 기점 피처(602)는 베이스 재료의 웹(104) 상의 미리 결정된/알려진 위치에서 절단된다. 사용의 일 실시예에서, 기점 피처(602)는 베이스 재료의 웹(104)의 위치 및 이동 속도를 측정하기 위해 육안 검사 디바이스(310, 312) 중 하나 이상에 의해 추적된다. 이어서, 기점 피처(602)의 측정은 웹 다운 방향(WD) 및 웹 교차 방향(XWD) 모두에서 베이스 재료의 웹(104) 상의 패턴의 전후 정렬을 정확하게 유지하는 데 사용된다. 사용의 몇몇 실시예에서, 레이저 시스템(120a)은 복수의 트랙터 구멍(612) 및/또는 기점 피처(602)를 절단한다. 다른 실시예에서, 기점 피처(602)는 레이저 시스템(120a-c) 중 하나 이상이 전술한 바와 같이 위치 설정/정렬을 위해 기점 피처를 사용하도록 베이스 재료의 웹(104)으로 미리 형성되어 있다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 하나의 적절한 사용 실시예에서, 레이저 시스템(120a)은, 베이스 재료의 웹(104)이 웹 다운 방향(WD)으로 움직이고 있을 때, 개별 전극 패턴(800)의 일부로서 베이스 재료의 웹(104)에서 제1 천공(608) 및 제2 천공(610)을 절단하도록 제어된다. 제1 천공(608)은, 베이스 재료의 웹(104)이 척(306)의 개구(410) 위에 위치 설정되는 동안, 레이저 빔(302)을 사용하는 레이저 절단에 의해 형성된다. 제1 천공(608)은 웹 다운 방향(WD)과 정렬된 방향으로 선형 슬릿(예를 들어, 관통 절단부)으로서 형성된다. 중요한 것은, 제1 천공(608)이 전극(WE)의 전체 폭에 걸쳐 연장하지 않도록 절단된다는 것이다. 대신에, 레이저 시스템(120a)은 패턴을 절단하도록 제어되어, 개별 전극 패턴(800)이 베이스 재료의 웹(104)에 연결된 상태로 유지되는 것을 보장하기 위해, 외부 인열 스트립(700)이 제1 천공(608)의 상류 및 하류 에지 모두에 남아 있다.
도 6 및 도 7을 추가로 참조하면, 사용 시, 제2 천공(610)은 제1 천공(608)으로부터 내부에서 (웹 교차 방향(XWD)으로) 절단된다. 이 사용 실시예에서, 제2 천공(610)은 내부 인열 스트립(702)에 의해 분리된 웹 다운 방향(WD)의 슬릿 라인으로 절단된다. 도시된 실시예에서, 제2 천공(610)은 관통 구멍(704)과 교차하도록 절단된다. 예시된 실시예에서, 내부 인열 스트립(702)은 외부 인열 스트립(700) 길이의 적어도 2배로 절단되지만, 생산 시스템(100)이 본 명세서에 설명된 바와 같이 기능하게 하기 위해 상이한 길이로 절단될 수 있다.
사용 시, 도 3, 도 4 및 도 6을 참조하면, 길이방향 에지 절단부(600), 기점 피처(602), 및 척(306)의 개구(410) 위의 제1 및 제2 천공(608, 610)에 대한 레이저 절단으로부터의 부스러기는 개구(410)를 통해 떨어지는 것이 허용되고 진공(308)은 레이저 절단 프로세스 중에 형성된 부스러기를 수집하도록 제어된다.
하나의 적절한 사용 실시예에서, 레이저 시스템(120a)은 제1 절제 스테이션으로서 구성된다. 이 실시예에서, 레이저 시스템(120a)은 베이스 재료의 웹(104)의 제1 표면 상에 전술한 바와 같이 절제부(404)를 형성하도록 제어된다. 레이저 시스템(120a)을 빠져나갈 때, 베이스 재료의 웹(104)은, 베이스 재료의 웹(104)의 제2 표면(제1 표면의 반대쪽)이 레이저 시스템(120b)에 의해 가공하도록 위치 설정되는 방식으로 베이스 재료의 웹(104)을 뒤집기 위해 아이들러(108d) 위로 이송된다. 이 실시예에서, 레이저 시스템(120b)은 제2 절제 스테이션으로서 구성되고 기점 피처(602)를 사용하여 웹 다운 방향(WD) 및 웹 교차 방향(XWD)으로 절제부(404)의 정렬을 보장한다. 따라서, 레이저 시스템(120b)은 베이스 재료의 웹(104)의 대향 표면 상에 제2 절제 프로세스를 수행하도록 제어되고, 그에 따라 베이스 재료의 웹(104)의 각각의 표면 상의 절제부(404)가 웹 다운 방향(WD) 및 웹 교차 방향(XWD)으로 정렬된다.
사용의 일 실시예에서, 도 2에 도시된 레이저 시스템(120c)은 레이저 절단 스테이션으로서 구성된다. 이 실시예에서, 레이저 시스템(120c)은 길이방향 에지 절단부(600), 및 제1 및 제2 천공(608, 610)에 대한 레이저 절단을 수행하도록 제어된다.
도 2, 도 10 및 도 11을 추가로 참조하면, 사용의 일 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 레이저 시스템(120a-c) 중 하나 이상을 빠져나간 후 브러싱 스테이션(124) 및 에어 나이프(126)와 같은 하나 이상의 세정 스테이션을 통해 이송된다. 하나의 적절한 사용 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 브러싱 스테이션(124)을 통해 이송되고, 강모(1002)는 베이스 재료의 웹(104)의 표면과 섬세하게 접촉하여 그 표면으로부터 임의의 부스러기를 제거하거나 치우도록 제어된다. 베이스 재료의 웹(104) 표면에 대한 강모(1002)의 접촉 압력은 개별 전극 패턴(800)을 파손, 파열하거나 달리 결함을 유발하지 않고 개별 전극 패턴(800)을 베이스 재료의 웹(104)에 부착된 상태로 유지하기에 충분히 낮도록 제어된다.
도 10 및 도 11을 추가로 참조하면, 하나의 적절한 사용 실시예에서, 브러시(1000)는 구동 휠(1010)의 회전을 실행하도록 모터(1014)를 제어함으로써 웹 교차 방향(XWD)으로 이동하도록 제어된다. 위치 센서(1016)는 브러시 위치 마커(1018)의 위치를 감지하여 구동 휠(1010)의 위상(예를 들어, 각도 위치) 및 시간당 회전을 측정하도록 제어된다.
하나의 적절한 사용 실시예에서, 제2 브러시(도시되지 않음)는 베이스 재료의 웹(104)의 대향 표면과 접촉하도록 제어된다. 이 실시예에서, 제1 브러시(1000)와 실질적으로 동일할 수 있는 제2 브러시는 제1 브러시(1000)와 반대 방향으로, 적절하게는 제1 브러시(1000)와 180도 위상차로 이동하도록 제어된다. 제1 브러시(1000) 및 제2 브러시의 위상은 위치 센서(1016), 및 제2 브러시의 등가 위치 센서를 통해 모니터링될 수 있다. 이 실시예에서, 제1 브러시(1000)의 강모(1002)와 제2 브러시의 접촉 압력은 함께 개별 전극 패턴(800)을 파손, 파열하거나 달리 결함을 유발하지 않고 개별 전극 패턴(800)을 베이스 재료의 웹(104)에 부착된 상태로 유지하기에 충분히 낮도록 제어된다.
사용 시, 브러시(1000)의 진동 속도 및 베이스 재료의 웹(104) 표면에 대해 강모(1002)에 의해 인가되는 압력은 사용자 인터페이스(116)를 사용하여 사용자에 의해 제어될 수 있다.
사용의 일 실시예에서, 브러싱 스테이션(124)은 진공 시스템을 구비하고 베이스 재료의 웹(104)의 하나 이상의 표면으로부터 브러싱된 부스러기를 배출하기 위해 브러시 스테이션 오리피스(1020)를 통해 진공을 생성하도록 제어된다. 이 실시예에서, 부스러기는 베이스 재료의 웹(104)으로부터 브러싱되어 떨어지거나, 브러시 스테이션 오리피스(1020)를 통해 흡입된다.
다른 적절한 사용 실시예에서, 제1 브러시(1000) 및 제2 브러시 중 하나 이상은 브러시(1000)가 전극 재료의 웹(802)에 인가하는 압력을 결정하기 위해 측정되거나 모니터링되는 부하 센서를 포함한다. 이 실시예에서, 제1 브러시(1000) 및 제2 브러시는 브러시 강모 마모 또는 전극 두께 또는 표면 거칠기의 변동에 기초하여 전극 재료의 웹(802)에 실질적으로 균일한 브러싱 압력을 유지하기 위해 사용자 인터페이스(116)를 통해 제어된다.
다른 적절한 사용 실시예에서, 제1 브러시(1000) 및 제2 브러시 중 하나 이상은, 전극 재료의 웹(802)의 속도 비율과 실질적으로 동등한 속도 비율로 웹 다운 방향(WD)에서 적어도 부분적으로 이동하여, 웹 다운 방향(WD)에서 브러시(1000)와 전극 재료의 웹(802) 사이의 속도 차이를 실질적으로 0으로 유지하도록 제어된다.
또 다른 적절한 사용 실시예에서, 브러싱 스테이션(124)은 제1 브러시(1000) 및 제2 브러시의 위상을 결정하는 위치 센서(1016)를 구비한다. 이 실시예에서, 위치 센서(1016)는 제1 브러시(1000) 및 제2 브러시의 브러시 위치 마커(1018)의 위치를 측정한다. 이 실시예에서, 위치 센서(1016)는 제1 브러시와 제2 브러시가 미리 결정된 위상차의 범위 내에, 예컨대 180도 위상차, 90도 위상차 또는 0도 위상차 또는 생산 시스템(100)이 본 명세서에 설명된 바와 같이 기능하게 하는 임의의 다른 적절한 위상차에 있는 지를 결정하고, 그 수정을 허용하거나 브러시가 적절하게 페이징되지 않음을 사용자 인터페이스(116) 또는 다른 경보 디바이스를 통해 사용자에게 경보를 제공한다
또 다른 사용 실시예에서, 초음파 트랜스듀서(도시되지 않음)는 초음파 진동을 제1 및 제2 브러시 중 하나 이상에 부여하여 전극 재료의 웹(802)으로부터 부스러기 제거를 용이하게 하도록 활성화된다.
도 2를 추가로 참조하면, 하나의 적절한 사용 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 에어 나이프(126)를 통해 이송된다. 이 실시예에서, 고압 공기는 베이스 재료의 웹(104) 표면과 접촉하여 이 표면으로부터 부스러기를 제거하도록 제어된다. 에어 나이프(126)는, 예를 들어 사용자 인터페이스(116)를 통해, 개별 전극 패턴(800)을 파손, 파열하거나 달리 결함을 유발하지 않고 개별 전극 패턴(800)을 베이스 재료의 웹(104)에 부착된 상태로 유지하도록 하는 압력/속도로 공기를 공급하도록 제어된다. 또 다른 실시예에서, 제2 에어 나이프는 베이스 재료의 웹(104)의 대향 표면에 공기를 송풍하여 표면으로부터 부스러기를 제거하도록 제어된다. 이 실시예에서, 제2 에어 나이프는 제1 에어 나이프(126)와 동일한 방향으로, 또는 제1 에어 나이프와 반대 방향으로, 또는 에어 나이프(126)가 본 명세서에 설명된 바와 같이 기능하게 하는 임의의 다른 방향으로 공기를 송풍하도록 제어된다. 또 다른 실시예에서, 에어 나이프(126)는 에어 나이프(126)에 의해 제거된 부스러기의 제거를 용이하게 하도록 제어되는 진공을 구비한다.
도 8을 참조하면, 레이저 시스템(120a-c)에 의해 가공되고 브러싱 스테이션(124) 및 에어 나이프(126)에 의해 세정된 후, 베이스 재료의 웹(104)은 베이스 재료의 웹(104) 내에 복수의 개별 전극 패턴(800)을 함유하는 웹(집합적으로, 전극 재료의 웹(802))으로서 세정 스테이션을 빠져나간다.
도 2, 도 8 및 도 12를 추가로 참조하면, 사용의 일 실시예에서, 전극 재료의 웹(802)은 검사 스테이션(128)을 통해 이송된다. 검사 스테이션(128)은 전극 재료의 웹(802)을 분석하고 웹 상의 결함을 식별하도록 제어된다. 예를 들어, 일 실시예에서, 검사 스테이션(128)은 카메라(1200)를 포함하는 육안 검사 디바이스이다. 렌즈(1202)는 검사판(1206)을 통과할 때 전극 재료의 웹(802)에 포커싱하도록 조준된다. 사용의 일 실시예에서, 검사판(1206)은 검사판(1206) 내에 수용된 광원(도시되지 않음)으로부터의 광이 검사판을 통해 비추게 하는 투명 또는 반투명 상단(1208)을 포함한다. 하나의 적절한 실시예에서, 광의 강도 및/또는 색상은 사용자 인터페이스(116)를 통해 제어된다. 사용의 일 실시예에서, 전극 재료의 웹(802)은 전극 재료의 웹(802)의 트랙터 구멍(612)과 맞물리는 기어 휠(1210)에 의해 검사판(1206) 위로 이송된다. 그렇게 함으로써, 전극 재료의 웹(802)은 전극 재료의 웹(802)의 말림을 실질적으로 제거하기 위해 검사 플레이트(1206)에 대해 견고하게 유지된다.
도 12를 추가로 참조하면, 사용의 일 실시예에서, 검사 스테이션(128)은 기점 피처(602), 길이방향 에지 절단부(600), 또는 검사 스테이션(128)이 본 명세서에 설명된 바와 같이 기능하게 하는 임의의 다른 피처와 같은 전극 재료의 웹(802)의 미리 결정된 피처를 검출하도록 제어되는 트리거 센서(1212)를 포함한다. 미리 결정된 피처의 검출 시, 트리거 센서(1212)는 신호를 카메라(1200)에 직접 또는 사용자 인터페이스(116)를 통해 간접적으로 전송하여, 카메라(1200)가 전극 재료의 웹(802)의 전극을 이미징하도록 트리거한다. 전극을 이미징할 때, 카메라(1200)는 전극의 높이, 레이저 시스템(120a-120c)(도 2) 중 하나에 의해 절단된 피처의 크기 또는 형상, 전극들 사이의 피치(거리), 또는 검사 스테이션(128)이 본 명세서에 설명된 바와 같이 기능하게 하는 임의의 다른 피처와 같은 하나 이상의 메트릭을 검출하도록 제어된다. 예를 들어, 하나의 적절한 실시예에서, 검사 스테이션(128)은 절제부(404)(도 4), 길이방향 에지 절단부(600), 기점 피처(602), 및 제1 및 제2 천공(608, 610)(도 6), 개별 전극 구조 웹 교차 방향(XWD) 치수, 개별 전극 구조 웹 다운 방향(WD) 치수, 개별 전극 활성 영역 오프셋, 및 전극 재료의 웹(802)의 임의의 다른 절제 또는 절단이 크기, 형상, 배치, 기계 교차 방향 피치, 기계 방향 피치, 및 배향의 미리 정해진 공차 내에 있는 지를 검출하고, 이 정보를 사용자 인터페이스(116)를 통해 사용자에게 제공하도록 제어된다. 하나의 적절한 실시예에서, 사용자는 사용자 인터페이스(116)를 사용하여 어느 피처를 검사할 지를 제어할 수 있다. 또 다른 실시예에서, 검사 스테이션(128)은 전극 재료의 웹(802)의 하나 이상의 전극 구조에 대한 클러스터 식별 코드를 검출할 수 있다.
사용의 일 실시예에서, 검사 스테이션(128)은 베이스 재료의 웹(104) 및/또는 전극 재료의 웹(802)의 인라인 계측을 제공하는 데 사용된다. 이 실시예에서, 검사 스테이션(128)은 웹이 웹 다운 방향(WD)으로 이송되는 동안 웹 두께, 개별 전극 패턴(800)의 크기 및 형상 등과 같은 메트릭을 측정하도록 제어된다. 이들 메트릭은 뷰잉 또는 메모리 저장을 위해 사용자 인터페이스(116)로 송신되거나, 또는 달리 생산 시스템(100)의 생산 파라미터를 조절하는 데 사용된다.
사용의 일 실시예에서, 검사 스테이션(128)이 결함이 전극 재료의 웹(802) 상에 존재한다고 결정하면(도 8), 결함 마킹 시스템(130)(도 2)은 전극 재료의 웹(802)을 마킹하고 레이저 에칭 디바이스, 프린터, 스탬퍼 또는 전극 재료의 웹(802) 상에 결함이 존재함을 나타내는 마크를 배치할 수 있는 임의의 다른 마킹 디바이스를 사용하여 이러한 결함을 식별하도록 제어된다. 다른 적절한 사용 실시예에서, 결함 마킹 시스템(130)은 식별 번호(ID) 및 알려진 양호 전극(KGE) 중 하나 이상으로 전극 재료의 웹(802)을 마킹하도록 제어되어, 전극 재료의 웹(802) 내의 특정 개별 전극 패턴(800)의 품질 측정(예컨대, 결함의 수 또는 유형)을 나타내는 A 등급, B 등급, C 등급 등과 같은 등급으로 전극 재료의 웹(802)을 추가로 마킹할 가능성을 허용한다.
도 9를 추가로 참조하면, 전극 재료의 웹(802)은 이어서 되감기 롤러(134)로 이송되고, 여기서 간지 재료의 웹(138)과 함께 권취되어 전극 재료의 웹(802)과 간지 재료의 웹(138)의 교번하는 층을 갖는 스풀(900)을 생성한다.
하나의 적절한 사용 실시예에서, 전극 재료의 웹(802)은 간지 재료의 웹(138)과 함께 되감기 롤러(134)를 통해 되감겨지는데, 간지 재료의 웹은 간지 롤러(136)를 통해 권출되어 간지 재료의 웹(138)에 의해 분리된 전극 재료의 웹(802)의 층을 갖는 전극(140)의 롤을 생성한다. 몇몇 실시예에서, 전극 재료의 웹(802)은 간지 재료의 웹(138) 없이 되감기 롤러(134)를 통해 되감긴다.
사용 일 실시예에서, 베이스 재료의 웹(104)은 각각 애노드 활성 재료 층(508) 또는 캐소드 활성 재료 층(512)의 일 표면 또는 양 표면에 부착된 접착 테이프 층(도시되지 않음)을 갖는다. 이 실시예에서, 사용 시, 접착제 층은 원치 않는 재료 또는 부스러기를 제거하기 위해 절제 및 절단(앞서 설명됨)에 이어 제거된다.
사용의 일 실시예에서, 컨베이어 시스템의 롤러 중 하나 이상은 롤러가 편심을 갖도록 완벽하게 둥글지 않는다. 이러한 실시예에서, 편심 롤러(들)는 반경 대 반경방향 위치를 결정하기 위해 맵핑된다. 그 후, 레이저 시스템(120a-c)은 롤러(들)의 맵핑에 기초하여 편심을 고려하기 위해 레이저 빔(302) 위치를 조절하도록 제어된다.
도 14 내지 도 16을 참조하면, 전극 재료의 웹(802)은 배터리를 생산하는 데 사용된다. 이 실시예에서, 전극 재료(1402, 1404, 1406A 및 1406B)의 개별 스풀은 분리막 재료(1406)에 의해 분리된 캐소드(1402) 및 애노드(1404)의 적어도 하나의 층을 포함하는 교번 구성으로 권출되고 적층된다. 전극 재료(1402, 1404, 1406A 및 1406B)의 스풀은 본 명세서에 설명된 바와 같이 전극 재료의 웹(802)으로서 생산되었음을 이해하여야 한다. 하나의 적절한 실시예에서, 전극 재료(1402, 1404, 1406A 및 1406B)의 스풀은 다층 스택(1500)으로 병합된다. 이 실시예에서, 다층 스택(1500)은 중앙에 있는 애노드 집전체 층(506), 애노드 활성 재료 층(508), 전기 절연성 분리막 재료(500), 캐소드 활성 재료 층(512) 및 캐소드 전류 전도체 층(510)을 적층된 형태로 포함한다. 다층 스택(1500)을 위한 원하는 수의 층을 형성하기 위해 애노드(1404), 분리막(1406), 및 캐소드(1402)의 스풀 층을 교번함으로써 추가적인 적층된 층이 병합될 수 있다. 다층 스택(1500)의 층은 기점 피처(602)(도 16b)를 통해 구동되는 정렬 핀(1600)을 사용하여 정렬된다.
다른 실시예에서, 예를 들어 고상 이차 배터리의 경우, 고상 배터리의 구성요소는, 순서대로, 양극 집전체, 양극 활성 전극 재료, 이온 전도체, 바인더 및 전자 전도체를 포함하는 전극층, 고상 전해질 및 위에서 참조한 미국 특허 제9,553,332호에 설명된 것과 같은 음극 집전체를 포함하는 방식으로 (본 명세서에 설명된 바와 같은 가공 후) 적층될 수 있다.
일 실시예에서, 다층 스택(1500)은 이어서 압력 화살표(P)에 의해 나타낸 방향으로 다층 스택(1500)에 압력을 인가하는 압력 플레이트(1604, 1606)를 갖는 가압 구속재(1602)에 배치된다. 다층 스택(1500)에 인가되는 압력은 압력 플레이트(1604, 1606)에 의해 다층 스택(1500)에 인가되는 압력(P)을 제어하기 위해 사용자 인터페이스(116)를 사용하여 조절 가능할 수 있다. 다층 스택(1500)에 충분한 압력(P)이 인가되면, 정렬 핀(1600)은 제거 방향(R)으로 이동될 수 있고, 이는 제2 천공(610)이 그 길이를 따라 파열되게 하여, 절제부(404)(전극 탭)가 도 16c에 도시된 바와 같이, 다층 스택(1500)의 외부 에지가 되게 한다.
제2 천공(610)이 파열된 후, 다층 스택(1500)은 탭 용접 스테이션으로 진행하여 버스바(1700 및 1702)를 절제부(404)에 용접하여 적층 전지(1704)를 형성한다. 용접 전에, 버스바(1700, 1702)는 각각의 전극의 버스바 개구(1608)를 통해 배치된다. 일 실시예에서, 버스바(1700, 1702)가 버스바 개구(1608)를 통해 배치되면, 절제부(404)는 용접 전에 각각 버스바(1700, 1702)를 향해 아래로 절첩된다. 이 실시예에서, 버스바(1700)는 구리 버스바이고 애노드 집전체 층(506)의 절제부(404)(애노드 탭)에 용접되고, 버스바(1702)는 알루미늄 버스바이고 캐소드 집전체 층(510)의 절제부(404)(캐소드 탭)에 용접된다. 그러나, 다른 실시예에서, 버스바(1700, 1702)는 배터리(1804)가 본 명세서에 설명된 바와 같이 기능하게 하는 임의의 적절한 전도성 재료일 수 있다. 용접은 레이저 용접기, 마찰 용접, 초음파 용접 또는 버스바(1700, 1702)를 절제부(404)에 용접하기 위한 임의의 적절한 용접 방법을 사용하여 이루어질 수 있다. 일 실시예에서, 각각의 버스바(1700 및 1702)는 각각 애노드 및 캐소드에 대한 모든 절제부(404)와 전기 접촉한다.
적층 전지(1704)의 형성 시, 적층 전지(1704)는 패키징 스테이션(1800)으로 진행한다. 패키징 스테이션(1800)에서, 적층 전지(1704)는 다층 알루미늄 폴리머 재료, 플라스틱 등과 같은 절연 패키징 재료로 코팅되어 배터리 패키지(1802)를 형성한다. 일 실시예에서, 배터리 패키지(1802)는 진공을 사용하여 배출되고 개구(도시되지 않음)를 통해 전해질 재료로 채워진다. 절연 패키징 재료는 열 밀봉부, 레이저 용접, 접착제 또는 임의의 적절한 밀봉 방법을 사용하여 적층 전지(1704) 둘레에 밀봉될 수 있다. 버스바(1700, 1702)는 노출된 상태로 유지되고, 배터리 패키지(1802)에 의해 덮이지 않아 사용자가 버스바(1700, 1702)를 전력 공급될 디바이스 또는 배터리 충전기에 연결할 수 있다. 배터리 패키지(1802)가 적층 전지(1704) 상에 배치되면, 완성된 배터리(1804)를 정의한다. 이 실시예에서, 완성된 배터리(1804)는 3-D 리튬 이온형 배터리이다. 다른 실시예에서, 완성된 배터리(1804)는 본 명세서에 설명된 디바이스 및 방법을 사용하여 생산하기에 적절한 임의의 배터리 유형일 수 있다.
일 실시예에서, 애노드 집합체의 각각의 부재는 하단, 상단, 및 길이방향 축(AE)(도 7)을 갖는다. 일 실시예에서, 길이방향 축(AE)은 하단으로부터 상단까지 웹 교차 방향(XWD)으로 연장된다. 대안 실시예에서, 길이방향 축(AE)은 하단으로부터 상단까지 웹 다운 방향(WD)으로 연장된다. 일 실시예에서, 애노드 집합체의 부재는 애노드 재료(502)인 베이스 재료의 웹(104)으로부터 형성된다. 또한, 애노드 집합체의 각각의 부재는 전극의 길이방향 축(AE)을 따라 측정된 길이(LE)(도 6a), 길이방향 축(AE)에 직교하는 방향(예를 들어, 웹 다운 방향(WD))으로 측정된 폭(WE), 및 길이(LE)와 폭(WE)의 각각의 측정 방향에 직교하는 방향으로 측정된 높이(HE)(도 6a)를 갖는다.
애노드 집합체의 부재의 길이(LE)는 에너지 저장 디바이스 및 그 의도된 용도에 따라 달라질 것이다. 그러나, 일반적으로, 애노드 집합체의 부재는 통상적으로 약 5 mm 내지 약 500 mm 범위의 길이(LE)를 가질 것이다. 예를 들어, 이러한 일 실시예에서, 애노드 집합체의 부재는 약 10 mm 내지 약 250 mm의 길이(LE)를 갖는다. 추가의 예로서, 이러한 일 실시예에서, 애노드 집합체의 부재는 약 25 mm 내지 약 100 mm의 길이(LE)를 갖는다.
애노드 집합체의 부재의 폭(WE)도 에너지 저장 디바이스 및 그 의도된 용도에 따라 달라질 것이다. 그러나, 일반적으로, 애노드 집합체의 각각의 부재는 통상적으로 약 0.01 mm 내지 2.5 mm 범위 내의 폭(WE)을 가질 것이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 애노드 집합체의 각각의 부재의 폭(WE)은 약 0.025 mm 내지 약 2 mm 범위일 것이다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, 애노드 집합체의 각각의 부재의 폭(WE)은 약 0.05 mm 내지 약 1 mm 범위일 것이다.
애노드 집합체의 부재의 높이(HE)도 에너지 저장 디바이스 및 그 의도된 용도에 따라 달라질 것이다. 그러나, 일반적으로, 애노드 집합체의 부재는 통상적으로 약 0.05 mm 내지 약 10 mm 범위 내의 높이(HE)를 가질 것이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 애노드 집합체의 각각의 부재의 높이(HE)는 약 0.05 mm 내지 약 5 mm 범위일 것이다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, 애노드 집합체의 각각의 부재의 높이(HE)는 약 0.1 mm 내지 약 1 mm 범위일 것이다. 일 실시예에 따르면, 애노드 집합체의 부재는 제1 높이를 갖는 하나 이상의 제1 전극 부재, 및 제1 높이와 다른 제2 높이를 갖는 하나 이상의 제2 전극 부재를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 하나 이상의 제1 전극 부재 및 하나 이상의 제2 전극 부재에 대한 상이한 높이는 전극 조립체(예를 들어, 다층 스택(1500)(도 15))에 대한 미리 결정된 형상, 예컨대 길이방향 축 및/또는 횡축 중 하나 이상을 따라 상이한 높이를 갖는 전극 조립체 형상을 수용하고, 및/또는 이차 배터리에 미리 결정된 성능 특성을 제공하도록 선택될 수 있다.
일반적으로, 애노드 집합체의 부재는 길이(LE)가 그 각각의 폭(WE) 및 높이(HE)보다 실질적으로 크다. 예를 들어, 일 실시예에서, LE 대 WE 및 HE 각각의 비율은 애노드 집합체의 각각의 부재에 대해 각각 적어도 5:1(즉, LE 대 WE의 비율은 각각 적어도 5:1이고 LE 대 HE의 비율은 각각 적어도 5:1임)이다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, LE 대 WE 및 HE 각각의 비율은 적어도 10:1이다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, LE 대 WE 및 HE 각각의 비율은 적어도 15:1이다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, LE 대 WE 및 HE 각각의 비율은 애노드 집합체의 각각의 부재에 대해 적어도 20:1이다.
일 실시예에서, 애노드 집합체의 부재의 높이(HE) 대 폭(WE)의 비율은 각각 적어도 0.4:1이다. 예를 들어, 일 실시예에서, HE 대 WE의 비율은 애노드 집합체의 각각의 부재에 대해 각각 적어도 2:1일 것이다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, HE 대 WE의 비율은 각각 적어도 10:1일 것이다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, HE 대 WE의 비율은 각각 적어도 20:1일 것이다. 그러나, 통상적으로, HE 대 WE의 비율은 일반적으로 각각 1,000:1 미만일 것이다. 예를 들어, 일 실시예에서, HE 대 WE의 비율은 각각 500:1 미만일 것이다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, HE 대 WE의 비율은 각각 100:1 미만일 것이다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, HE 대 WE의 비율은 각각 10:1 미만일 것이다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, HE 대 WE의 비율은 애노드 집합체의 각각의 부재에 대해 각각 약 2:1 내지 약 100:1 범위일 것이다.
일 실시예에서, 캐소드 집합체의 부재는 캐소드 재료(504)인 베이스 재료의 웹(104)으로부터 형성된다. 이제, 도 6b를 참조하면, 캐소드 집합체의 각각의 부재는 하단, 상단, 및 웹 교차 방향(XWD)으로 그리고 음극 구조 및 양극 구조의 교번 순서가 진행되는 방향에 대체로 수직인 방향으로 하단으로부터 상단까지 연장되는 길이방향 축(ACE)을 갖는다. 추가로, 캐소드 집합체의 각각의 부재는 웹 교차 방향(XWD)에 평행한 길이방향 축(ACE)을 따라 측정된 길이(LCE), 음극 구조 및 양극 구조의 교번 순서가 진행되는 웹 다운 방향(WD)으로 측정된 폭(WCE), 및 길이(LCE) 및 폭(WCE)의 각각의 측정 방향에 수직인 방향으로 측정된 높이(HCE)를 갖는다.
캐소드 집합체의 부재의 길이(LCE)는 에너지 저장 디바이스 및 그 의도된 용도에 따라 달라질 것이다. 그러나, 일반적으로, 캐소드 집합체의 각각의 부재는 통상적으로 약 5 mm 내지 약 500 mm 범위의 길이(LCE)를 가질 것이다. 예를 들어, 이러한 일 실시예에서, 캐소드 집합체의 각각의 부재는 약 10 mm 내지 약 250 mm의 길이(LCE)를 갖는다. 추가의 예로서, 이러한 일 실시예에서, 캐소드 집합체의 각각의 부재는 약 25 mm 내지 약 100 mm의 길이(LCE)를 갖는다.
캐소드 집합체의 부재의 폭(WCE)도 에너지 저장 디바이스 및 그 의도된 용도에 따라 달라질 것이다. 그러나, 일반적으로, 캐소드 집합체의 부재는 통상적으로 약 0.01 mm 내지 2.5 mm 범위 내의 폭(WCE)을 가질 것이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 캐소드 집합체의 각각의 부재의 폭(WCE)은 약 0.025 mm 내지 약 2 mm 범위일 것이다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, 캐소드 집합체의 각각의 부재의 폭(WCE)은 약 0.05 mm 내지 약 1 mm 범위일 것이다.
캐소드 집합체의 부재의 높이(HCE)도 에너지 저장 디바이스 및 그 의도된 용도에 따라 달라질 것이다. 그러나, 일반적으로, 캐소드 집합체의 부재는 통상적으로 약 0.05 mm 내지 약 10 mm 범위 내의 높이(HCE)를 가질 것이다. 예를 들어, 일 실시예에서, 캐소드 집합체의 각각의 부재의 높이(HCE)는 약 0.05 mm 내지 약 5 mm 범위일 것이다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, 캐소드 집합체의 각각의 부재의 높이(HCE)는 약 0.1 mm 내지 약 1 mm 범위일 것이다. 일 실시예에 따르면, 캐소드 집합체의 부재는 제1 높이를 갖는 하나 이상의 제1 캐소드 부재, 및 제1 높이와 다른 제2 높이를 갖는 하나 이상의 제2 캐소드 부재를 포함한다. 또 다른 실시예에서, 하나 이상의 제1 캐소드 부재 및 하나 이상의 제2 캐소드 부재에 대한 상이한 높이는 전극 조립체에 대한 미리 결정된 형상, 예컨대 길이방향 축 및/또는 횡축 중 하나 이상을 따라 상이한 높이를 갖는 전극 조립체 형상을 수용하고, 및/또는 이차 배터리에 미리 결정된 성능 특성을 제공하도록 선택될 수 있다.
일반적으로, 캐소드 집합체의 각각의 부재는 길이(LCE)가 폭(WCE)보다 실질적으로 크고 그 높이(HCE)보다 실질적으로 크다. 예를 들어, 일 실시예에서, LCE 대 WCE 및 HCE 각각의 비율은 캐소드 집합체의 각각의 부재에 대해 각각 적어도 5:1(즉, LCE 대 WCE의 비율은 각각 적어도 5:1이고 LCE 대 HCE의 비율은 각각 적어도 5:1임)이다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, LCE 대 WCE 및 HCE 각각의 비율은 캐소드 집합체의 각각의 부재에 대해 적어도 10:1이다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, LCE 대 WCE 및 HCE 각각의 비율은 캐소드 집합체의 각각의 부재에 대해 적어도 15:1이다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, LCE 대 WCE 및 HCE 각각의 비율은 캐소드 집합체의 각각의 부재에 대해 적어도 20:1이다.
일 실시예에서, 캐소드 집합체의 부재의 높이(HCE) 대 폭(WCE)의 비율은 각각 적어도 0.4:1이다. 예를 들어, 일 실시예에서, HCE 대 WCE의 비율은 캐소드 집합체의 각각의 부재에 대해 각각 적어도 2:1일 것이다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, HCE 대 WCE의 비율은 캐소드 집합체의 각각의 부재에 대해 각각 적어도 10:1일 것이다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, HCE 대 WCE의 비율은 캐소드 집합체의 각각의 부재에 대해 각각 적어도 20:1일 것이다. 그러나, 통상적으로, HCE 대 WCE의 비율은 일반적으로 애노드 집합체의 각각의 부재에 대해 각각 1,000:1 미만일 것이다. 예를 들어, 일 실시예에서, HCE 대 WCE의 비율은 캐소드 집합체의 각각의 부재에 대해 각각 500:1 미만일 것이다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, HCE 대 WCE의 비율은 각각 100:1 미만일 것이다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, HCE 대 WCE의 비율은 각각 10:1 미만일 것이다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, HCE 대 WCE의 비율은 캐소드 집합체의 각각의 부재에 대해 각각 약 2:1 내지 약 100:1 범위일 것이다.
일 실시예에서, 애노드 집전체 층(506)은 또한 애노드 활성 재료 층(508)의 전기 전도도보다 실질적으로 큰 전기 전도도를 갖는다. 예를 들어, 일 실시예에서, 애노드 집전체 층(506)의 전기 전도도 대 애노드 활성 재료 층(508)의 전기 전도도의 비율은, 디바이스에 에너지를 저장하기 위해 인가된 전류가 있거나 디바이스를 방전하기 위해 인가된 부하가 있을 때 적어도 100:1이다. 추가의 예로서, 몇몇 실시예에서, 애노드 집전체 층(506)의 전기 전도도 대 애노드 활성 재료 층(508)의 전기 전도도의 비율은, 디바이스에 에너지를 저장하기 위해 인가된 전류가 있거나 디바이스를 방전하기 위해 인가된 부하가 있을 때 적어도 500:1이다. 추가의 예로서, 몇몇 실시예에서, 애노드 집전체 층(506)의 전기 전도도 대 애노드 활성 재료 층(508)의 전기 전도도의 비율은, 디바이스에 에너지를 저장하기 위해 인가된 전류가 있거나 디바이스를 방전하기 위해 인가된 부하가 있을 때 적어도 1000:1이다. 추가의 예로서, 몇몇 실시예에서, 애노드 집전체 층(506)의 전기 전도도 대 애노드 활성 재료 층(508)의 전기 전도도의 비율은, 디바이스에 에너지를 저장하기 위해 인가된 전류가 있거나 디바이스를 방전하기 위해 인가된 부하가 있을 때 적어도 5000:1이다. 추가의 예로서, 몇몇 실시예에서, 애노드 집전체 층(506)의 전기 전도도 대 애노드 활성 재료 층(508)의 전기 전도도의 비율은, 디바이스에 에너지를 저장하기 위해 인가된 전류가 있거나 디바이스를 방전하기 위해 인가된 부하가 있을 때 적어도 10,000:1이다.
일반적으로, 캐소드 집전체 층(510)은 알루미늄, 탄소, 크롬, 금, 니켈, NiP, 팔라듐, 백금, 로듐, 루테늄, 실리콘과 니켈의 합금, 티타늄, 또는 그 조합과 같은 금속을 포함할 수 있다("Current collectors for positive electrodes of lithium-based batteries" by A. H. Whitehead and M. Schreiber, Journal of the Electrochemical Society, 152(11) A2105-A2113 (2005) 참조). 추가의 예로서, 일 실시예에서, 캐소드 집전체 층(510)은 금 또는 금 실리사이드와 같은 그 합금을 포함한다. 추가의 예로서, 일 실시예에서, 캐소드 집전체 층(510)은 니켈 또는 니켈 실리사이드와 같은 그 합금을 포함한다.
하기 실시예는 본 개시내용의 양태를 예시하기 위해 제공되지만, 실시예는 제한하도록 의도되지 않고 다른 양태 및/또는 실시예가 또한 제공될 수 있다.
실시예 1. 웹에서 전극 구조의 집합체를 윤곽 형성하는 방법이며, 웹은 대향하는 전방 표면 및 후방 표면을 갖는 전기 전도성 층 및 전방 표면, 후방 표면, 또는 전방 표면 및 후방 표면 모두에 있는 전기화학적 활성 재료 층을 포함하고, 웹은 웹 다운 방향과 웹 교차 방향을 가지며, 웹 다운 방향과 웹 교차 방향은 서로 직교하고, 방법은: 웹으로부터 윤곽 형성된 부재를 해제하지 않고 전극 구조 집합체의 부재를 윤곽 형성하는 웹 다운 방향, 웹 교차 방향, 또는 웹 교차 방향과 웹 다운 방향 각각에서 웹에 일련의 약화된 인열 패턴을 형성하면서 웹 다운 방향으로 웹의 인장을 제어하는 단계로서, 윤곽 형성된 부재는 힘의 인가에 의해 웹으로부터 개별적으로 윤곽 형성된 부재의 분리를 용이하게 하도록 구성된 일련의 약화된 인열 패턴의 부재에 의해 적어도 부분적으로 개별적으로 접경되는, 단계, 및 윤곽 형성된 부재에 대해 웹 교차 또는 웹 다운 방향으로 배치된 일련의 정렬 피처를 웹에 형성하는 단계를 포함하고, 정렬 피처는 전극 구조 집합체의 윤곽 형성된 부재를 웹에 개별적으로 위치시키도록 구성되는, 방법.
실시예 2. 웹에서 전극 구조의 집합체를 윤곽 형성하기 위한 방법이며, 웹은 대향하는 전방 표면 및 후방 표면을 갖는 전기 전도성 층 및 전방 표면, 후방 표면, 또는 전방 표면 및 후방 표면 모두에 있는 전기화학적 활성 재료 층을 포함하고, 웹은 웹 다운 방향과 웹 교차 방향을 가지며, 웹 다운 방향과 웹 교차 방향은 서로 직교하고, 방법은: 웹의 일부를 지지 표면 상에 지지하는 단계로서, 지지 표면은 개구를 획정하는, 단계; 웹으로부터 윤곽 형성된 부재를 해제하지 않고 전극 구조 집합체의 부재를 윤곽 형성하는 웹 다운 방향, 웹 교차 방향, 또는 웹 교차 방향과 웹 다운 방향 각각에서 웹에 일련의 약화된 인열 패턴을 형성하는 단계로서, 윤곽 형성된 부재는 힘의 인가에 의해 웹으로부터 개별적으로 윤곽 형성된 부재의 분리를 용이하게 하도록 구성된 일련의 약화된 인열 패턴의 부재에 의해 적어도 부분적으로 개별적으로 접경되는, 단계, 및 윤곽 형성된 부재에 대해 웹 교차 또는 웹 다운 방향으로 배치된 일련의 정렬 피처를 웹에 형성하는 단계를 포함하고, 정렬 피처는 전극 구조 집합체의 윤곽 형성된 부재를 웹에 개별적으로 위치시키도록 구성되며, 약화된 인열 패턴을 형성하는 단계와 일련의 정렬 피처를 형성하는 단계 중 적어도 하나는 웹을 지지하기 위한 지지 표면의 개구 위에 위치된 웹의 일부에서 수행되는, 방법.
실시예 3. 웹에서 전극 구조 또는 전극 분리막 구조의 집합체를 윤곽 형성하기 위한 방법이며, 웹은 웹 다운 방향, 웹 다운 방향에 직교하는 웹 교차 방향, 및 전기 절연층을 포함하며, 방법은: 레이저 빔의 레이저 초점의 약 +/-100 ㎛ 이내가 되도록 레이저 기계 가공될 웹의 일부를 제어하고, 웹 교차 방향 및 웹 다운 방향 중 적어도 하나에서 웹의 일부를 레이저 기계 가공하여 웹으로부터 윤곽 형성된 부재를 해제하지 않고 웹에서 전극 구조 또는 전극 분리막 구조 집합체의 부재를 윤곽 형성하는 단계; 및 웹에서 전극 구조 또는 전극 분리막 구조 집합체의 각각의 윤곽 형성된 부재를 위치시키도록 구성된 정렬 피처를 웹에 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 4. 웹에서 전극 구조의 집합체를 윤곽 형성하기 위한 방법이며, 웹은 웹 다운 방향 및 웹 다운 방향에 직교하는 웹 교차 방향을 포함하며, 방법은: 웹을 웹 교차 방향 및 웹 다운 방향으로 기계 가공하여 웹으로부터 윤곽 형성된 부재를 해제하지 않고 웹에서 전극 구조 집합체의 부재를 윤곽 형성하도록 불연속적인 약화된 부분을 형성하는 단계를 포함하고, 기계 가공된 웹은 웹 방향에서 기계 가공되지 않은 웹의 강도의 10% 내지 75%의 강도를 갖는, 방법.
실시예 5. 웹에서 전극 구조의 집합체를 윤곽 형성하기 위한 방법이며, 웹은 웹 다운 방향, 웹 다운 방향에 직교하는 웹 교차 방향, 전기화학적 활성 층, 및 전기 전도성 층을 포함하며, 방법은: 적어도 웹 교차 방향에서 웹을 레이저 기계 가공하여 웹으로부터 윤곽 형성된 부재를 해제하지 않고 웹에서 전극 구조 집합체의 부재를 윤곽 형성하는 단계; 및 웹에서 전극 구조 집합체의 각각의 윤곽 형성된 부재를 위치시키도록 구성된 정렬 피처를 웹에 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 6. 웹에서 전극 분리막 구조의 집합체를 윤곽 형성하기 위한 방법이며, 웹은 웹 다운 방향, 웹 다운 방향에 직교하는 웹 교차 방향, 및 전기 절연층을 포함하며, 방법은: 적어도 웹 교차 방향에서 웹을 레이저 기계 가공하여 웹으로부터 윤곽 형성된 부재를 해제하지 않고 웹에서 전극 분리막 구조 집합체의 부재를 윤곽 형성하는 단계; 및 웹에서 전극 구조 집합체의 각각의 윤곽 형성된 부재를 위치시키도록 구성된 정렬 피처를 웹에 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 7. 웹에서 전극 구조의 집합체를 윤곽 형성하기 위한 방법이며, 웹은 웹 다운 방향, 웹 다운 방향에 직교하는 웹 교차 방향, 전기화학적 활성 층, 및 전기 전도성 층을 포함하며, 방법은: 웹을 절단 스테이션에 급송하는 단계; 웹을 절단 스테이션에서 적어도 웹 교차 방향으로 절단하여 웹으로부터 윤곽 형성된 부재를 해제하지 않고 웹에서 전극 구조 집합체의 부재를 윤곽 형성하는 단계; 및 웹에서 전극 구조 집합체의 각각의 윤곽 형성된 부재를 위치시키도록 구성된 정렬 피처를 웹에서 절단하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 8. 웹에서 전극 구조의 집합체를 윤곽 형성하기 위한 방법이며, 웹은 웹 다운 방향, 웹 다운 방향에 직교하는 웹 교차 방향, 전기화학적 활성 층, 및 전기 전도성 층을 포함하며, 방법은: 웹을 레이저 절단 시스템에 급송하는 단계; 레이저 절단 시스템을 사용하여 웹으로 정렬 피처를 절단하는 단계; 정렬 피처 중 적어도 하나를 사용하여 웹의 위치를 확립하는 단계; 및 확립된 위치에 기초하여 웹 상에서 절단 동작 및 절제 동작 중 적어도 하나를 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 9. 웹에서 전극 구조의 집합체를 윤곽 형성하기 위한 방법이며, 웹은 웹 다운 방향, 웹 다운 방향에 직교하는 웹 교차 방향, 전기화학적 활성 층, 및 전기 전도성 층을 포함하며, 방법은: 적어도 웹 교차 방향에서 웹을 레이저 기계 가공하여 웹으로부터 윤곽 형성된 부재를 해제하지 않고, 각각의 윤곽 형성된 부재의 외부 경계를 정의하는 불연속적인 약화된 부분을 형성함으로써 웹에서 전극 구조 집합체의 부재를 윤곽 형성하는 단계; 및 웹에서 전극 구조 집합체의 각각의 윤곽 형성된 부재를 위치시키도록 구성된 정렬 피처를 웹에 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 10. 웹에서 전극 구조의 집합체를 윤곽 형성하기 위한 방법이며, 웹은 웹 다운 방향 및 웹 다운 방향에 직교하는 웹 교차 방향을 포함하며, 방법은: 웹을 웹 교차 방향 및 웹 다운 방향으로 기계 가공하여 웹으로부터 윤곽 형성된 부재를 해제하지 않고 웹에서 전극 구조 집합체의 부재를 윤곽 형성하도록 불연속적인 약화된 부분을 형성하는 단계를 포함하고, 기계 가공된 웹은 웹 교차 방향에서 기계 가공되지 않은 웹의 강도의 5% 내지 30%의 강도를 갖는, 방법.
실시예 11. 전기화학적 활성 층 및 전기 전도성 층을 포함하는 웹이며, 웹은 윤곽 형성된 전극 구조 집합체를 갖고, 윤곽 형성된 전극 구조 집합체의 각각의 전극 구조는 웹의 불연속적인 절단부에 의해 인접한 전극 구조로부터 이격되며, 웹은 웹에 전극 구조 집합체의 각각의 윤곽 형성된 전극 구조를 위치시키도록 구성된 정렬 피처를 더 포함하는, 웹.
실시예 12. 윤곽 형성된 분리막 구조 집합체를 포함하는 웹이며, 윤곽 형성된 분리막 구조 집합체의 각각의 분리막 구조는 웹의 불연속적인 절단부에 의해 인접한 분리막 구조로부터 이격되며, 웹은 웹에 분리막 구조 집합체의 각각의 윤곽 형성된 분리막 구조를 위치시키도록 구성된 정렬 피처를 더 포함하는, 웹.
실시예 13. 웹에서 전극 구조의 집합체를 윤곽 형성하기 위한 방법이며, 웹은 웹 다운 방향, 웹 다운 방향에 직교하는 웹 교차 방향, 및 고상 전해질, 음극 집전체, 양극 집전체 및 양극 활성 재료 중 적어도 하나를 포함하며, 방법은: 웹을 레이저 절단 시스템에 급송하는 단계; 레이저 절단 시스템을 사용하여 웹으로 정렬 피처를 절단하는 단계; 정렬 피처 중 적어도 하나를 사용하여 웹의 위치를 확립하는 단계; 및 확립된 위치에 기초하여 웹 상에서 절단 동작 및 절제 동작 중 적어도 하나를 수행하는 단계를 포함하는, 방법.
실시예 14. 고상 전해질을 포함하는 웹이며, 웹은 윤곽 형성된 전극 구조 집합체를 갖고, 윤곽 형성된 전극 구조 집합체의 각각의 전극 구조는 웹의 불연속적인 절단부에 의해 인접한 전극 구조로부터 이격되며, 웹은 웹에 전극 구조 집합체의 각각의 윤곽 형성된 전극 구조를 위치시키도록 구성된 정렬 피처를 더 포함하는, 웹.
실시예 15. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 일련의 약화된 인열 패턴은 레이저로 형성되는, 방법 또는 웹.
실시예 16. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 일련의 정렬 피처는 레이저로 형성되는, 방법 또는 웹.
실시예 17. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 일련의 약화된 인열 패턴, 일련의 정렬 피처, 또는 일련의 약화된 인열 패턴 및 일련의 정렬 피처는 레이저로 형성되는, 방법 또는 웹.
실시예 18. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 레이저는 10 와트 내지 5,000 와트 범위 내의 레이저 출력을 갖고, 섬유 레이저이며, 연속파(cw), 마이크로초(μs), 나노초(ns), 피코초(ps) 및 펨토초(fs) 펄스 유형 또는 그 조합 중 하나 이상의 레이저 펄스 폭 유형이 가능한, 방법 또는 웹.
실시예 19. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기화학적 활성 재료 층은 전기 전도성 층의 전방 표면 및 후방 표면 중 한쪽에만 있는, 방법 또는 웹.
실시예 20. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기화학적 활성 재료 층은 전기 전도성 층의 전방 표면 및 후방 표면 모두에 있는, 방법 또는 웹.
실시예 21. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전극 구조 집합체의 윤곽 형성된 부재는 길이(LE) 및 높이(HE)를 갖고, (i) LE는 웹 교차 방향에서 측정되고 HE는 웹 다운 방향에서 측정되거나, 또는 (ii) LE는 웹 다운 방향에서 측정되고 HE는 웹 교차 방향에서 측정되는, 방법 또는 웹.
실시예 22. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전극 구조 집합체의 윤곽 형성된 부재는 길이(LE) 및 높이(HE)를 갖고, LE는 웹 교차 방향에서 측정되고 HE는 웹 다운 방향에서 측정되는, 방법 또는 웹.
실시예 23. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전극 구조 집합체의 윤곽 형성된 부재는 길이(LE) 및 높이(HE)를 갖고, LE는 웹 다운 방향에서 측정되고 HE는 웹 교차 방향에서 측정되는, 방법 또는 웹.
실시예 24. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전극 구조 집합체의 윤곽 형성된 부재는 웹의 전방 표면 및 후방 표면과 웹 다운 방향 및 웹 교차 방향에 직교하는 방향에서 측정된 폭(WE)을 갖는, 방법 또는 웹.
실시예 25. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, LE 대 WE 및 HE 각각의 비율은 적어도 5:1(즉, LE 대 WE의 비율은 각각 적어도 5:1이고 LE 대 HE의 비율은 각각 적어도 5:1임)인, 방법 또는 웹.
실시예 26. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, LE 대 WE 및 HE 각각의 비율은 적어도 10:1(즉, LE 대 WE의 비율은 각각 적어도 10:1이고 LE 대 HE의 비율은 각각 적어도 10:1임)인, 방법 또는 웹.
실시예 27. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, LE 대 WE 및 HE 각각의 비율은 적어도 15:1(즉, LE 대 WE의 비율은 각각 적어도 15:1이고 LE 대 HE의 비율은 각각 적어도 15:1임)인, 방법 또는 웹.
실시예 28. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, LE 대 WE 및 HE 각각의 비율은 적어도 20:1(즉, LE 대 WE의 비율은 각각 적어도 20:1이고 LE 대 HE의 비율은 각각 적어도 20:1임)인, 방법 또는 웹.
실시예 29. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, HE 대 WE의 비율은 각각 적어도 0.4:1인, 방법 또는 웹.
실시예 30. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, HE 대 WE의 비율은 각각 적어도 2:1인, 방법 또는 웹.
실시예 31. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, HE 대 WE의 비율은 각각 적어도 10:1인, 방법 또는 웹.
실시예 32. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, HE 대 WE의 비율은 각각 적어도 20:1인, 방법 또는 웹.
실시예 33. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, HE 대 WE의 비율은 각각 1,000:1 미만인, 방법 또는 웹.
실시예 34. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, HE 대 WE의 비율은 각각 500:1 미만인, 방법 또는 웹.
실시예 35. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, HE 대 WE의 비율은 각각 100:1 미만인, 방법 또는 웹.
실시예 36. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, HE 대 WE의 비율은 각각 10:1 미만인, 방법 또는 웹.
실시예 37. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, HE 대 WE의 비율은 각각 약 2:1 내지 약 100:1 범위 내인, 방법 또는 웹.
실시예 38. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, LE은 약 5 mm 내지 약 500 mm 범위 내인, 방법 또는 웹.
실시예 39. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, LE는 약 10 mm 내지 약 250 mm 범위 내인, 방법 또는 웹.
실시예 40. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, LE은 약 25 mm 내지 약 100 mm 범위 내인, 방법 또는 웹.
실시예 41. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, WE는 약 0.01 mm 내지 2.5 mm 범위 내인, 방법 또는 웹.
실시예 42. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, WE는 약 0.025 mm 내지 약 2 mm 범위 내인, 방법 또는 웹.
실시예 43. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, WE는 약 0.05 mm 내지 약 1 mm 범위 내인, 방법 또는 웹.
실시예 44. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, HE는 약 0.05 mm 내지 약 10 mm 범위 내인, 방법 또는 웹.
실시예 45. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, HE는 약 0.05 mm 내지 약 5 mm 범위 내인, 방법 또는 웹.
실시예 46. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, HE는 약 0.1 mm 내지 약 1 mm 범위 내인, 방법 또는 웹.
실시예 47. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기 전도성 층은 적어도 103 Siemens/cm의 전기 전도도를 갖는, 방법 또는 웹.
실시예 48. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기 전도성 층은 적어도 약 104 Siemens/cm의 전기 전도도를 갖는, 방법 또는 웹.
실시예 49. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기 전도성 층은 적어도 약 105 Siemens/cm의 전기 전도도를 갖는, 방법 또는 웹.
실시예 50. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기 전도성 층은 양극 집전체 층으로서 사용하기에 적절한 재료를 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 51. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기 전도성 층은 알루미늄, 탄소, 크롬, 금, 니켈, 니켈 인(NiP), 팔라듐, 백금, 로듐, 루테늄, 티타늄, 실리콘과 니켈의 합금(NiSi), 또는 그 조합을 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 52. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기화학적 활성 재료 층은 캐소드 활성 재료를 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 53. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기화학적 활성 재료 층(들)은 전이 금속 산화물, 전이 금속 황화물, 전이 금속 질화물, 리튬-전이 금속 산화물, 리튬-전이 금속 황화물, 또는 리튬-전이 금속 질화물을 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 54. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기화학적 활성 재료 층(들)은 전이 금속 산화물, 전이 금속 황화물, 또는 전이 금속 질화물을 포함하고 전이 금속은 d-쉘 또는 f-쉘을 갖는, 방법 또는 웹.
실시예 55. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기화학적 활성 재료 층(들)은 Sc, Y, 란타노이드, 악티노이드, Ti, Zr, Hf, V, Nb, Ta, Cr, Mo, W, Mn, Tc, Re, Fe, Ru, Os, Co, Rh, Ir, Ni, Pb, Pt, Cu, Ag 또는 Au를 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 56. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기화학적 활성 재료 층(들)은 LiCoO2, LiNi0.5Mn1.5O4, Li(NixCoyAlz)O2, LiFePO4, Li2MnO4, V2O5, 옥시황화 몰리브덴, 포스페이트, 실리케이트, 바나데이트, 황, 황 화합물, 산소(공기), Li(NixMnyCoz)O2, 및 그 조합을 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 57. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기 전도성 층은 음극 집전체 층으로서 사용하기에 적절한 재료를 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 58. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기 전도성 층은 구리, 니켈, 코발트, 티타늄, 또는 텅스텐, 또는 이들의 합금을 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 59. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기화학적 활성 재료 층(들)은 애노드 활성 재료를 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 60. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기화학적 활성 재료 층(들)은 흑연, 연질 또는 경질 탄소, 또는 그래핀을 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 61. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기화학적 활성 재료 층(들)은 단일벽 또는 다중벽 탄소 나노튜브를 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 62. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기화학적 활성 재료 층(들)은 단일벽 탄소 나노튜브를 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 63. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기화학적 활성 재료 층(들)은 리튬과 합금을 형성할 수 있는 금속, 반금속, 합금, 또는 이들의 산화물 또는 질화물을 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 64. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기화학적 활성 재료 층(들)은 흑연, 주석, 납, 마그네슘, 알루미늄, 붕소, 갈륨, 실리콘, Si/C 복합재, Si/흑연 블렌드, 실리콘 산화물(SiOx), 다공성 Si, 금속간 Si 합금, 인듐, 지르코늄, 게르마늄, 비스무트, 카드뮴, 안티몬, 은, 아연, 비소, 하프늄, 이트륨, 리튬, 나트륨, 리튬 티타네이트, 팔라듐, 또는 그 조합을 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 65. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기화학적 활성 재료 층(들)은 알루미늄, 주석, 또는 실리콘, 또는 이들의 산화물, 이들의 질화물, 이들의 불화물, 또는 이들의 합금을 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 66. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기화학적 활성 재료 층(들)은 실리콘 또는 이들의 합금 또는 산화물을 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 67. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기 전도성 층은 음극 집전체 층으로서 사용하기에 적절한 재료를 포함하고, 전기화학적 활성 재료 층(들)은 애노드 활성 재료를 포함하며 전기 전도성 층은 애노드 활성 재료 층의 전기 전도도보다 실질적으로 큰 전기 전도도를 갖는, 방법 또는 웹.
실시예 68. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기 전도성 층의 전기 전도도 대 애노드 활성 재료 층의 전기 전도도의 비율은 적어도 100:1인, 방법 또는 웹.
실시예 69. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기 전도성 층의 전기 전도도 대 애노드 활성 재료 층의 전기 전도도의 비율은 적어도 500:1인, 방법 또는 웹.
실시예 70. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기 전도성 층의 전기 전도도 대 애노드 활성 재료 층의 전기 전도도의 비율은 적어도 1,000:1인, 방법 또는 웹.
실시예 71. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기 전도성 층의 전기 전도도 대 애노드 활성 재료 층의 전기 전도도의 비율은 적어도 5,000:1인, 방법 또는 웹.
실시예 72. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기 전도성 층의 전기 전도도 대 애노드 활성 재료 층의 전기 전도도의 비율은 적어도 10,000:1인, 방법 또는 웹.
실시예 73. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 웹은 전기화학적 활성 층 및 전기 전도성 층을 포함하는 라미네이트인, 방법 또는 웹.
실시예 74. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기화학적 활성 층은 애노드 활성 재료를 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 75. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 전기화학적 활성 층은 캐소드 활성 재료를 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 76. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 레이저 기계 가공은 웹을 통해 복수의 절단부 및 천공을 형성하는 것을 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 77. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 기계 가공된 웹은 웹 방향으로 기계 가공되지 않은 웹의 강도의 10% 내지 75%의 강도를 갖는, 방법 또는 웹.
실시예 78. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 기계 가공된 웹은 웹 교차 방향으로 기계 가공되지 않은 웹의 강도의 5% 내지 30%의 강도를 갖는, 방법 또는 웹.
실시예 79. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 정렬 피처는 웹을 통해 연장되는 관통 구멍을 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 80. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 레이저 기계 가공은 일련의 외부 천공 및 일련의 내부 천공을 형성하는 것을 포함하며, 외부 천공은 내부 천공보다 낮은 파열 강도를 갖는, 방법 또는 웹.
실시예 81. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 레이저 기계 가공은 각각의 윤곽 형성된 전극으로부터 전극 탭 영역을 절제하는 것을 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 82. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 웹을 웹 다운 방향으로 레이저 기계 가공하는 단계를 더 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 83. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 웹의 레이저 기계 가공 동안 레이저 빔을 위치 설정하도록 정렬 피처에 관련된 정보를 사용하는 단계를 더 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 84. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 레이저 기계 가공은 웹을 웹 교차 방향으로 레이저 기계 가공하도록 제1 레이저 디바이스를 제어하고 웹을 웹 다운 방향으로 레이저 기계 가공하도록 제2 레이저 디바이스를 제어하는 것을 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 85. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 웹의 레이저 기계 가공 동안 웹에 진공을 인가하는 단계를 더 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 86. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 윤곽 형성된 부재의 결함을 검출하기 위해 센서를 사용하는 단계를 더 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 87. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 윤곽 형성된 부재에 검출된 결함을 나타내는 방식으로 웹을 마킹하기 위해 마킹 디바이스를 사용하는 단계를 더 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 88. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 윤곽 형성된 부재의 그룹 사이에 타이 바아를 레이저 기계 가공하는 단계를 더 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 89. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 타이 바아는 웹 교차 방향으로 레이저 기계 가공된 절단부에 의해 정의되는, 방법 또는 웹.
실시예 90. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 레이저 기계 가공 전에 웹에 인장을 웹 교차 방향으로 인가하는 단계를 더 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 91. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 정렬 피처는 웹 교차 방향으로 윤곽 형성된 부재의 원위측 위치에 형성되는, 방법 또는 웹.
실시예 92. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 웹 교차 방향으로 웹의 최외측 에지와 정렬 피처 사이에 웹의 기계 가공되지 않은 부분을 남겨두는 단계를 더 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 93. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 기계 가공되지 않은 부분은 웹 방향으로 웹의 전체 길이에 걸쳐 연장되는, 방법 또는 웹.
실시예 94. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 레이저 기계 가공 후에 회전 브러시를 웹에 대해 접촉시키는 단계를 더 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 95. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 웹이 웹 다운 방향으로 이동하는 동안 레이저 기계 가공 프로세스가 발생하는, 방법 또는 웹.
실시예 96. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 레이저 빔은 레이저 기계 가공 동안 웹 다운 방향으로 웹의 이동 속도를 고려하도록 제어되는, 방법 또는 웹.
실시예 97. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 레이저 기계 가공 동안 웹 다운 방향으로 웹의 인장을 제어하는 단계를 더 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 98. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 레이저 기계 가공된 웹을 간지 층으로 권취하는 단계를 더 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 99. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 웹으로부터 윤곽 형성된 부재를 해제하지 않고 레이저 기계 가공 후에 웹을 웹 다운 방향으로 이송하는 단계를 더 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 100. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 정렬 피처 대 윤곽 형성된 부재의 비율은 1:1인, 방법 또는 웹.
실시예 101. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 약화된 부분은 일련의 관통 절단부 또는 천공을 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 102. 임의의 이전 실시예의 방법에 있어서, 불연속적인 약화된 부분을 형성하는 동안 웹을 압력 균형화하는 단계를 더 포함하는, 방법.
실시예 103. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 압력 균형화는 웹을 가로지르는 유체 유동의 인가를 수반하는, 방법 또는 웹.
실시예 104. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 압력 균형화는 웹의 대향 측면에 걸쳐 유체 유동을 인가하는 것을 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 105. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 정렬 피처는 레이저 기계 가공 이전에 형성되는, 방법 또는 웹.
실시예 106. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 정렬 피처는 불연속적인 약화된 부분의 형성을 돕기 위해 사용되는, 방법 또는 웹.
실시예 107. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 지지 표면은 알루미늄을 포함하고 지지 표면은 레이저 기계 가공 프로세스로부터 열 에너지를 소산시키는, 방법 또는 웹.
실시예 108. 임의의 이전 실시예의 웹의 방법에 있어서, 레이저 기계 가공은 지지 표면의 개구 위에 위치된 웹의 일부에 대해 수행되는, 방법.
실시예 109. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 웹의 일부를 제어하는 단계는 레이저 빔에 실질적으로 평행한 수직축 방향으로 웹을 제어하는 단계를 포함하는, 방법 또는 웹.
실시예 110. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 지지 표면은 복수의 개구를 포함하고, 약화된 인열 패턴을 형성하는 단계 및 일련의 정렬 피처를 형성하는 단계는 복수의 개구 중 상이한 개구 위에 위치된 웹의 각각의 부분에서 수행되는, 방법 또는 웹.
실시예 111. 임의의 이전 실시예의 방법 또는 웹에 있어서, 웹의 인장을 제어하는 단계는 웹 상의 인장을 500그램 힘 이하로 유지하는 단계를 포함하는, 방법 또는 웹.

Claims (30)

  1. 웹에서 전극 구조의 집합체를 윤곽 형성하기 위한 방법이며, 웹은 대향하는 전방 표면 및 후방 표면을 갖는 전기 전도성 층 및 전방 표면, 후방 표면, 또는 전방 표면 및 후방 표면 모두에 있는 전기화학적 활성 재료 층을 포함하고, 웹은 웹 다운 방향과 웹 교차 방향을 가지며, 웹 다운 방향과 웹 교차 방향은 서로 직교하고, 방법은:
    웹으로부터 윤곽 형성된 부재를 해제하지 않고 전극 구조 집합체의 부재를 윤곽 형성하는 웹 다운 방향, 웹 교차 방향, 또는 웹 교차 방향과 웹 다운 방향 각각에서 웹에 일련의 약화된 인열 패턴을 형성하면서 웹 다운 방향으로 웹의 인장을 제어하는 단계로서, 윤곽 형성된 부재는 힘의 인가에 의해 웹으로부터 개별적으로 윤곽 형성된 부재의 분리를 용이하게 하도록 구성된 일련의 약화된 인열 패턴의 부재에 의해 적어도 부분적으로 개별적으로 접경되는, 단계, 및
    윤곽 형성된 부재에 대해 웹 교차 또는 웹 다운 방향으로 배치된 일련의 정렬 피처를 웹에 형성하는 단계를 포함하고, 정렬 피처는 전극 구조 집합체의 윤곽 형성된 부재를 웹에 개별적으로 위치시키도록 구성되는, 방법.
  2. 제1항에 있어서, 일련의 약화된 인열 패턴, 일련의 정렬 피처, 또는 일련의 약화된 인열 패턴 및 일련의 정렬 피처는 레이저로 형성되는, 방법.
  3. 제1항에 있어서, 웹의 인장 제어는 하나 이상의 롤러를 사용하여 수행되는, 방법.
  4. 제1항에 있어서, 전기화학적 활성 재료 층은 전기 전도성 층의 전방 표면 및 후방 표면 중 한쪽에만 있는, 방법.
  5. 제1항에 있어서, 전기화학적 활성 재료 층은 전기 전도성 층의 전방 표면 및 후방 표면 모두에 있는, 방법.
  6. 제1항에 있어서, 전극 구조 집합체의 윤곽 형성된 부재는 길이(LE), 폭(WE), 및 높이(HE)를 갖고, WE는 웹의 전방 표면 및 후방 표면에 대해 그리고 웹 다운 방향 및 웹 교차 방향에 대해 직교하는 방향에서 측정되며, (i) LE는 웹 교차 방향에서 측정되고 HE는 웹 다운 방향에서 측정되거나, 또는 (ii) LE는 웹 다운 방향에서 측정되고 HE는 웹 교차 방향에서 측정되며, LE 대 WE 및 HE 각각의 비율은 적어도 5:1(즉, LE 대 WE의 비율은 각각 적어도 5:1이고 LE 대 HE의 비율은 각각 적어도 5:1임)인, 방법.
  7. 제6항에 있어서, HE 대 WE의 비율은 각각 적어도 0.4:1인, 방법.
  8. 제1항에 있어서, 전기 전도성 층은 양극 집전체 층 또는 음극 집전체로서 사용하기에 적절한 재료를 포함하는, 방법.
  9. 제1항에 있어서, 전기 활성 재료 층은 캐소드 활성 재료를 포함하는, 방법.
  10. 제1항에 있어서, 웹의 인장을 제어하는 단계는 웹 상의 인장을 500그램 힘 이하로 유지하는 단계를 포함하는, 방법.
  11. 제1항에 있어서, 전기화학적 활성 재료 층(들)은 애노드 활성 재료를 포함하는, 방법.
  12. 웹에서 전극 구조의 집합체를 윤곽 형성하기 위한 방법이며, 웹은 대향하는 전방 표면 및 후방 표면을 갖는 전기 전도성 층 및 전방 표면, 후방 표면, 또는 전방 표면 및 후방 표면 모두에 있는 전기화학적 활성 재료 층을 포함하고, 웹은 웹 다운 방향과 웹 교차 방향을 가지며, 웹 다운 방향과 웹 교차 방향은 서로 직교하고, 방법은:
    웹의 일부를 지지 표면 상에 지지하는 단계로서, 지지 표면은 개구를 획정하는, 단계;
    웹으로부터 윤곽 형성된 부재를 해제하지 않고 전극 구조 집합체의 부재를 윤곽 형성하는 웹 다운 방향, 웹 교차 방향, 또는 웹 교차 방향과 웹 다운 방향 각각에서 웹에 일련의 약화된 인열 패턴을 형성하는 단계로서, 윤곽 형성된 부재는 힘의 인가에 의해 웹으로부터 개별적으로 윤곽 형성된 부재의 분리를 용이하게 하도록 구성된 일련의 약화된 인열 패턴의 부재에 의해 적어도 부분적으로 개별적으로 접경되는, 단계, 및
    윤곽 형성된 부재에 대해 웹 교차 또는 웹 다운 방향으로 배치된 일련의 정렬 피처를 웹에 형성하는 단계를 포함하고, 정렬 피처는 전극 구조 집합체의 윤곽 형성된 부재를 웹에 개별적으로 위치시키도록 구성되며,
    약화된 인열 패턴을 형성하는 단계와 일련의 정렬 피처를 형성하는 단계 중 적어도 하나는 지지 표면에 정의된 개구 위에 위치된 웹의 일부에서 수행되는, 방법.
  13. 제12항에 있어서, 약화된 인열 패턴을 형성하는 단계 및 일련의 정렬 피처를 형성하는 단계 중 적어도 하나는 웹을 통해 복수의 절단부 및 천공을 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  14. 제12항에 있어서, 약화된 인열 패턴을 형성하는 단계 및 일련의 정렬 피처를 형성하는 단계는 레이저 기계 가공을 포함하고 기계가공된 웹은 웹 방향으로 기계 가공되지 않은 웹 강도의 10% 내지 75%의 강도를 갖는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 기계 가공된 웹은 웹 교차 방향으로 기계 가공되지 않은 웹의 강도의 5% 내지 30%의 강도를 갖는, 방법.
  16. 제14항에 있어서, 레이저 기계 가공은 일련의 외부 천공 및 일련의 내부 천공을 형성하는 것을 포함하며, 외부 천공은 내부 천공보다 낮은 파열 강도를 갖는, 방법.
  17. 제12항에 있어서, 지지 표면은 알루미늄을 포함하는, 방법.
  18. 제12항에 있어서, 약화된 인열 패턴을 형성하는 단계 및 일련의 정렬 피처를 형성하는 단계 동안 웹에 진공을 인가하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  19. 제12항에 있어서, 지지 표면은 복수의 개구를 포함하고, 약화된 인열 패턴을 형성하는 단계 및 일련의 정렬 피처를 형성하는 단계는 복수의 개구 중 상이한 개구 위에 위치된 웹의 각각의 부분에서 수행되는, 방법.
  20. 제12항에 있어서, 약화된 인열 패턴을 형성하는 단계 및 일련의 정렬 피처를 형성하는 단계는 레이저 기계 가공을 포함하고, 방법은 레이저 기계 가공 전에 웹 교차 방향의 적어도 하나로 웹에 또는 레이저 기계 가공 동안 웹 다운 방향으로 웹에 인장을 인가하는 단계를 더 포함하는, 방법.
  21. 제20항에 있어서, 웹 교차 방향으로 웹의 최외측 에지와 정렬 피처 사이에 웹의 기계 가공되지 않은 부분을 남겨두는 단계를 더 포함하는, 방법.
  22. 제20항에 있어서, 레이저 기계 가공 후에 회전 브러시를 웹에 대해 접촉시키는 단계를 더 포함하는, 방법.
  23. 웹에서 전극 구조 또는 전극 분리막 구조의 집합체를 윤곽 형성하기 위한 방법이며, 웹은 웹 다운 방향, 웹 다운 방향에 직교하는 웹 교차 방향, 및 전기 절연층을 포함하며, 방법은: 레이저 빔의 레이저 초점의 약 +/-100 ㎛ 이내가 되도록 레이저 기계 가공될 웹의 일부를 제어하고, 웹 교차 방향 및 웹 다운 방향 중 적어도 하나에서 웹의 일부를 레이저 기계 가공하여 웹으로부터 윤곽 형성된 부재를 해제하지 않고 웹에서 전극 구조 또는 전극 분리막 구조 집합체의 부재를 윤곽 형성하는 단계; 및 웹에서 전극 구조 또는 전극 분리막 구조 집합체의 각각의 윤곽 형성된 부재를 위치시키도록 구성된 정렬 피처를 웹에 형성하는 단계를 포함하는, 방법.
  24. 제23항에 있어서, 웹의 일부를 제어하는 단계는 레이저 빔에 실질적으로 평행한 수직축 방향으로 웹을 제어하는 단계를 포함하는, 방법.
  25. 제23항에 있어서, 레이저 기계 가공은 10 와트 내지 5,000 와트 범위 내의 레이저 출력을 갖는 레이저로 수행되고, 섬유 레이저이며, 연속파(cw), 마이크로초(μs), 나노초(ns), 피코초(ps) 및 펨토초(fs) 펄스 유형 또는 그 조합 중 하나 이상의 레이저 펄스 폭 유형이 가능한, 방법.
  26. 제23항에 있어서, 정렬 피처는 불연속적인 약화된 부분의 형성을 돕기 위해 사용되는, 방법.
  27. 제23항에 있어서, 기계 가공된 웹은 웹 방향으로 기계 가공되지 않은 웹의 강도의 10% 내지 75%의 강도를 갖는, 방법.
  28. 제23항에 있어서, 레이저 기계 가공은 지지 표면의 개구 위에 위치된 웹의 일부에 대해 수행되는, 방법.
  29. 제28항에 있어서, 지지 표면은 알루미늄을 포함하고 지지 표면은 레이저 기계 가공 프로세스로부터 열 에너지를 소산시키는, 방법.
  30. 제23항에 있어서, 레이저 기계 가공 동안 웹 다운 방향으로 웹에 인장을 인가하는 단계를 더 포함하는, 방법.
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