TW202228319A - 生產用於電池之電極的裝置、系統及方法 - Google Patents

Abstract

本發明揭示一種用於劃定網材中之電極結構之一群體之方法。該網材具有網材順向方向、網材橫向方向、電化學活性層及導電層。該程序包含在至少該網材橫向方向上雷射加工該網材以：劃定該網材中之該電極結構群體之構件，而不從該網材釋放該等經劃定構件；及使經調適以將該電極結構群體之各經劃定構件定位於該網材中之對準特徵形成於該網材中。

Description

生產用於電池之電極的裝置、系統及方法

本發明之領域大體上係關於能量儲存技術，諸如電池技術。更具體而言，本發明之領域係關於用於製造能量儲存系統(諸如用於電池(包含基於鋰之電池)之電極)之系統及方法。

基於鋰之二次電池歸因於其相對較高之能量密度、電力及儲存壽命而已變成期望能源。鋰二次電池之實例包含非水電池，諸如鋰離子電池及鋰聚合物電池。

已知能量儲存器件(諸如電池、燃料電池及電化學電容器)通常具有二維層板架構，諸如平面或螺旋纏繞(即，果凍卷)層板結構，其中各層板之表面積近似等於其幾何佔據面積(忽略孔隙度及表面粗糙度)。

圖1繪示通常在10處指示之已知層板類型二次電池之橫截面圖。電池10包含與正電極20接觸之正電極集電器15。負電極25由分離器層30與正電極20分離。負電極25與負電極集電器35接觸。如圖1中所展示，電池10形成於堆疊中。堆疊有時覆蓋有負電極集電器35上方之另一隔離器層(圖中未展示)，且接著滾動且放置於罐(圖中未展示)中以組裝電池10。在充電程序期間，載體離子(通常係鋰)離開正電極20且透過分離器層30行進至負電極25中。取決於所使用之陽極材料，載體離子插入(例如位於負電極25材料之矩陣而不形成合金)或與負電極25材料形成合金。在放電程序期間，載體離子離開負電極25且透過分離器層30行進回去且行進回正電極20中。

與層板二次電池相比，三維二次電池可提供增加容量及壽命。然而，此等三維二次電池之生產存在製造及成本挑戰。迄今為止，所使用之精確製造技術可產生具有改良循環壽命之二次電池但以生產力及製造成本為代價。然而，當已知製造技術加速時，可導致增加數目個缺陷增加、容量損失及電池之減少壽命。

在搖椅式電池單元中，二次電池之正電極及負電極兩者包括載離子(諸如鋰)插入及提取其中之材料。當電池放電時，載離子自負電極提取且插入正電極中。當電池充電時，載體離子自正電極提取且插入負電極中。

矽由於其高比容量而已變成有希望之候選者以作為陽極替換碳質材料。例如，由LiC ₆形成之石墨陽極可具有約370毫安培時每克(mAh/g)之特定比容量，而由Li ₁₅Si ₄形成之結晶矽陽極可具有約3600 mAh/g (比石墨陽極增加幾乎10倍)之比容量。然而，歸因於矽中之大體積變化(例如300%)，當Li載體離子插入矽陽極中時，已限制矽陽極之使用。此體積增加連同與充放電循環相關聯之破裂及粉碎一起限制實踐中矽陽極之使用。另外，歸因於其初不良始庫倫效率(initial coulombic efficiency，ICE)，已限制矽陽極之使用，其導致利用矽陽極之二次電池之初始形成期間之容量損失。

因此，期望改良利用基於矽之陽極之二次電池之效能，且更具體而言，減輕矽陽極歸因其不良ICE而展現之問題。

在一個實施例中，揭示一種用於劃定網材中之電極結構之一群體總體之程序。該網材具有網材順向方向、網材橫向方向、電化學活性層及導電層。該程序包含在至少該網材橫向方向上雷射加工該網材以：劃定該網材中之該電極結構群體之構件，而不從該網材釋放該等經劃定構件；及使得經調適以將該電極結構群體之各經劃定構件定位於該網材中之對準特徵形成於該網材中。

在另一實施例中，揭示用於劃定網材中之電極結構之一群體之另一程序。該網材具有網材順向方向、網材橫向方向、電化學活性層及導電層。該程序包含將該網材饋送至切割站及在該切割站處在至少該網材橫向方向上切割該網材以：劃定該網材中之該電極結構群體之構件，而不從該網材釋放該等經劃定構件。該程序亦包含切割經調適以將該電極結構群體之各經劃定構件定位於該網材中之該網材之對準特徵。

在另一實施例中，揭示用於劃定網材中之電極結構之一群體之另一程序。該網材具有網材順向方向、網材橫向方向、電化學活性層及導電層。該程序包含將該網材饋送至雷射切割系統，使用該雷射切割系統將對準特徵切割至該網材中及使用該等對準特徵之至少一者建立該網材之位置。該程序進一步包含基於所建立之該位置而對該網材執行切割動作及燒蝕動作之至少一者。

在另一實施例中，揭示一種包括電化學活性層及導電層之網材。該網材具有經劃定電極結構之一群體，經劃定電極結構之該群體之各電極結構由該網材中之網材橫向切口與相鄰電極結構間隔。該網材進一步包含經調適以將該電極結構群體之各經劃定電極結構定位於該網材中之對準特徵。

在另一實施例中，網材具有經劃定分離器結構之一群體。經劃定分離器之該群體之各分離器由該網材中之網材橫向切口與相鄰分離器間隔。該網材進一步包含經調適以將該分離器群體之各經劃定分離器定位於該網材中之對準特徵。

定義 如本文所使用，除非上下文另有明確規定，否則「一」及「該」(即，單數形式)係指複數指涉物。例如，在一個例項中，參考「電極」包含單一電極及複數個類似電極兩者。

如本文所使用，「約」及「近似」係指所述值加上或減去10%、5%或1%。例如，在一個例項中，約250 µm將包含225 µm至275 µm。舉進一步實例而言，在一個例項中，約1,000 µm將包含900 µm至1,100 µm。除非另有指示，否則用於說明書及申請專利範圍中之表達數量(例如量測及其類似者)等之所有數字應理解為在所有例項中由術語「約」修飾。因此，除非另有指示，否則以下說明書及隨附申請專利範圍中闡述之數值參數係近似值。各數值參數至少應根據所報告之有效數位之數目及藉由應用一般捨入技術來解釋。

如本文在二次電池之上下文中所使用，「陽極」係指二次電池中之負電極。

如本文所使用，「陽極材料」或「陽極活性」意謂適合於用作為二次電池之負電極之材料。

如本文所使用，除非上下文另有明確指示，否則「容量」或「C」係指電池(或包括一對或多對電極結構及形成雙層之反電極結構之電池之子部分)可在預定義電壓下輸送之電荷量。

如本文在二次電池之上下文中所使用，「陰極」係指二次電池中之正電極。

如本文所使用，「陰極材料」或「陰極活性」意謂適合於用作為二次電池之正電極之材料。

如本文在二次電池之狀態之上下文中所使用，除非上下文另有明確指示，否则「充電狀態」係指其中二次電池充電至其額定容量之至少75%之狀態。例如，可將電池充電至其額定容量之至少80%、其額定容量之至少90%及甚至其額定容量之至少95%，諸如其額定容量之100%。

如本文所使用，除非上下文另有明確指示，否則「複合材料」或「複合物」係指包括兩個或兩個以上組成材料之材料。

「轉化化學活性材料」或「轉化化學材料」係指在二次電池之充電及放電循環期間經歷化學反應之材料。

如本文所使用，除非上下文另有明確指示，否則「反電極」可係指二次電池之與電極相對之負電極或正電極(陽極或陰極)。

如本文所使用，除非上下文另有明確指示，否則「反電極集電器」係指二次電池之與電極電流連接器相對之負或正(陽極或陰極)集電器。

如本文在充電狀態與放電狀態之間的二次電池之循環之上下文中所使用，「循環」係指對電池進行充電及/或放電以使電池在自充電或放電狀態之第一狀態至與第一狀態相反之第二狀態之循環中移動(即，若第一狀態已放電，則係充電狀態；若第一狀態已充電，則係放電狀態)，且接著將電池移回第一狀態以完成循環。例如，充電狀態與放電狀態之間的二次電池之單一循環可包含，如在充電循環中，將電池自放電狀態充電至充電狀態，且接著放電回放電狀態以完成循環。單一循環亦可包含，如在放電循環中，將電池自充電狀態放電至放電狀態，且接著充電回充電狀態以完成循環。

如本文連同負電極所使用，除非上下文另有明確指示，否則「放電容量」意謂在一組預定單元充電結束及放電結束電壓限制之間的電池之放電操作期間，可用於自負電極提取且插入正電極中之載體離子之數量。

如本文在二次電池之狀態之上下文中所使用，除非上下文另有明確指示，否則「放電狀態」係指其中二次電池放電至小於其額定容量之25%之狀態。例如，電池放電至小於其額定容量之20%，諸如小於其額定容量之10%，及甚至小於其額定容量之5%，諸如其額定容量之0%。

如本文所使用，「電化學活性材料」意謂陽極活性或陰極活性材料。

如本文所使用，除非上下文另有明確指示，否則「電極」可係指二次電池之負電極或正電極。

如本文所使用，「電極集電器」可係指陽極(例如負)集電器或陰極(例如正)集電器。

如本文所使用，除非上下文另有明確指示，否則「電極材料」可係指陽極材料或陰極材料。

如本文所使用，除非上下文另有明確指示，否則「電極結構」可係經調適以用於電池之陽極結構(例如負電極結構)或陰極結構(例如正電極結構)。

如本文所使用，除非上下文另有明確指示，否則「電解液」係指非金屬液體、凝膠或固體材料，其中電流由經調適用於電池之離子之移動來攜帶。

如本文所使用，「縱軸」、「橫軸」及「垂直軸」係指相互垂直之軸(即，各軸彼此正交)。例如，「縱軸」、「橫軸」及「垂直軸」類似於用於界定三維態樣或定向之笛卡兒座標系統。因此，本文中所揭示之標的之元件之描述不受限於用於描述元件之三維定向之特定軸或若干特定軸。換言之，當係指所揭示之標的之三維態樣時，軸可互換。

如本文所使用，除非上下文另有明確指示，否則「微結構」可係指上文由約25x放大率之光學顯微鏡顯示之材料之表面之結構。

如本文所使用，除非上下文另有明確指示，否則「微孔」可係指含有具有小於約2奈米之直徑之孔隙之材料。

如本文所使用，除非上下文另有明確指示，否則「大孔」可係指含有具有大於約50奈米之直徑之孔隙之材料。

如本文所使用，「奈米尺度」或「奈米級尺度」可係指具有在約1奈米至約100奈米之範圍內之長度尺度之結構。

如本文所使用，除非上下文另有明確指示，否則「聚合物」可係指由大分子之重複次單位組成之物質或材料。

如本文連同電極(即，正電極、負電極或輔助電極)所使用，「可逆庫侖容量」意謂可用於與反電極可逆交換之載體離子之電極之總容量。

如本文所使用，「空隙分率」或「孔隙度」或「空隙體積分率」係指材料中之空隙(即，空)空間之量測，且空隙之體積對材料之總體積的分率，介於0與1之間或0%與100%之間的百分比。

「弱化區域」係指已經歷處理操作(諸如刮痕、切割、穿孔或其類似者)之網材之部分使得弱化區域之局部破裂強度低於非弱化區域之破裂強度。

本申請案主張2020年9月22日申請之美國臨時專利申請案第63/081,686號及2020年9月18日申請之美國臨時專利申請案第63/080,345號之優先權。參考2019年8月6日申請之美國專利申請案第16/533,082號、2020年5月11日申請之美國專利申請案第16/763,078號、2017年11月15日申請之美國臨時專利申請案第62/586,737號及2018年8月6日申請之美國臨時專利申請案第62/715,233號。此等申請案之各者之全部內容以引用的方式併入本文中。

本發明之實施例係關於製造用於改良電極組件之製造速度同時保持或改良電池容量及電池壽命，且減少製造程序期間出現之缺陷之電池(諸如三維二次電池)之電極組件的裝置、系統及方法。

將參考圖2描述用於生產用於電池中之電極組件(包含電極及分離器)之例示性系統。電極生產(或製造)系統(通常在100處指示)包含用於達成用於電池中之精密電極之有效生產之若干離散站、系統、組件或裝置。首先通常參考圖2描述生產系統100，且隨後在引入更廣泛之生產系統100之後進一步描述各組件之額外細節。

在圖中所繪示之例示性實施例中，生產系統100包含用於保持及退繞基材104之網材之基底退繞滾筒102。基材104之網材可為適合於生產用於二次電池之電極總成之電極材料之網材(即，陽極材料502之網材或陰極材料504之網材)、分離器材料或其類似者。基材104之網材係已纏繞成卷之形式之薄片材料，其具有經設定大小以放置於基底退繞滾筒102上之中心貫穿孔。在一些實施例中，基材104之網材係多層材料，包含(例如)位於其至少一個主表面上之電極集電器層(即，陽極集電器層506或陰極集電器層510)及電化學活性材料層(即，陽極活性材料層508或陰極活性材料層512)，且在其他實施例中，基材104之網材可為單層(例如分離器材料之網材)。基底退繞滾筒102可由金屬、金屬合金、複合物、塑膠或允許生產系統100如本文所描述起作用之任何其他材料形成。在一個實施例中，基底退繞滾筒102由不銹鋼製成且具有3英寸(76.2 mm)之直徑。

如圖2之實施例中所見，基材104之網材穿過導邊器106以促進基材104之網材之退繞。在一個實施例中，導邊器106使用通樑型光學感測器偵測基材104之網材之一個邊緣相對於固定參考點之位置。回饋自導邊器106發送至「網材操縱」滾筒(通常係基底退繞滾筒102)，其將在垂直於基材104之網材之行進方向之方向上移動。在此實施例中，基材104之網材接著繞過惰輪108a且進入編接站110中。惰輪108a (亦可指稱惰轉滾筒)促進維持基材104之網材之適當定位及張力，以及改變基材104之網材之方向。在圖2中所展示之實施例中，惰輪108a在垂直方向上接收基材104之網材，且部分地包覆惰輪108a使得基材104之網材在與輸入方向實質上成90度角之輸出方向上離開惰輪108a。然而，應瞭解，輸入及輸出方向可在不背離本發明之範疇之情況中變動。在一些實施例中，當其透過生產系統100輸送時，生產系統100可使用多個惰輪108a至108x來一次或多次改變基材104之網材之方向。惰輪108a至108x可由金屬、金屬合金、複合物、塑膠、橡膠或允許生產系統100如本文所描述起作用之任何其他材料形成。在一個實施例中，惰輪108a至108x由不銹鋼製成且具有1英寸(25.4 mm)直徑× 18英寸(457.2 mm)長度之尺寸。

編接站110經組態以組件將兩個分開之網材編接(例如連接)在一起。在一個適合實施例中，當基材104之第一網材退繞時，使得基材104之網材之後緣(圖中未展示)在編接站110內停止，基材104之第二網材之前緣(圖中未展示)退繞至編接站110中使得基材104之第一網材之後緣及基材104之第二網材之前緣彼此相鄰。接著，使用者可應用黏著劑(諸如膠帶)以將基材104之第二網材之前緣接合至基材104之第一網材之後緣以在兩個網材之間形成接縫且產生基材104之連續網材。如由使用者指定，可對基材104之多個網材重複此程序。因此，編接站110允許將基材之多個網材編接在一起以形成一個連續網材之可能性。應瞭解，在其他實施例中，若需要，則使用者可將相同或不同材料之網材編接在一起。

在一個適合實施例中，在離開編接站110之後，基材104之網材接著在網材順向方向WD上輸送使得其可進入軋輥112。軋輥112經組態以促進控制基材104之網材透過生產系統100輸送之速度。在一個實施例中，軋輥112包含其間具有界定夾片之空間之至少兩個相鄰滾筒114。夾片經設定大小使得使用足夠壓力基材104之網材壓合於兩個相鄰滾筒114之各者以允許滾筒之摩擦移動基材104之網材，但足夠低之壓力以避免基材104之網材之任何顯著變形或損壞。在一些適合實施例中，由至少兩個相鄰滾筒114施加於基材104之網材之壓力設定為網材橫向方向XWD上之基材104之跨網材之網材橫向跨度S _w之0磅至210磅之力(即，網材橫向方向XWD上之網材之邊緣至邊緣距離)(圖6、圖8A)，諸如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或210 lb之力。

在一個適合實施例中，相鄰滾筒114之至少一者係可為由電動馬達驅動之高摩擦滾筒之順應式滾筒，且相鄰滾筒114之另一者係低摩擦被動滾筒。順應式滾筒可具有由能夠在基材104之網材上提供足夠抓握之橡膠或聚合物製成之至少外表面，以在基材104之網材上提供推力或拉力以將其透過生產系統100輸送。在一個實施例中，相鄰滾筒114之至少一者係具有約3.8英寸(諸如3.863英寸(98.12 mm))之直徑之鋼滾筒。在另一實施例中，相鄰滾筒114之至少一者係具有約2.5英寸(諸如2.54英寸(64.51 mm))之直徑之橡膠滾筒。在又一實施例中，相鄰滾筒114之一或多者包含放置於其上之橡膠環，其可經調整以沿滾筒之寬度放置於任何位置，每環具有約3.90英寸(99.06 mm)之外徑。應瞭解，只要滾筒如本文所描述起作用，滾筒之直徑可小於或大於此等量。在一個實施例中，將橡膠環放置於滾筒上以在其連續外緣處接觸基材104之網材以在網材順向方向上驅動基材104之網材。因此，藉由經由使用者介面116控制高摩擦滾筒之旋轉速率來控制基材104之網材之速度。在其他實施例中，相鄰滾柱114之各者可由允許生產系統100如本文所描述起作用之任何高摩擦或低摩擦材料製成。應瞭解，一個或複數個相鄰滾筒114可連接至馬達(圖中未展示)以控制通過夾片之基材104之網材之速度。生產系統100可包含一個或多個額外軋輥122、132以促進控制透過生產系統100輸送之基材104之網材之速度，其可經由使用者介面116控制。當使用多個軋輥112、122及132時，軋輥112、122及132之各者可經由使用者介面116設定為相同速度使得基材104之網材透過生產系統100平滑地輸送。

生產系統100亦可包含張力調節輥(dancer) 118。如圖2中所見，圖中所繪示之張力調節輥118包含一對滾筒，其等彼此隔開但圍繞張力調節輥118之該對滾筒之間的中心軸連接。張力調節輥118之該對滾筒可圍繞中心軸旋轉，藉此被動地調整基材104之網材上之張力。例如，若基材104之網材上之張力超過預定臨限值，則張力調節輥118之該對滾筒圍繞中心軸旋轉以減小網材上之張力。因此，張力調節輥118可僅使用張力調節輥118之質量(例如該等滾筒之一或多者之質量)、彈簧、扭桿或可經由使用者介面116由使用者調整或控制之其他偏壓/拉緊器件以確保在基材104之網材上持續維持適當張力。在一個實施例中，減小或最小化張力調節輥118之質量及張力調節輥118之慣性以允許在500克力或低於500克力之網材張力，例如藉由使用由鋁製成之空心滾筒。在其他實施例中，張力調節輥118之滾筒由其他輕質材料製成，諸如碳纖維、鋁合金、鎂、其他輕質金屬及金屬合金、玻璃纖維或允許足夠低之質量以提供500克力或低於500克力之網材張力之任何其他適合材料。在又一實施例中，抵消張力調節輥118之滾筒以允許基材104之網材中之250克力或更小之張力。

生產系統100包含一個或多個雷射系統120a、120b及120c。圖2中所展示之實施例包含三個雷射系統120a至120c，但應瞭解，可使用任何數目個雷射系統120來允許生產系統100如本文所描述起作用。參考圖3進一步描述雷射系統120a至120c。在一個適合實施例中，雷射系統120a至120c之至少一者包含經組態以朝向切割充氣部304發射雷射光束302之雷射器件300。在圖中所繪示之實施例中，切割充氣部304包含卡盤306及真空308。卡盤306之細節最佳地展示於下文進一步描述之圖4及圖13中。在一個適合實施例中，一個或多個檢驗器件310、312與雷射系統120相鄰，其等可為視覺檢驗器件，諸如攝影機或允許生產系統100如本文進一步描述起作用之任何其他適合檢驗系統。

圖2中所繪示之例示性生產系統100包含一個或多個清潔站，諸如塗刷站124及氣刀126。如本文進一步描述，各清潔站經組態以移除或以其他方式促進自基材104之網材移除碎屑(圖中未展示)。

圖2之生產系統100包含用於識別缺陷之檢驗站128及用於標記基材104網材之相關聯之缺陷標記系統130以識別所識別之缺陷之位置，如本文進一步描述。

在一個適合實施例中，基材104之網材經由重繞滾筒134與經由交錯滾筒136退繞以產生一卷電極140之交錯材料138之網材一起重繞，其中電極層由交錯材料138之網材分離。在一些實施例中，基材104之網材可在無需交錯材料138之網材之情況中經由重繞滾筒134重繞。

應注意，該系列軋輥112、122及132、惰輪108a至108x及張力調節輥118可一起指稱用於透過生產系統100輸送基材104之網材之輸送系統。如本文所使用，輸送系統或基材104之網材之輸送係指基材104之網材在網材順向方向WD上透過生產系統100之預期移動。

參考圖5，基材104之網材可為適合於生產用於如本文所描述之電池之電極組件之任何材料。例如，基材104之網材可為電絕緣分離器材料500、陽極材料502或陰極材料504。在一個適合實施例中，基材104之網材係適合於用作為二次電池中之分離器之電絕緣及離子可滲透聚合物編織材料。

在另一適合實施例中，基材104之網材係陽極材料502之網材，其可包含陽極集電器層506及陽極活性材料層508。在一個實施例中，陽極集電器層506包括導電金屬，諸如銅、銅合金或適合作為陽極集電器層之任何其他材料。陽極活性材料層508可形成為陽極集電器層506之第一表面上之第一層及陽極集電器層506之第二相對表面上之第二層。在另一實施例中，陽極集電器層506及陽極活性材料層508可互混。第一表面及第二相對表面可指稱基材104之網材之主表面或前表面及後表面。如本文所使用，主表面係指由網材順向方向WD上之基材104之網材之長度及網材橫向方向XWD上之基材104之網材之跨度形成之平面界定之表面。

一般而言，當基材104之網材係陽極材料502之網材時，其(若干)陽極活性材料層508將(各)具有至少約10 μm之厚度。例如，在一個實施例中，(若干)陽極活性材料層508將(各)具有至少約40 μm之厚度。舉進一步實例而言，在一個此實施例中，(若干)陽極活性材料層508將(各)具有至少約80 μm之厚度。舉進一步實例而言，在一個此實施例中，陽極活性材料層508將(各)具有至少約120 μm之厚度。然而，通常，(若干)陽極活性材料層508將(各)具有小於約60 μm或甚至小於約30 μm之厚度。

用作為(若干)陽極活性材料層508之例示性陽極活性材料包含碳材料(諸如石墨、軟碳或硬碳或石墨烯(例如單壁或多壁碳奈米管))，或能夠插入鋰或與鋰形成合金之金屬、半金屬、合金、氧化物、氮化物及化合物之範圍內之任何者。能夠構成陽極材料502之金屬或半金屬之具體實例包含石墨、錫、鉛、鎂、鋁、硼、鎵、矽、Si/C複合物、Si/石墨混合物、氧化矽(SiO _x)、多孔矽、金屬間Si合金、銦、鋯、鍺、鉍、鎘、銻、銀、鋅、砷、鉿、釔、鋰、鈉、石墨、碳、鈦酸鋰、鈀及其混合物。在一個例示性實施例中，陽極活性材料層508包括鋁、錫或矽，或其等之氧化物、其等之氮化物、其等之氟化物或其等之其他合金。在另一例示性實施例中，陽極活性材料層508包括矽或其合金或氧化物。

在一個實施例中，當鋰離子(或其他載體離子)在充電及放電程序期間併入或離開陽極活性材料層508時，陽極活性材料層508被微結構化以提供顯著空隙體積分率以適應體積膨脹及收縮。通常，陽極活性材料層508 (之各者)之空隙體積分率係至少0.1。然而，通常，陽極活性材料層508 (之各者)之空隙體積分率不大於0.8。例如，在一個實施例中，陽極活性材料層508 (之各者)之空隙體積分率係約0.15至約0.75。舉進一步實例而言，在一個實施例中，陽極活性材料層508之空隙體積分率約為0.2至0.7。作為進一步實例，在一個實施例中，陽極活性材料層508 (之各者)之空隙體積分率係約0.25至約0.6。

取決於微結構化陽極活性材料層508之組成及其形成方法，微結構化陽極活性材料層508可包括大孔、微孔或介孔材料層或其等之組合，諸如微孔及介孔之組合，或介孔及大孔之組合。微孔材料通常由小於10 nm之孔尺寸、小於10 nm之壁尺寸、1至50微米之孔深度及通常由「海綿狀」及不規則外觀、不平滑之壁及分支孔特徵化之孔形態特徵化。介孔材料通常由10至50 nm之孔尺寸、10至50 nm之壁尺寸、1至100微米之孔深度及通常由略良好界定之分支孔或樹枝狀孔特徵化之孔形態特徵化。大孔材料通常由大於50 nm之孔尺寸、大於50 nm之壁尺寸、1至500微米之孔深度及可變動、筆直、分支或樹枝狀，及平滑或粗糙壁之孔形態特徵化。另外，空隙體積可包括開放或空隙閉合空隙，或其等之組合。在一個實施例中，空隙體積包括開放空隙，即，陽極活性材料層508含有在陽極活性材料層508之順向表面處具有開口之空隙，鋰離子(或其他載體離子)可透過其進入或離開陽極活性材料層508；例如，鋰離子可在離開陰極活性材料層512之後透過空隙開口進入陽極活性材料層508。在另一實施例中，空隙體積包括閉合空隙，即，陽極活性材料層508含有圍封於陽極活性材料層508內之空隙。通常，開放空隙可針對載體離子提供更大界面面積而閉合空隙趨向於不太容易受固體電解質介面影響，而各空隙在載體離子進入之後針對陽極活性材料層508之膨脹提供空間。因此，在某些實施例中，較佳的係陽極活性材料層508包括開放及閉合空隙之組合。

在一個實施例中，陽極活性材料層508包括多孔鋁、錫或矽或其等之合金、氧化物或氮化物。多孔矽層可藉由(例如)陽極化、藉由蝕刻(例如藉由將貴金屬(諸如金、鉑、銀或金/鈀)沈積於單晶矽之表面上及使用氫氟酸及過氧化氫之混合物蝕刻表面)，或藉由本技術中已知之其他方法(諸如圖案化化學蝕刻)形成。另外，多孔陽極活性材料層508通常將具有至少約0.1但小於0.8之孔隙度分率且具有約1至約100微米之厚度。例如，在一個實施例中，陽極活性材料層508包括多孔矽，具有約5至約100微米之厚度，且具有約0.15至約0.75之孔隙度分率。舉進一步實例而言，在一個實施例中，陽極活性材料層508包括多孔矽，具有約10至約80微米之厚度，且具有約0.15至約0.7之孔隙度分率。舉進一步實例而言，在一個此實施例中，陽極活性材料層508包括多孔矽，具有約20至約50微米之厚度，且具有約0.25至約0.6之孔隙度分率。舉進一步實例而言，在一個實施例中，陽極活性材料層508包括多孔矽合金(例如矽化鎳)，具有約5至約100微米之厚度，且具有約0.15至約0.75之孔隙度分率。

在另一實施例中，陽極活性材料層508包括鋁、錫或矽之纖維或其等之合金。個別纖維可具有約5 nm至約10,000 nm之直徑(厚度尺寸)及通常對應於陽極活性材料層508之厚度之長度。矽之纖維(奈米線)可(例如)藉由化學氣相沈積或本技術中已知之其他技術(諸如氣液固(VLS)生長及固液固(SLS)生長)形成。另外，陽極活性材料層508通常將具有至少約0.1但小於0.8之孔隙度分率且具有約1至約200微米之厚度。例如，在一個實施例中，陽極活性材料層508包括矽奈米線，具有約5至約100微米之厚度，且具有約0.15至約0.75之孔隙度分率。舉進一步實例而言，在一個實施例中，陽極活性材料層508包括矽奈米線，具有約10至約80微米之厚度，且具有約0.15至約0.7之孔隙度分率。舉進一步實例而言，在一個此實施例中，陽極活性材料層508包括矽奈米線，具有約20至約50微米之厚度，且具有約0.25至約0.6之孔隙度分率。舉進一步實例而言，在一個實施例中，陽極活性材料層508包括矽合金(例如矽化鎳)之奈米線，具有約5至約100微米之厚度，且具有約0.15至約0.75之孔隙度分率。

一般而言，陽極集電器層506將具有至少約10 ³西門子/cm之導電率。例如，在一個此實施例中，陽極集電器層506將具有至少約10 ⁴西門子/cm之導電率。舉進一步實例而言，在一個此實施例中，陽極集電器層506將具有至少約10 ⁵西門子/cm之導電率。適合於用作為陽極集電器層506之例示性導電材料包含金屬，諸如銅、鎳、鈷、鈦及鎢及其等之合金。

再次參考圖5，在另一適合實施例中，基材104之網材係陰極材料504之網材，其可包含陰極集電器層510及陰極活性材料層512。陰極材料504之陰極集電器層510可包括鋁、鋁合金、鈦或適合於用作為陰極集電器層510之任何其他材料。陰極活性材料層512可形成為陰極集電器層510之第一表面上之第一層及陰極集電器層510之第二相對表面上之第二層。陰極活性材料層512可塗佈於陰極集電器層510之一側或兩側上。類似地，陰極活性材料層512可塗佈於陰極集電器層510之一個或兩個主表面上。在另一實施例中，陰極集電器層510可與陰極活性材料層512互混。

一般而言，當基材104之網材係陰極材料504之網材時，其(若干)陰極活性材料層512將(各)具有至少約20 µm之厚度。例如，在一個實施例中，(若干)陰極活性材料層512將(各)具有至少約40 µm之厚度。舉進一步實例而言，在一個此實施例中，(若干)陰極活性材料層512將(各)具有至少約60 µm之厚度。舉進一步實例而言，在一個此實施例中，(若干)陰極活性材料層512將(各)具有至少約100 µm之厚度。然而，通常，(若干)陰極活性材料層512將(各)具有小於約90 µm或甚至小於約70 µm之厚度。

例示性陰極活性材料包含廣泛範圍之陰極活性材料之任何者。例如，對於鋰離子電池，陰極活性材料層512可包括選自過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物、過渡金屬氮化物，可選擇性地使用鋰過渡金屬氧化物、鋰過渡金屬硫化物及鋰過渡金屬氮化物。此等過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物及過渡金屬氮化物之過渡金屬元素可包含具有d殼或f殼之金屬元素。此金屬元素之具體實例係Sc、Y、鑭系元素、錒系元素、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pb、Pt、Cu、Ag及Au。額外陰極活性材料包含LiCoO ₂、LiNi _0.5Mn _1.5O ₄、Li(Ni _xCo _yAl _z)O ₂、LiFePO ₄、Li ₂MnO ₄、V ₂O ₅、氧硫化鉬、磷酸鹽、矽酸鹽、釩酸鹽、硫、硫化合物、氧(空氣)、Li(Ni _xMn _yCo _z)O ₂及其等之組合。

通常，陰極電流導體層510將具有至少約10 ³西門子/cm之導電率。例如，在一個此實施例中，陰極電流導體層510將具有至少約10 ⁴西門子/cm之導電性。舉進一步實例而言，在一個此實施例中，陰極電流導體層510將具有至少約10 ⁵西門子/cm之導電性。例示性陰極電流導體層510包含金屬，諸如鋁、鎳、鈷、鈦及鎢及其等之合金。

再次參考圖5，在另一適合實施例中，基材104之網材係電絕緣但離子可滲透之分離器材料之網材。電絕緣分離器材料500經調適以使二次電池之陽極群體之各構件與陰極群體之各構件電隔離。電絕緣分離器材料500通常包含可滲透非水電解質之微孔分離器材料；例如，在一個實施例中，微孔分離器材料包含具有至少50 Å、更通常地在約2,500 Å之範圍內之直徑及在約25%至約75%之範圍內、更通常地在約35%至約55%之範圍內之孔隙度之孔隙。

一般而言，當基材104之網材係電絕緣分離器材料500之網材時，電絕緣分離器材料500將具有至少4 µm之厚度。例如，在一個實施例中，電絕緣分離器材料500將具有至少約8 µm之厚度。舉進一步實例而言，在一個此實施例中，電絕緣分離器材料500將具有至少約12 µm之厚度。舉進一步實例而言，在一個此實施例中，電絕緣分離器材料500將具有至少約15 µm之厚度。然而，通常，電絕緣分離器材料500將具有小於約12 µm或甚至小於約10 µm之厚度。

在一個實施例中，微孔分離器材料包括微粒材料及黏結劑，且具有至少約20體積%之孔隙度(空隙分率)。微孔分離器材料之孔隙將具有至少50 Å且將通常落在250 Å至2,500 Å之範圍內之直徑。微孔分離器材料將通常具有小於約75體積%之孔隙度。在一個實施例中，微孔分離器材料具有至少約25體積%之孔隙度(空隙分率)。在一個實施例中，微孔分離器材料將具有約35體積%至約55體積%之孔隙度。

微孔分離器材料之黏結劑可選自廣泛範圍之無機或聚合材料。例如，在一個實施例中，黏結劑係選自由矽酸鹽、磷酸鹽、鋁酸鹽、鋁矽酸鹽及氫氧化物(諸如氫氧化鎂、氫氧化鈣等)組成之群組之有機材料。例如，在一個實施例中，黏結劑係自含有二氟乙烯、六氟丙烯、四氟丙烯及其類似者之單體衍生之氟聚合物。在另一實施例中，黏結劑係具有變化分子量及密度之範圍之任何者之聚烯烴(諸如聚乙烯、聚丙烯或聚丁烯)。在另一實施例中，黏結劑選自由乙烯-二烯-丙烯三元共聚物、聚苯乙烯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚乙二醇、聚乙酸乙烯酯、聚乙烯丁醛、聚縮醛及聚乙二醇二丙烯酸酯組成之群組。在另一實施例中，黏結劑選自由甲基纖維素、羧甲基纖維素、苯乙烯橡膠、丁二烯橡膠、苯乙烯-丁二烯橡膠、異戊二烯橡膠、聚丙烯醯胺、聚乙烯醚、聚丙烯酸、聚甲基丙烯酸及聚氧化乙烯組成之群組。在另一實施例中，黏結劑選自由丙烯酸酯、苯乙烯、環氧樹脂及聚矽氧組成之群組。在另一實施例中，黏結劑係前述聚合物之兩者或兩者以上之共聚物或混合物。

由微孔分離器材料所包含之微粒材料亦可選自廣泛範圍之材料。一般而言，此等材料在操作溫度下具有相對較低之電子及離子導電率且在接觸微孔分離器材料之電池電極或集電器之操作電壓下不腐蝕。例如，在一個實施例中，微粒材料對於載體離子(例如鋰)具有小於1×10 ⁻⁴S/cm之導電率。舉進一步實例而言，在一個實施例中，微粒材料對於載體離子具有小於1×10 ⁻⁵S/cm之導電率。舉進一步實例而言，在一個實施例中，微粒材料對於載體離子具有小於1×10 ⁻⁶S/cm之導電率。例示性微粒材料包含微粒聚乙烯、聚丙烯、TiO ₂-聚合物複合物、二氧化矽氣凝膠、氣相式二氧化矽、矽膠、二氧化矽水凝膠、二氧化矽乾凝膠、二氧化矽溶膠、膠體二氧化矽、氧化鋁、二氧化鈦、氧化鎂、高嶺土、滑石、矽藻土、矽酸鈣、矽酸鋁、碳酸鈣、碳酸鎂或其等之組合。例如，在一個實施例中，微粒材料包括微粒氧化物或氮化物，諸如TiO ₂、SiO ₂、Al ₂O ₃、GeO ₂、B ₂O ₃、Bi ₂O ₃、BaO、ZnO、ZrO ₂、BN、Si ₃N ₄、Ge ₃N ₄。參閱(例如) P. Arora及J. Zhang之「Battery Separators」Chemical Reviews 2004, 104, 4419至4462。在一個實施例中，微粒材料將具有約20 nm至約2微米、更通常地200 nm至1.5微米之平均顆粒大小。在一個實施例中，微粒材料將具有約500 nm至約1微米之平均顆粒大小。

在替代實施例中，包括微孔分離器材料之微粒材料可藉由技術(諸如燒結、結合、固化等)結合同時維持電解質進入期望之空隙分率以提供電池發揮功能所需之離子導電率。

在組裝能量儲存器件中，微孔分離器材料滲透適合於用作為二次電池電解質之非水電解質。通常，非水電解質包括溶解在有機溶劑及/或溶劑混合物中之鋰鹽及/或鹽之混合物。例示性鋰鹽包含無機鋰鹽，諸如LiClO ₄、LiBF ₄、LiPF ₆、LiAsF ₆、LiCl及LiBr；及有機鋰鹽，諸如LiB(C ₆H ₅) ₄、LiN(SO ₂CF ₃) ₂、LiN(SO ₂CF ₃) ₃、LiSO ₂CF ₃、LiSO ₂CF ₅、LiSO ₂C ₄F ₉、LiSO ₂C ₅F ₁₁、LiSO ₂C ₆F1 ₃及LiSO ₂C ₇F ₁₅。溶解鋰鹽之例示性有機溶劑包含環酯、鏈酯、環醚及鏈醚。環酯之具體實例包括碳酸丙烯酯、碳酸丁烯酯、γ-丁內酯、碳酸乙烯酯、2-甲基-γ-丁內酯、乙醯-γ-丁內酯及γ-戊內酯。鏈酯之具體實例包含碳酸二甲酯、碳酸二乙酯、碳酸二丁酯、碳酸二丙酯、碳酸甲基乙酯、碳酸甲基丁酯、碳酸甲基丙酯、碳酸乙基丁酯、碳酸乙基丙酯、碳酸丁酯、丙酸烷基酯、丙二酸二烷基酯及乙酸烷基酯。環醚之具體實例包括四氫呋喃、烷基四氫呋喃、二烷基四氫呋喃、烷氧基四氫呋喃、二烷氧基四氫呋喃、1,3-二氧雜環戊烷、烷基-1,3-二氧雜環戊烷及1,4-二氧雜環戊烷。鏈醚之具體實例包括1,2-二甲氧基乙烷、1,2-二乙氧基乙烷、二乙醚、乙二醇二烷基醚、二甘醇二烷基醚、三甘醇二烷基醚及四甘醇二烷基醚。

在又其他實施例中，基材104之網材可為適合於生產用於固態二次電池之電極組件之任何材料，諸如2017年1月24日發佈之美國專利第9,553,332號中所描述之材料，該專利之全部內容以引用的方式併入本文中。例如，在一些實施例中，基材104之網材可包括電極集電器材料，諸如負電極集電器或正電極集電器材料。在一些實施例中，電極集電器材料可包括銅、鎳、塗鎳銅、塗鐵銅、塗銅鋁、鋁、鈦、不銹鋼或已知不與鋰合金化且經組態以充當陽極集電器之其他材料。在另一實施例中，基材104之網材係包括鋁、鋁箔、塗碳鋁箔之正電極集電器材料。在此等實施例中，電極集電器材料可為使用標準路由產生(諸如電鍍、無電電鍍、PVD、金屬奈米顆粒燒結及/或具有後減數之溶膠-凝膠)之金屬塗層而非箔。

在另一實施例中，例如對於固態二次電池，基材104之網材可包括諸如美國專利第9,553,332號中所描述之固態電解質材料。在此實施例中，基材104之網材可包括具有大於10 ⁻⁵S/cm之導電率之快速鋰離子導體，諸如石榴石、LiPON、反鈣鈦礦、LISICON、含硫-LISICON、硫化物、硫氧化物、聚合物、複合聚合物、離子液體、凝膠或有機液體。電解質具有在自約0.1 μm至約40 μm之範圍內之厚度，但包含各種變動。在一些實例中，電解質厚度係25 μm，即，25微米。在一些實例中，電解質厚度係25 μm或更小，即，25微米或更小。

在另一實施例中，例如對於固態二次電池，基材104之網材可包括諸如美國專利第9,553,332號中所描述之陰極材料。在此實施例中，基材104之網材包括具有含鋰、鍺、磷及硫(「LGPS」)之材料或含鋰、矽、磷及硫(「LSPS」)之材料之陰極電解質材料，材料之各者組態於多晶或非晶狀態中。在此實施例中，陰極電解質材料具有大於10 ⁻⁴S/cm且更佳地大於10 ⁻³S/cm之離子導電率。在一個實施例中，陰極電解質材料具有小於活性區域顆粒大小之顆粒大小。例如，在一些實施例中，中數陰極電解質顆粒具有比中數活性顆粒大小小三倍或三倍以上之直徑。陰極電解質材料可交替地組態於核心-殼結構作為陰極活性材料周圍之塗層。在進一步變動中，陰極電解質材料可組態為奈米桿或奈米線。在此實施例中，基材104之網材亦可包含陰極導電物種，諸如碳、活性碳、炭黑、碳纖維、碳奈米管、石墨、石墨烯、富勒烯、金屬奈米線、super P及本技術中已知之其他材料。陰極區域進一步包括黏結劑材料以在循环期間改良陰極與基板之黏合性及陰極與自身之內聚性。在實施例中，陰極電解質材料具有在含有LGPS或LSPS之材料內組態之氧物種。在另一實施例中，氧物種具有與硫物種之1:2及以下之比率以形成LGPSO材料或LSPSO材料。在一個實例中，氧物種少於LGPSO材料之20%。

在其他實施例中，基材104之網材可適合於生產諸如上文參考之美國專利第9,553,33號中所描述之用於固態二次電池之電極組件，其中陰極電解質材料特徵化為固體。在此實施例中，陰極電解質材料具有實質上固定之化合物結構，其行為類似於固體而非流體。在一個實施例中，藉由物理氣相沈積(PVD)、化學氣相沈積(CVD)、原子層沈積(ALD)及粉末之固態反應、粉末之機械研磨、溶液合成、蒸發或其等之任何組合來製備固體陰極電解質材料。在另一實施例中，陰極電解質材料在混合器或磨機中與活性材料混合，或與物理氣相沈積之不同組態混合，視情況與碳混合，且藉由凹版印刷、逗號刮刀塗佈(comma coating)、計量棒塗佈(meyer rod coating)、刮刀成型、槽模塗佈或使用習知技術塗佈於基板上。在另一實施例中，陰極電解質材料使用氣相生長、機械融合、液相生長、沈積於流化床或旋轉反應器中之顆粒或其等之組合或其類似者直接塗佈於陰極活性材料上。在另一實施例中，基材104之網材包括具有鋰物種之聚合物材料。聚合物材料可形成為上覆陰極電解質材料。在一些實施例中，聚合物材料係(尤其)聚丙烯腈、聚氧乙烯、PvDF、PvDF-HFP、橡膠(諸如丁二烯橡膠及苯乙烯-丁二烯橡膠)。

在一個實施例中，基材104之網材可具有分別黏附於陽極活性材料層508或陰極活性材料層512之一個或兩個表面之膠帶層(圖中未展示)。接著，可在燒蝕及切割(下文所描述)之後移除黏著層以移除不需要的材料或碎屑。

參考圖2至圖6進一步描述雷射系統120a至120c之實施例。基材104之網材在網材順向方向WD上進入雷射系統120。在一個實施例中，基材104之網材在尚未燒蝕或切割之第一條件400下進入雷射系統120a。因此，第一條件400中之基材104之網材應實質上不具有來自初始狀態之缺陷或替代。基材104之網材通過包含複數個真空孔406之卡盤306。真空孔406與真空308流體連接以在通過真空孔406之基材104之網材上汲取真空壓力。真空孔406可交錯及/或倒角以允許基材104之網材更容易地通過而不產生阻礙。孔之橫截面積必須足夠小以防止基材104之網材拉入其中，但必須足夠大以允許適當氣流自真空通過。真空壓力促進在跨卡盤306輸送時將基材104之網材維持在實質上扁平/平面狀態。在一些適合實施例中，雷射系統120對焦點敏感，且在此等實施例中，關鍵的係將基材104網材保持在與雷射輸出313之實質上恒定距離(例如自預定位置之+/-100微米)以確保雷射光束302在切割或燒蝕程序期間接觸基材104之網材時聚焦。因此，透過真空孔406之真空壓力可(例如)經由使用者介面116即時監視及調整以確保基材104之網材跨卡盤306保持實質上扁平且在處理時不提升或皺縮。真空孔406之橫截面形狀可為圓形、方形、矩形、卵形或允許卡盤306如本文所描述起作用之任何其他形狀。

如圖4中所見，卡盤306 (例如支撐表面)包含由上游邊緣412及下游邊緣414界定之開口410。圖中所繪示之卡盤306包含下游邊緣414上之倒角416。在此實施例中，倒角416促進基材104之網材通過下游邊緣414而不會使基材104之網材扣在或鉤在下游邊緣414上。倒角416之角度α可在1度及90度之間，諸如5度、10度、15度、20度、25度、30度、35度、40度、45度、50度、55度、60度、65度、70度、75度、80度、85度或允許倒角416如本文所描述起作用之任何其他角度。例如，在圖中所繪示之實施例中，角度α係近似25度。已發現若倒角416之角度α大於通過倒角416之基材104網材之偏轉，則改良效能。倒角416之上緣418可倒圓以提供自倒角416至卡盤306之表面之平滑過渡。

在一個適合實施例中，卡盤306由鋁形成。然而，卡盤306可由鋁合金、複合物、金屬或金屬合金或允許卡盤306如本文所描述起作用之任何其他適合材料形成。在一個實施例中，卡盤306之材料(諸如鋁)促進雷射加工期間自網材之熱耗散。

在一個適合實施例中，首先由雷射光束302 (圖3)燒蝕基材104之網材以在基材104之網材中產生燒蝕404 (圖4)使得其在由雷射光束302燒蝕之後處於第二條件402中。在一個實施例中，基材104之網材係陽極材料502，且燒蝕404移除陽極活性材料層508以曝露陽極集電器層506 (圖5)。在另一實施例中，基材104之網材係陰極材料504，且燒蝕404移除陰極活性材料層512以曝露陰極電流導體層510。在一個實施例中，燒蝕404組態為電極片(經調適以將陰極集電器層510及陽極集電器層506分別電連接至二次電池之正極及負極端子)。當使用雷射系統120a在基材104之網材中製作燒蝕404時，雷射光束302之功率設定為能夠實質上完全或完全移除塗層但將不損壞或切斷集電器層之位準。在使用中，(例如)經由使用者介面116控制雷射光束302以當基材104之網材在運動中且在網材順向方向WD上輸送時產生燒蝕404。燒蝕404在基材104之網材之各側上產生，如圖5中最佳展示。在一個實施例中，在製作燒蝕404之後，雷射系統120a形成基準特徵602，如本文進一步描述。在另一實施例中，多個雷射系統120a可用於各燒蝕基材104之網材之部分以各產生一個或多個燒蝕404以增加生產系統100之處理量。

進一步參考圖2、圖3及圖4，在生產系統之另一階段中，材料104之網材在網材順向方向WD上朝向雷射系統120a之切割區域408輸送。切割區域408包含卡盤306之開口410。在一個實施例中，開口410與真空308流體連通以在通過開口410之基材104之網材上汲取真空壓力。在一個適合實施例中，開口410在網材橫向方向XWD上比基材104之網材寬，使得網材橫向方向XWD上之基材104之網材之整個寬度懸吊於開口410上。在一個實施例中，可存在第二真空，經組態以等化與卡盤306相對之基材104之網材上之壓力。在此實施例中，壓力中之等化促進當通過開口410時將基材104之網材維持在實質上扁平/平面狀態中及一致高度，其促進將雷射光束302之焦點維持在基材104之網材上。在一個實施例中，載體網材可用於支撐基材104之網材。在一些實施例中，使用低黏性黏著劑或靜電釘紮將載體網材可移除地附接至基材104之網材。在此等實施例中，附件具有足夠黏著性以在處理期間保持附接至基材104之網材但可移除而不引起對基材104之網材之損壞。在一個實施例中，載體網材係不吸收在處理基材104之網材期間使用之雷射波長之材料，使得載體網材將不被切割、蒸發或燒蝕，且因此可在基材104之其他網材上重新使用。

雷射系統120a經組態以切割一個或多個圖案(諸如個別電極圖案800 (圖8)，其亦可指稱電極撕裂圖案或弱化撕裂圖案)，以在基材104之網材位於開口410上時，劃定基材104之網材中之電極結構之群體之各構件。在一個實施例中，可存在複數個開口410，當基材104之網材在各自電極圖案上時，針對其切割電極圖案800之一或多者。參考圖6，圖案可包含界定網材橫向方向XWD上之電極之橫向邊緣之一個或多個橫向邊緣切口600。當在網材順向方向WD上輸送基材104之網材時，使用雷射光束302在網材橫向方向XWD上切割基材104之網材以切割橫向邊緣切口600。網材橫向方向XWD正交於網材順向方向WD。應注意，在一個實施例中，為產生實質上垂直於網材順向方向WD之橫向邊緣切口600，必須控制雷射光束302以依相對於網材順向方向WD之角度移動以解釋基材104之網材在網材順向方向WD上之移動。例如，當基材104之網材在網材順向方向WD上移動時，雷射光束302之路徑在初始切割位置604處投射至基材104之網材上，且接著與基材104之網材在網材方向上同步運動。因此，控制雷射光束302之路徑以在網材橫向方向XWD及網材順向方向WD兩者上行進直至到達端切割位置606以產生橫向邊緣切口600。在此實施例中，將補償因數應用於雷射光束302之路徑以允許當基材104之網材在網材順向方向WD上連續行進時，在網材橫向方向XWD上切割。應瞭解，雷射光束302行進之角度基於基材104之網材在網材順向方向WD上之速度而變動。在另一實施例中，在雷射處理操作期間，基材104之網材暫時停止，且因此，雷射光束302之路徑不需要解釋基材104之網材在網材順向方向WD上之行進運動。此實施例可指稱步進程序，或步進及重複程序。在雷射處理期間，雷射系統120a至120c之一或多者使用重複對準特徵(諸如基準特徵602)以在雷射處理操作期間調整/對準雷射光束302以(例如)補償基材104之網材之定位中之可能變動。

應瞭解，儘管如本文所描述之雷射處理操作使得橫向邊緣切口600在網材橫向方向XWD上界定，使得個別電極圖案800之重複圖案在網材橫向方向XWD上對準，但在其他實施例中，可控制本文所描述之雷射處理操作使得橫向邊緣切口600及所有相關聯之切口、穿孔及燒蝕操作分別垂直定向。例如，橫向邊緣切口600可在網材順向方向WD上對準，使得個別電極圖案800之群體在網材順向方向WD而非網材橫向方向XWD上對準。

在一個實施例中，雷射系統120a在個別電極圖案800之一或多者之間切割繫桿614。繫桿614可用於在個別電極圖案800之群組之間劃定。例如，在圖6中所展示之實施例中，在五個個別電極圖案800之群組之間切割繫桿614。然而，在其他實施例中，任何數目個個別電極圖案800之後可包含繫桿614，或根本不存在。繫桿614分別由上游及下游繫桿邊緣切口616、618界定。在一些實施例中，拉桿614經設定大小以在處理期間將額外結構剛度提供至基材104之網材。

另外，在一個適合實施例中，雷射系統120a切割基材104之網材中之重複對準特徵(諸如複數個基準特徵602)之一或多者。在一個實施例中，基準特徵602係基準貫穿孔。基準特徵602在基材104之網材上之已知位置處切割。基準特徵602在圖6中展示為圓形，但可為如圖8中所展示之矩形，或允許生產系統100如本文所描述起作用之任何大小或形狀。基準特徵602由量測基準特徵602之位置及行進速度之視覺檢驗器件310、312追蹤。基準特徵602之量測接著用於準確地允許基材104之網材上之圖案在網材順向方向WD及網材橫向方向XWD兩者上前後對準。雷射系統120a亦可切割複數個定軌器孔612，可用於對準基材104之網材，或可用作為與用於基材104之網材之定位及張力控制之齒輪1210 (圖12)嚙合之孔。定軌器孔612可為圓形、方形或允許生產系統100如本文所描述起作用之任何其他形狀。在另一適合實施例中，基材104之網材具有在退繞且透過生產系統100輸送之前在其中預切割之複數個定軌器孔612及/或基準特徵602。在一個實施例中，存在基準特徵602與個別電極圖案800之一比一之比率。在其他實施例中，可存在每各個別電極圖案800兩個或更多個基準特徵602。

參考圖2及圖6，在一個適合實施例中，雷射系統120a在基材104之網材中切割第一穿孔608及第二穿孔610作為個別電極圖案800之部分。第一穿孔608亦可指稱「外穿孔」，因為其位於網材橫向方向XWD上之個別電極圖案800外部，且第二穿孔610亦可指稱「內穿孔」因為其位於網材橫向方向XWD上之外穿孔608內側。穿孔608、610最佳展示於圖7中，其係基材104之網材之部分613 (圖5)之放大圖。在基材104之網材定位於卡盤306中之開口410上時，藉由使用雷射光束302雷射切割而形成第一穿孔608。第一穿孔608在與網材順向方向WD對準之方向上形成為線性狹縫(例如貫穿切口)。重要的係，第一穿孔608不跨電極W _e之整個寬度延伸。替代地，外撕條700保留在第一穿孔608之上游及下游邊緣上，以確保個別電極圖案800保持連接至基材104之網材。

類似地，進一步參考圖6及圖7，第二穿孔610自第一穿孔608內側形成(在網材橫向方向XWD上)。在一個適合實施例中，第二穿孔610在網材順向方向WD上形成為由內撕條702分離之一行狹縫。在圖中所展示之實施例中，第二穿孔610透過孔704相交。在圖中所展示實施例中，內撕條702係外撕條700之長度之至少兩倍，使得分離外撕條700所需之破裂力係使內撕條702與基材104之網材分離所需之破裂力之近似一半。在其他實施例中，外撕條700及內撕條702之破裂強度之比率可分別變動，但較佳的係外撕條700具有低於內撕條702之破裂強度，使得在將拉伸或剪切力施加於基材104之網材之邊緣之後，外撕條700將在內撕條702之前破裂。

參考圖3、圖4及圖6，藉由對卡盤306之開口410上之橫向邊緣切口600、基準特徵602及第一及第二穿孔608、610執行雷射切割，其允許碎屑透過開口410落下且亦允許真空308收集在雷射切割程序期間形成之碎屑。

在一個適合實施例中，雷射系統120a組態為第一燒蝕站。在此實施例中，如上文所描述，雷射系統120a在基材104之網材之第一表面上形成燒蝕404。在離開雷射系統120a時，基材網材104通過以使得基材104之網材之第二表面(與第一表面相對)經定位以由雷射系統120b (在此實施例中組態為第二燒蝕站)處理之方式翻轉基材104之網材之惰輪108d。在此實施例中，雷射系統120b經組態以使用基準特徵602來確保在網材順向方向WD及網材橫向方向XWD上之對準。因此，雷射系統120b對基材104之網材之相對表面執行第二燒蝕程序，使得基材104之網材之各表面上之燒蝕404在網材順向方向WD及網材橫向方向XWD上對準。在一個實施例中，燒蝕404組態為電極之集電器突片。

在一個實施例中，圖2中所見之雷射系統120c組態為雷射切割站。在此實施例中，雷射系統120c執行雷射切口，諸如橫向邊緣切口600，及第一及第二穿孔608及610。

在一個適合實施例中，雷射系統120a至120c之雷射器件300之一或多者係20瓦特光纖雷射。在實施例中，雷射系統120a至120c之適合雷射器件300具有在自10瓦特至5,000瓦特之範圍內(諸如自0 W至100 W、100 W至250 W、250 W至1 kW、1 kW至2.5 kW、2.5 kW至5 kW)之雷射功率。適合雷射器件300將包含具有自150 nm至10.6 µm (例如(諸如)自150 nm至375 nm、375 nm至750 nm、750 nm至1500 nm及1500 nm至10.6 µm)之波長雷射光束302。在實施例中，雷射器件300將能夠具有連續波(cw)、微秒(µs)、奈秒(ns)、皮秒(ps)及飛秒(fs)脈衝類型之一或多者之雷射脈衝寬度類型。此等類型之雷射之任何者可單獨或組合使用作為雷射系統120a至120c之雷射器件300。在其他適合實施例中，雷射器件300係能夠允許雷射系統120a至120c如本文所描述執行之任何其他雷射。

在一些實施例中，基材104之網材可包含基準特徵602，在載入生產系統100中之前已被機器衝壓或雷射切割。在另一適合實施例中，基準特徵602可在基材104之網材之第一表面上形成燒蝕404之後機械地機器衝壓。在其他適合實施例中，生產系統100可包含可用於形成橫向邊緣切口600及/或第一及第二穿孔608、610之一或多者之一個或多個額外機械沖頭。

在一個實施例中，輸送機系統之滾筒之一或多者可不完全圓形，使得滾筒具有偏心率。在此情況中，尤其係若偏心滾筒係軋輥112、123、132，則基材104之網材可以使得基材104之網材之位置以取決於偏心滾筒之哪個部分與網材接觸而不同之方式前進之方式輸送。例如，若偏心滾筒具有超過滾筒之預期半徑的半徑之部分，則當滾筒之較大半徑部分推/拉網材時，網材可在網材順向方向WD上比預期前進更遠。同樣地，若偏心滾筒具有減小半徑部分，則網材可在網材順向方向WD上比預期前進減小距離。因此，在一個實施例中，可映射(若干)偏心滾筒以判定半徑對於徑向位置。接著，可控制雷射系統120a至120c以調整雷射光束302位置以基於(若干)滾筒之映射而解釋偏心率。在一個實施例中，滾筒之映射可儲存在使用者介面116之記憶體中。

在已離開雷射系統120a至120c之一或多者之後，可將基材104之網材輸送至一個或多個清潔站，諸如塗刷站124及氣刀126。在一個適合實施例中，塗刷站124包含在網材橫向方向XWD上行進之刷1000 (圖10及圖11)。刷1000包含由刷毛支架1004固持之一組刷毛1002。刷1000經組態以允許刷毛1002精細地接觸基材104之網材之表面且自該表面移除或移位任何碎屑。刷毛1002在基材104之網材之表面上之接觸壓力必須足夠低使得其不斷裂、破裂或以其他方式引起個別電極圖案800中之缺陷，且維持個別電極圖案800附接至基材104之網材。在一個實施例中，刷毛1002及基材104之網材之表面之間的法向力係自0至2 lbs，諸如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或2.0 lbs。在其他實施例中，法向力可大於2.0 lbs。

在一個實施例中，刷毛1002之長度係¾英寸(19.05 mm)。在一個實施例中，將刷毛1002插入或夾持於刷毛支架1004內近似1/8英寸。刷毛1002之直徑可在自0.003英寸(0.076 mm)至0.010英寸(0.254 mm)之間，諸如0.003英寸(0.076 mm)、0.004英寸(0.101 mm)、0.005英寸(0.127 mm)、0.006英寸(0.152 mm)、0.007英寸(0.177 mm)、0.008英寸(0.203 mm)、0.009英寸(0.228 mm)及0.010英寸(0.254 mm)。在一個適合實施例中，刷毛1002係尼龍刷毛。然而，在其他實施例中，刷毛1002可為允許刷1000如本文所描述起作用之任何其他天然或合成材料。

進一步參考圖10及圖11，在一個適合實施例中，為實現刷1000在網材橫向方向XWD上之移動，刷1000經由可旋轉耦合件1008 (諸如軸承、襯套或其類似者)連接至曲柄臂1006。曲柄臂1006經由第二可旋轉耦合件1012可旋轉地耦合至驅動輪1010。第二可旋轉耦合件1012耦合至驅動輪1010之偏心位置，使得曲柄臂1006在網材橫向方向XWD上之來回運動中振盪電刷1000。驅動輪1010耦合至馬達1014以實現驅動輪1010之旋轉。位置感測器1016感測耦合至驅動輪1010之刷位置標記1018之位置。因此，位置感測器1016可量測驅動輪1010之相位(例如角位置)及每次之旋轉。在一個實施例中，驅動輪1010被控制在每分鐘0至300轉(「rpm」)之範圍內(例如刷1000之每分鐘0至300次衝程)，諸如0 rpm、25 rpm、50 rpm、75 rpm、100 rpm、125 rpm、150 rpm、175 rpm、200 rpm、225 rpm、250 rpm、275 rpm及300 rpm。在其他實施例中，驅動輪1010之rpm可大於300 rpm。應注意，歸因於曲柄臂1006至驅動輪1010之連接，驅動輪1010之恒定rpm將引起刷1000之正弦速度變動。

在一個適合實施例中，第二刷(圖中未展示)位於與基材104之網材之相對表面接觸之位置中。在此實施例中，可實質上相同於第一刷1000之第二刷經組態以在與第一刷相反之方向上行進，且與第一刷適合地180度異相。可經由位置感測器1016及第二刷之等效位置感測器來判定第一刷及第二刷之相位。在此實施例中，第一刷1000及第二刷一起之刷毛1002之接觸壓力必須足夠低使得其不斷裂、破裂或以其他方式引起個別電極圖案800中之缺陷，且維持個別電極圖案800連接至基材104之網材。

在一個實施例中，刷1000具有在網材橫向方向XWD上比基材104之網材在網材橫向方向XWD上之寬度寬的刷寬度1022。例如，在一個實施例中，刷寬度1022具有足夠寬度使得當刷1000在網材橫向方向XWD上振盪時，刷毛1002在刷1000之整個運動範圍內保持與基材104之網材之表面之全寬接觸。刷1000之振盪速率及由刷毛1002施加於基材104之網材之表面之壓力可由使用者使用使用者介面116控制。

塗刷站124可配備經組態以透過塗刷站孔口1020產生真空以抽空已自基材104之網材之一個或多個表面刷洗之碎屑之真空系統。在此實施例中，碎屑可自基材104之網材刷洗且落下，或透過塗刷站孔口1020吸入。塗刷站孔口1020繪示為圓形，但可為允許塗刷站124如本文所描述起作用之任何形狀。此外，塗刷站孔口1020之上邊緣可被倒角，及/或在位置中交錯以允許基材104之網材更容易地通過上邊緣而不使基材104之網材之邊緣卡在其上。在一個實施例中，可將真空位準控制在自0至140英寸H ₂O，諸如H ₂O中之0、H ₂O中之10、H ₂O中之20、H ₂O中之30、H ₂O中之40、H ₂O中之50、H ₂O中之60、H ₂O中之70、H ₂O中之80、H ₂O中之90、H ₂O中之100、H ₂O中之110、H ₂O中之120、H ₂O中之130及H ₂O中之140。在一些實施例中，真空之流率控制在自約0至約425立方英尺每分鐘(「cfm」)，諸如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及425 cfm。在其他實施例中，真空位準及流率可分別大於H ₂O中之140及425 cfm。真空位準及流率控制在範圍內使得將碎屑自基材104之網材拉出而不在基材104之網材與輸送系統組件之間產生不必要的摩擦。在一些實施例中，此等真空位準及流率可適用於使用真空之系統之所有其他組件。

在另一適合實施例中，第一刷及第二刷之一或多者可包含量測或監視刷施加於電極材料802之網材上之壓力之負載感測器。如圖8中所展示，電極材料802之網材係指如本文所描述之已經處理之後之網材，使得其中已形成個別電極圖案800之群體。在此實施例中，可經由使用者介面116控制第一刷及第二刷以基於刷毛磨損或電極厚度或表面粗糙度中之變動而在電極材料802之網材上維持均勻刷洗壓力。

在另一適合實施例中，第一刷及第二刷之一或多者經組態以至少部分地在網材順向方向WD上以實質上等效於電極材料802之網材之速度變化率移動，因此在刷1000與電極材料802之網材之間在網材順向方向WD上維持實質上零速度差。

在又一適合實施例中，塗刷站124可配備位置感測器1016以判定第一刷及第二刷之相位。在一個此實施例中，位置感測器1016可量測第一刷及第二刷之刷位置標記1018之位置。在此實施例中，位置感測器1016判定第一及第二刷是否在預定相位差之範圍內，諸如180度異相、90度異相或零度異相或允許生產系統100如本文所描述起作用之任何其他適合相位差。如本文所使用，刷之「相位」係指刷之角位置，使得兩個分開之刷之刷毛將在「同相」時對準。

在又另一實施例中，超音波傳感器(圖中未展示)可經組態以將超音波振動賦予第一及第二刷之一或多者以促進自電極材料802之網材移除碎屑。

進一步參考圖2，在一個適合實施例中，基材104之網材透過氣刀126輸送。如本文所使用之，術語氣刀係指使用在基材104之網材處吹入之高壓空氣之器件。高壓空氣接觸基材104之網材之表面且自該表面移除碎屑。控制氣刀126以依壓力/速度供應空氣使得其不斷裂、破裂或以其他方式引起個別電極圖案800中之缺陷，且維持個別電極圖案800附接至基材104之網材。在另一實施例中，類似於氣刀126之第二氣刀(圖中未展示)經組態以在基材104之網材之相對表面處吹氣且自該表面移除碎屑。在此實施例中，第二氣刀可在相同於第一氣刀126之方向、或與第一氣刀126相反之方向、或允許氣刀126如本文所描述起作用之任何其他方向上吹氣。在一個實施例中，氣刀126站配備促進移除已由氣刀126移除之碎屑之真空。

參考圖8，在已由雷射系統120a至120c處理且由塗刷站124及氣刀126清潔之後，基材104之網材作為含有基材104之網材內之複數個個別電極圖案800之網材(統稱為電極材料802之網材)離開清潔站。

進一步參考圖2、圖8及圖12，在一個實施例中，電極材料802之網材通過檢驗站128。檢驗站128係經組態以分析電極材料802之網材且識別其上之缺陷之器件。例如，在一個實施例中，檢驗站128係包含可為數位攝影機(諸如經組態以分析電極材料802之網材上之個別電極圖案800之數位3D攝影機)之攝影機1200之視覺檢驗器件。在一個實施例中，攝影機1200係包含具有4800萬像素靈敏度之CMOS之數位光攝影機。攝影機1200光學地耦合至可為寬視野透鏡之透鏡1202。在一個實施例中，透鏡1202係遠心透鏡。透鏡1202由在一個實施例中可在垂直方向V上調整以控制透鏡1202之焦點之透鏡座架1204固持在適當位置。透鏡1202旨在當電極材料802通過檢驗板1206時聚焦於電極材料802之網材上。在一個實施例中，檢驗板1206包含透明或半透明頂部1208，允許來自容置於檢驗板1206內之光源(圖中未展示)之光貫穿其間照射以產生背光。在一個適合實施例中，可經由使用者介面116控制光之強度及/或色彩。在一個實施例中，一個或多個額外照明源(諸如上游光及下游光)在檢驗站128內時照明電極材料802之網材。在一些實施例中，照明源之各者對於強度及色彩係獨立可控。在一個實施例中，背光包含擴散低角度環形光。電極材料802之網材可由經組態以嚙合電極材料802之網材之定軌器孔612之齒輪1210固定且在檢驗板1206上輸送。為此，電極材料802之網材緊靠檢驗板1206，以實質上消除電極材料802之網材之捲曲。檢驗板前緣1214及檢驗板後緣1216之各者可倒角(例如以類似於角度α之角度)以允許電極材料802之網材平滑地通過其上而不無阻礙。

繼續參考圖12，在一個實施例中，檢驗站128包含偵測電極材料802之網材之預定特徵(諸如基準特徵602、橫向邊緣切口600或允許檢驗站128如本文所描述起作用之任何其他特徵)之觸發感測器1212。在偵測到預定特徵之後，觸發感測器1212直接或透過使用者介面116間接地將信號發送至攝影機1200以觸發攝影機1200對電極材料802之網材之電極成像。在對電極成像之後，攝影機1200可經組態以偵測一個或多個度量，諸如電極之高度、已由雷射系統120a至120c (圖2)之一者切割之特徵之大小或形狀、電極之間的節距(距離)或允許檢驗站128如本文所描述起作用之任何其他特徵。例如，在一個適合實施例中，檢驗站128偵測燒蝕404 (圖4)、橫向邊緣切口600、基準特徵602、定軌器孔612、個別電極圖案800之間的間距、定軌器孔612之網材橫向及網材方向上之偏移及第一及第二穿孔608、610 (圖6)是否在大小、形狀、放置及定向之預界定容限內。在一個適合實施例中，使用者可使用使用者介面116控制待檢驗之特徵。

在一個實施例中，在由檢驗站128分析期間，電極材料802之網材保持實質上扁平，諸如藉由在電極材料802之網材之相對側上施加平衡真空或流體(例如空氣)流。在此實施例中，藉由在檢驗期間使電極材料802之網材扁平，可在電極材料802之網材上進行更精確成像及分析，且因此達成更高品質誤差及缺陷偵測。

在一個實施例中，檢驗站128可經組態以提供基材104之網材及/或電極材料802之網材之線上度量。例如，檢驗站128可經組態以當在網材順向方向WD上輸送網材時量測度量，諸如網材厚度、個別電極圖案800之大小及形狀及其類似者。此等度量可傳輸至使用者介面116用於查看或記憶體儲存，或以其他方式用於調整生產系統100之生產參數。

在一個實施例中，若檢驗站128判定電極材料802之網材(圖8)上存在缺陷，則缺陷標記系統130 (圖2)將標記電極材料802之網材以識別此缺陷。缺陷標記系統130可為雷射蝕刻器件、印表機、壓模或能夠將指示存在缺陷之標記放置於電極材料802之網材上之任何其他標記器件。在另一適合實施例中，缺陷標記系統130可控制以使用識別號碼(ID)及已知良好電極(KGE)之一或多者標記電極材料802之網材以允許使用等級(諸如等級A、等級B、等級C或其類似者)進一步標記電極材料802之網材，指示電極材料802之網材內之特定電極之品質量測(諸如缺陷之數目或類型)。

在將基材104之網材處理(亦指稱加工)成電極材料802之網材之後，與未處理(亦指稱未加工)之基材104之網材相比，電極材料802之網材在網材順向方向WD上具有自25%至90%之網材強度降低。參考圖8A，展示電極材料802之網材之部分。在此實施例中，電極材料802之網材包含具有由繫桿614分離之五個個別電極圖案800之電極叢集EC。然而，應理解在其他實施例中，電極叢集EC可包含任何數目個個別電極圖案800，包含一個或多個，諸如(例如) 2個、3個、4個、5個、6個、7個、8個、9個、10個、11個、12個、13個、14個、15個、16個、17個、18個、19個、20個或繫桿614之間的任何其他數目個個別電極圖案800。電極叢集寬度之距離W _EC界定為電極叢集EC之第一個別電極圖案800之中心點至第二電極叢集EC之第一個別電極圖案800之中心點之間的網材順向方向WD上之距離。

在例示性實施例中，網材之網材橫向跨度S _W在網材橫向方向上係3X mm且各個別電極圖案800在網材順向方向WD上之寬度W _EP係X mm。在此實施例中，與未處理之基材104之網材相比，電極材料802之網材在網材順向方向WD上之網材強度降低33%。網材強度之降低計算為寬度W _EP除以網材橫向跨度S _W(即X mm / 3X mm = 0.33)。

在另一例示性實施例中，網材之網材橫向跨度S _W在網材橫向方向上係1.5X mm且各個別電極圖案800在網材順向方向WD上之寬度W _EP係1.3X mm。在此實施例中，與未處理之基材104之網材相比，電極材料802之網材在網材順向方向WD上之網材強度降低87%。網材強度降低計算為W _EP/ S _w(即，1.3X / 1.5X = 0.87)。使用具有至少力回饋且可包含位移回饋(諸如英斯特(Instron)品牌試驗機)之機電或液壓材料試驗器，驗證及量測電極材料802之網材在網材順向方向WD上之網材強度作為電極材料802之網材之斷裂強度。

在另一例示性實施例中，與基材104之網材相比，電極材料802之網材在網材橫向方向XWD上存在強度降低。在第一例示性實施例中，電極叢集寬度W _EC在網材順向方向WD上係6X mm，繫桿614之寬度W _TB在網材順向方向WD上係X mm且個別電極圖案800之寬度W _EP在網材順向方向WD上係X mm且個別電極圖案800之長度LE在網材橫向方向XWD上係1.7X mm。在此實施例中，與未處理之基材104之網材相比，電極材料802之網材在網材橫向方向XWD上之強度降低係約77%。在另一例示性實施例中，電極叢集寬度WEC係10X mm，繫桿614之寬度W _TB係0X mm (即，無拉桿614)且個別電極圖案800之寬度W _EP係2X mm且個別電極圖案800之長度L _E係1.7X mm。在此實施例中，與未處理之基材104之網材相比，電極材料802之網材在網材橫向方向XWD上之強度降低係約92%。使用具有至少力回饋且可包含位移回饋(諸如英斯特品牌試驗機)之機電或液壓材料試驗器驗證及量測網材橫向方向XWD上之網材強度作為電極材料802之網材之斷裂強度。

進一步參考圖9，接著將電極材料802之網材輸送至重繞滾筒134，其中重繞滾筒134與交錯材料138之網材纏繞在一起以形成具有電極材料802之網材及交錯材料138之網材之交替層之線軸900。

在一個適合實施例中，使用者介面116可包含處理器及經組態以儲存及執行引起生產系統100如本文所描述起作用之指令之記憶體。使用者介面116可進一步包含顯示器件(諸如LCD或LED顯示器)及允許使用者控制及調整生產系統100之參數以及查看度量(諸如網材輸送速度、張力、缺陷之數目，及允許生產系統100如本文所描述起作用之任何其他參數)之一組控制項或虛擬控制項。

在使用中，參考圖2，生產系統100之基底退繞滾筒102負載基材104之網材。基材104之網材穿過導邊器106以促進基材104之網材之退繞。在此實施例中，基材104之網材接著繞過惰輪108a且進入編接站110中。惰輪108a用於促進維持基材104之網材之適當定位及張力，以及改變基材104之網材之方向。惰輪108a在垂直方向上接收基材104之網材，且基材104之網材部分地包覆惰輪108a使得基材104之網材在與輸入方向實質上成90度之輸出方向上離開惰輪108a。然而，應瞭解，輸入及輸出方向可在不背離本發明之範疇之情況中變動。在一些實施例中，生產系統100可使用多個惰輪108a至108x在基材104之網材透過生產系統100輸送時將其方向改變一次或多次。在此實施例中，使用者透過惰輪108a至108x退繞基材104之網材，例如如圖2中所展示。

在一個實施例中，編接站110用於將兩個分開之網材編接在一起。在此實施例中，基材104之第一網材退繞，使得基材104之第一網材之後緣(圖中未展示)停止在編接站110內，且基材104之第二網材之前緣(圖中未展示)退繞至編接站110中使得第一網材之後緣及第二網材之前緣彼此相鄰。接著，使用者應用黏著劑(諸如膠帶、膠水或其他適合黏著劑)將第二網材之前緣接合至第一網材之後緣以在兩個網材之間形成接縫且產生基材104之連續網材。如由使用者指定，可對基材104之多個網材重複此程序。

在一個適合實施例中，在離開編接站110之後，基材104之網材在網材順向方向WD輸送至軋輥112。經由使用者介面116控制軋輥112以調整/維持基材104之網材通透過生產系統100輸送之速度。基材104之網材壓合於軋輥112之兩個相鄰滾筒114之各者上，其中壓力足夠大以允許滾筒之摩擦移動基材104之網材，但壓力足夠低以避免基材104之網材之任何顯著變形或損壞。

在一個實施例中，在使用期間，藉由經由使用者介面116控制軋輥112之高摩擦滾筒之旋轉速率來控制基材104之網材之速度。在其他實施例中，生產系統100可包含一個或多個額外軋輥122、132以促進控制基材104之網材之速度，且基材104之網材透過其輸送。在此實施例中，額外軋輥122、132之速度可經由使用者介面116控制。在使用中，當使用多個軋輥112、122、132時，可經由使用者介面116將軋輥112、122、132之各者之速度設定為相同速度，或視需要設定為不同速度，使得基材104之網材透過生產系統100平滑地輸送。

在使用中，在一個實施例中，基材104之網材透過張力調節輥118退繞。在此實施例中，張力調節輥118之該對滾筒圍繞其中心軸旋轉以被動地調整基材104之網材上之張力。

進一步參考圖2，在使用中，基材104之網材透過一個或多個雷射系統120a、120b、120c輸送。圖2中所展示之實施例包含三個雷射系統120a至120c，但應瞭解，可使用任何數目個雷射系統120以允許生產系統100如本文所描述起作用。

額外參考圖2至圖6進一步描述生產系統100之用途。基材104之網材在網材順向方向WD上透過雷射系統120a至120c輸送。在一個實施例中，基材104之網材在尚未燒蝕或切割之第一條件400下輸送至雷射系統120a中。基材104之網材輸送至卡盤306上，且因此輸送至複數個真空孔406上。真空孔406與真空308流體連接，且真空308經由使用者介面116控制以在通過真空孔406之基材104之網材上汲取真空壓力。控制真空壓力以在基材104之網材跨卡盤306輸送時將其維持在實質上扁平/平面狀態中。在一個使用實施例中，經由使用者介面116即時監視及調整透過真空孔406之真空壓力以確保基材104之網材跨卡盤306保持實質上扁平且在處理時不提升或皺縮。

參考圖4，基材104之網材輸送至卡盤306之開口410上，且進一步輸送至下游邊緣414上之倒角416上。在此實施例中，倒角416促進基材104之網材通過下游邊緣414而不會使基材104之網材扣在或鉤在下游邊緣414上。

進一步參考圖3至圖5，在一個使用實施例中，基材104之網材由雷射光束302 (圖3)燒蝕以在基材104之網材中產生燒蝕404 (圖4)。在一個實施例中，基材104之網材係陽極材料502，且燒蝕404移除陽極活性材料層508以曝露陽極集電器層506 (圖5)。在另一實施例中，基材104之網材係陰極材料504，且燒蝕404移除陰極活性材料層512以曝露陰極集電器層510。

在使用期間，當使用雷射系統120a在基材104之網材中製作燒蝕404時，雷射光束302之功率經由使用者介面116控制至能夠實質上完全或完全移除塗層但將不損壞或切斷集電器層之位準。在使用中，(例如)經由使用者介面116控制雷射光束302以當基材104之網材在運動中且在網材順向方向WD上輸送時產生燒蝕404。控制雷射光束302使得在基材104之網材之各順向側上產生燒蝕404，如圖5中最佳展示。在一個使用實施例中，在製作燒蝕404之後，控制雷射系統120a以在基材104之網材中切割基準特徵602，如本文進一步描述。在一些實施例中，多個雷射各用於燒蝕基材104之網材之部分以各產生一個或多個燒蝕404以增加生產系統100之處理量。

進一步參考圖2、圖3及圖4，在生產系統100之另一使用階段中，基材104之網材在網材順向方向WD上朝向雷射系統120a之切割區域408輸送。在此實施例中，開口410與真空308流體連通，且真空308經控制以在基材104之網材通過開口410時在其上汲取真空壓力。在另一實施例中，控制第二真空以等化與卡盤306相對之基材104之網材上之壓力。在此實施例中，監視及控制壓力等化以在通過開口410時將基材104之網材維持在實質上扁平/平面狀態中及一致高度以促進雷射光束302聚焦於基材104之網材上。

在一個使用實施例中，控制雷射系統120a在基材104之網材位於開口410上時在基材104之網材中切割一個或多個圖案。參考圖6，控制雷射系統120以切割一個或多個橫向邊緣切口600以在網材橫向方向XWD上界定電極之橫向邊緣。當在網材順向方向WD上輸送基材104之網材時，藉由在網材橫向方向XWD上切割基材104之網材而使用雷射光束302切割橫向邊緣切口600。例如，在一個實施例中，雷射光束302之路徑運動被控制及/或與基材104之網材在網材順向方向WD上之運動同步。因此，雷射光束302之路徑以相對於網材順向方向WD之角度移動以解釋基材104之網材在網材順向方向WD上之移動。在此實施例中，將補償因數應用於雷射光束302之路徑以允許當基材104之網材在網材順向方向WD上連續行進時，在網材橫向方向XWD上進行切割。在此實施例中，當基材104之網材在網材順向方向WD上移動時，雷射光束302在初始切割位置604處投射至基材104之網材上，且接著經控制以在網材橫向方向XWD及網材順向方向WD兩者上行進直至到達端切割位置606以產生橫向邊緣切口600。應瞭解，控制雷射光束302行進之角度基於基材104之網材在網材順向方向WD上之速度而變動。在另一實施例中，在雷射處理操作期間，基材104之網材暫時停止，且因此，雷射光束302之路徑不需要解釋基材104之網材之運動。此實施例可指稱步進程序，或步進及重複程序。在雷射處理期間，雷射系統120a至120c之一或多者使用重複對準特徵(諸如基準特徵602)以在雷射處理操作期間調整及/或對準雷射光束302 (例如)以補償基材104之網材之定位中之可能變動。

進一步參考圖6，在一個使用實施例中，控制雷射系統120a以切割基材104網材之重複對準特徵之一或多者，諸如複數個基準特徵602。基準特徵602在基材104之網材上之預定/已知位置處切割。在一個使用實施例中，基準特徵602由一個或多個視覺檢驗器件310、312追蹤以量測基材104之網材之位置及行進速度。接著，基準特徵602之量測用於在網材順向方向WD及網材橫向方向XWD兩者上準確地維持基材104之網材上之圖案之前後對準。在一些使用實施例中，雷射系統120a切割複數個定軌器孔612及/或基準特徵602。在其他實施例中，基準特徵602已預形成至基材104之網材中使得雷射系統120a至120c之一或多者使用基準特徵來定位/對準，如上文所描述。

參考圖2及圖6，在一個適合使用實施例中，控制雷射系統120a以當基材104之網材在網材順向方向WD上運動時，在基材104之網材中切割第一穿孔608及第二穿孔610作為個別電極圖案800之部分。當基材104之網材定位於卡盤306中之開口410上時，藉由使用雷射光束302雷射切割而形成第一穿孔608。第一穿孔608在與網材順向方向WD對準之方向上形成為線性狹縫(例如貫穿切口)。重要的係，切割第一穿孔608使得其不跨電極W _E之整個寬度延伸。替代地，控制雷射系統120a以切割圖案使得外撕條700保留在第一穿孔608之上游及下游邊緣兩者上以確保個別電極圖案800保持連接至基材104之網材。

進一步參考圖6及圖7，在使用中，第二穿孔610自第一穿孔608內側(在網材橫向方向XWD上)切割。在此使用實施例中，第二穿孔610在網材順向方向WD上被切割成由內撕條702分離之一行狹縫。在圖中所繪示之實施例中，第二穿孔610經切割以透過孔704相交。在圖中所繪示之實施例中，內撕條702被切割成外撕條700之長度之至少兩倍，但可切割成不同長度以允許生產系統100如本文所描述起作用。

在使用中，參考圖3、圖4及圖6，允許來自橫向邊緣切口600、基準特徵602及卡盤306之開口410上之第一及第二穿孔608、610之雷射切割之碎屑可透過開口410落下且控制真空308以收集在雷射切割程序期間形成之碎屑。

在一個適合使用實施例中，雷射系統120a組態為第一燒蝕站。在此實施例中，控制雷射系統120a以在基材104之網材之第一表面上形成燒蝕404，如上文所描述。在離開雷射系統120a之後，基材104之網材輸送至惰輪108d上以依使得基材104之網材之第二表面(與第一表面相對)經定位以由雷射系統120b處理之方式翻轉基材104之網材。在此實施例中，雷射系統120b組態為第二燒蝕站且使用基準特徵602以確保燒蝕404在網材順向方向WD及網材橫向方向XWD上對準。因此，控制雷射系統120b以對基材104之網材之相對表面執行第二燒蝕程序，使得基材104之網材之各表面上之燒蝕404在網材順向方向WD及網材橫向方向XWD上對準。

在一個使用實施例中，圖2中所展示之雷射系統120c組態為雷射切割站。在此實施例中，控制雷射系統120c以執行橫向邊緣切口600及第一及第二穿孔608及610之雷射切割。

進一步參考圖2、圖10及圖11，在一個使用實施例中，接著，在已離開一個或多個雷射系統120a至120c之後，基材104之網材透過一個或多個清潔站(諸如塗刷站124及氣刀126)輸送。在一個適合使用實施例中，基材104之網材透過塗刷站124輸送，且控制刷毛1002以精細地接觸基材104之網材之表面且自該表面移除或移位任何碎屑。將刷毛1002在基材104之網材之表面上之接觸壓力控制為足夠低使得其不斷裂、破裂或以其他方式引起個別電極圖案800中之缺陷，且維持個別電極圖案800附接至基材104網材。

進一步參考圖10及圖11，在一個適合使用實施例中，藉由控制馬達1014來實現驅動輪1010之旋轉，控制刷1000以在網材橫向方向XWD上移動。控制位置感測器1016以感測刷位置標記1018之位置以量測驅動輪1010之相位(例如角位置)及每次旋轉。

在一個適合使用實施例中，控制第二刷(圖中未展示)以接觸基材104之網材之相對表面。在此實施例中，可實質上相同於第一刷1000之第二刷經控制以在與第一刷1000相反之方向上行進，且與第一刷1000適合地180度異相。可經由位置感測器1016及第二刷之等效位置感測器監視第一刷1000及第二刷之相位。在此實施例中，第一刷1000及第二刷之刷毛1002之接觸壓力一起被控制為足夠低使得其不斷裂、破裂或以其他方式引起個別電極圖案800中之缺陷，且維持個別電極圖案800附接至基材104之網材。

在使用中，可由使用者使用使用者介面116控制刷1000之振盪速率及由刷毛1002施加於基材104之網材之表面上之壓力。

在一個使用實施例中，塗刷站124配備真空系統且經控制以透過塗刷站孔口1020產生真空以抽空已自基材104之網材之一個或多個表面刷洗之碎屑。在此實施例中，碎屑自基材104之網材刷洗且落下，或透過塗刷站孔口1020吸入。

在另一適合使用實施例中，第一刷1000及第二刷之一或多者包含量測或監視以判定刷施加於電極材料802之網材上之壓力之負載感測器。在此實施例中，經由使用者介面116控制第一刷1000及第二刷以基於刷毛磨損或電極厚度或表面粗糙度中之變動而在電極材料802之網材上維持實質上均勻刷洗壓力。

在另一適合使用實施例中，控制第一刷1000及第二刷之一或多者以經組態以至少部分地在網材順向方向WD上以實質上等效於電極材料802之網材之速度變化率移動以在刷1000與電極材料802之網材之間在網材順向方向WD上維持實質上零速度差。

在又一適合使用實施例中，塗刷站124配備位置感測器1016以判定第一刷1000及第二刷之相位。在此實施例中，位置感測器1016量測第一刷1000及第二刷之刷位置標記1018之位置。在此實施例中，位置感測器1016判定第一及第二刷是否在預定相位差之範圍內，諸如180度異相、90度異相或零度異相或允許生產系統100如本文所描述起作用之任何其他適合相位差，且允許對其進行校正或經由使用者介面116或其他警報器件將刷未適當定相之警報提供至使用者。

在另一使用實施例中，啟動超音波傳感器(圖中未展示)將超音波振動賦予第一及第二刷之一或多者以促進自電極材料802之網材移除碎屑。

進一步參考圖2，在一個適合使用實施例中，基材104之網材透過氣刀126輸送。在此實施例中，控制高壓空氣以接觸基材104之網材之表面以自該表面移除碎屑。(例如)經由使用者介面116控制氣刀126以依壓力/速度供應空氣使得其不斷裂、破裂或以其他方式引起個別電極圖案800中之缺陷，且維持個別電極圖案800附接至基材104之網材。在另一實施例中，控制第二氣刀以在基材104之網材之相對表面處吹氣以自該表面移除碎屑。在此實施例中，第二氣刀經控制以在相同於第一氣刀126之方向、或與第一氣刀相反之方向、或允許氣刀126如本文所描述起作用之任何其他方向上吹氣。在另一實施例中，氣刀126配備經控制以促進移除已由氣刀126移除之碎屑之真空。

參考圖8，在已由雷射系統120a至120c處理且由塗刷站124及氣刀126清潔之後，基材104之網材作為含有基材104網材內之複數個個別電極圖案800之網材(統稱為電極材料802之網材)離開清潔站。

進一步參考圖2、圖8及圖12，在一個使用實施例中，電極材料802之網材透過檢驗站128輸送。控制檢驗站128以分析電極材料802之網材且識別其上之缺陷。例如，在一個實施例中，檢驗站128係包含攝影機1200之視覺檢驗器件。透鏡1202旨在當電極材料802通過檢驗板1206時聚焦於電極材料802之網材上。在一個使用實施例中，檢驗板1206包含允許來自容置於檢驗板1206內之光源(圖中未展示)之光貫穿其間照射之透明或半透明頂部1208。在一個適合實施例中，經由使用者介面116控制光之強度及/或色彩。在一個使用實施例中，電極材料802之網材由嚙合電極材料802之網材之定軌器孔612之齒輪1210在檢驗板1206上輸送。為此，電極材料802之網材緊靠檢驗板1206，以實質上消除電極材料802之網材之捲曲。

另外參考圖12，在一個使用實施例中，檢驗站128包含經控制以偵測電極材料802之網材之預定特徵(諸如基準特徵602、橫向邊緣切口600或允許檢驗站128如本文所描述起作用之任何其他特徵)之觸發感測器1212。在偵測到預定特徵之後，觸發感測器1212直接或透過使用者介面116間接地將信號發送至攝影機1200以觸發攝影機1200對電極材料802之網材之電極成像。在對電極成像之後，攝影機1200經控制以偵測一個或多個度量，諸如電極之高度、已由雷射系統120a至120c (圖2)之一者切割之特徵之大小或形狀、電極之間的節距(距離)或允許檢驗站128如本文所描述起作用之任何其他特徵。例如，在一個適合實施例中，檢驗站128經控制以偵測燒蝕404 (圖4)、橫向邊緣切口600、基準特徵602、及第一及第二穿孔608、610 (圖6)、個別電極結構網材橫向方向XWD尺寸、個別電極結構網材順向方向WD尺寸、個別電極主動區域偏移及電極材料802之網材之任何其他燒蝕或切口是否在大小、形狀、放置、跨機器方向節距、機器方向節距及定向之預界定容限內且經由使用者介面116將此資訊呈現至使用者。在一個適合實施例中，使用者可使用使用者介面116控制檢驗哪個特徵。在又一實施例中，檢驗站128可偵測電極材料802之網材之一個或多個電極結構之叢集識別碼。

在一個使用實施例中，檢驗站128用於提供基材104之網材及/或電極材料802之網材之線上度量。在此實施例中，控制檢驗站128當在網材順向方向WD上輸送網材時量測度量，諸如網材厚度、個別電極圖案800之大小及形狀及其類似者。此等度量可傳輸至使用者介面116用於查看或記憶體儲存，或以其他方式用於調整生產系統100之生產參數。

在一個使用實施例中，若檢驗站128判定電極材料802之網材(圖8)上存在缺陷，則控制缺陷標記系統130 (圖2)以標記電極材料802之網材以使用雷射蝕刻器件、印表機、壓模或能夠將指示存在缺陷之標記放置於電極材料802之網材上之任何其他標記器件識別此缺陷。在另一適合使用實施例中，控制缺陷標記系統130以使用識別號碼(ID)及已知良好電極(KGE)之一或多者標記電極材料802之網材以允許使用等級(諸如等級A、等級B、等級C或其類似者)進一步標記電極材料802之網材，指示電極材料802之網材內之特定電極之品質量測(諸如缺陷之數目或類型)。

進一步參考圖9，接著將電極材料802之網材輸送至重繞滾筒134，其中重繞滾筒134與交錯材料138之網材纏繞在一起以產生具有電極材料802之網材及交錯材料138之網材之交替層之線軸900。

在一個適合使用實施例中，經由重繞滾筒134將電極材料802之網材與交錯材料138之網材一起重繞，交錯材料138之網材經由交錯滾筒136退繞以產生一卷電極140，其中電極材料802之網材層由交錯材料138之網材分離。在一些實施例中，電極材料802之網材經由重繞滾筒134重繞而無需交錯材料138之網材。

在一個使用實施例中，基材104之網材具有分別黏附於陽極活性材料層508或陰極活性材料層512之一個或兩個表面之膠帶層(圖中未展示)。在此實施例中，在使用中，在燒蝕及切割(上文所描述)之後移除黏著層以移除不需要的材料或碎屑。

在一個使用實施例中，輸送機系統之滾筒之一或多者並非完全圓形，使得滾筒具有偏心率。在此實施例中，映射(若干)偏心滾筒以判定半徑對於徑向位置。接著，控制雷射系統120a至120c以調整雷射光束302位置以基於(若干)滾筒之映射解釋偏心率。

參考圖14至圖16，電極材料802之網材用於生產電池。在此實施例中，電極材料1402、1404及1406A及1406B之個別線軸以交替組態退繞及堆疊，包含至少一層由分離器材料1406分離之陰極1402及陽極1404。應瞭解，如本文所描述，已產生電極材料1402、1404及1406A及1406B之線軸作為電極材料802之網材。在一個適合實施例中，電極材料1402、1404、1406A及1406B之線軸合併至多層堆疊1500中。在此實施例中，多層堆疊1500包含呈堆疊形式之位於中心之陽極集電器層506、陽極活性材料層508、電絕緣分離器材料500、陰極活性材料層512及陰極電流導體層510。藉由交替陽極1404、分離器1406及陰極1402之線軸層，可合併額外堆疊層以形成所要數目個層之多層堆疊1500。多層堆疊1500之層使用透過基準特徵602 (圖16B)驅動之定位銷1600對準。

在另一實施例中，例如對於固態二次電池，固態電池之組件可依包含(依序)正電極集電器、包括正極活性電極材料之電極層、離子導體、黏結劑及電子導體、固態電解質及負電極集電器之方式堆疊(如本文所描述處理之後)，諸如上文參考之美國專利第9,553,332號中所描述。

在一個實施例中，接著，多層堆疊1500放置於具有在由壓力箭頭P展示之方向上將壓力施加於多層堆疊1500之壓力板1604、1606之加壓約束1602中。可使用使用者介面116調整施加於多層堆疊1500之壓力以控制由壓力板1604、1606施加於多層堆疊1500之壓力P。一旦足夠壓力P施加於多層堆疊1500，定位銷1600可在移除方向R上移動，其引起第二穿孔610沿其長度破裂，使得燒蝕404 (電極片)變成多層堆疊1500之外邊緣，如圖16C中所展示。

在第二穿孔610已破裂之後，多層疊層1500行進至突片焊接站以將匯流條1700及1702焊接至燒蝕404以形成堆疊單元1704。在焊接之前，透過各自電極之匯流條開口1608放置匯流條1700、1702。在一個實施例中，一旦已透過匯流條開口1608放置匯流條1700、1702，則在焊接之前，燒蝕404分別朝向匯流條1700、1702向下折疊。在此實施例中，匯流條1700係銅匯流條且焊接至陽極集電器層506之燒蝕404 (陽極片)，且匯流條1702係鋁匯流條且焊接至陰極集電器層510之燒蝕404 (陰極片)。然而，在其他實施例中，匯流條1700及1702可為允許電池1804如本文所描述起作用之任何適合導電材料。可使用雷射焊接、摩擦焊接、超聲波焊接或用於將匯流條1700、1702焊接至燒蝕404之任何適合焊接方法進行焊接。在一個實施例中，匯流條1700及1702之各者分別與陽極及陰極之所有燒蝕404電接觸。

在形成堆疊單元1704之後，堆疊單元1704行進至封裝站1800。在封裝站1800處，堆疊單元1704塗佈有絕緣封裝材料(諸如多層鋁聚合物材料、塑膠或其類似者)以形成包裝電池1802。在一個實施例中，使用真空抽空包裝電池1802且透過開口(圖中未展示)填充電解質材料。可使用熱密封件、雷射焊接、黏著劑或任何適合密封方法在堆疊單元1704周圍密封絕緣封裝材料。匯流條1700及1702保持曝露，且未由包裝電池1802覆蓋以允許使用者將匯流條1700及1702連接至待供電之器件或電池充電器。一旦包裝電池1802放置於堆疊單元1704上，其即界定完成電池1804。在此實施例中，完成電池1804係3D鋰離子型電池。在其他實施例中，完成電池1804可為適合於使用本文所描述之器件及方法生產之任何電池類型。

在一個實施例中，陽極群體之各構件具有底部、頂部及縱軸A _E(圖7)。在一個實施例中，縱軸A _E在網材橫向方向XWD上自其底部延伸至其頂部。在替代實施例中，縱軸A _E在網材順向方向WD上自其底部延伸至其頂部。在一個實施例中，陽極群體之構件由係陽極材料502之基材104之網材形成。另外，陽極群體之各構件具有沿電極之縱軸(A _E)量測之長度(L _E)(圖6A)、在正交於縱軸(A _E)之方向上量測之寬度(W _E)(例如網材順向方向WD)及在正交於長度(L _E)及寬度(W _E)之量測之方向之各者之方向上量測之高度(H _E)(圖6A)。

陽極群體之構件之長度(L _E)將取決於能量儲存器件及其預期用途而變動。然而，一般而言，陽極群體之構件之長度(L _E)通常在約5 mm至約500 mm之範圍內。例如，在一個此實施例中，陽極群體之構件具有約10 mm至約250 mm之長度(L _E)。舉進一步實例而言，在一個此實施例中，陽極群體之構件具有約25 mm至約100 mm之長度(L _E)。

陽極群體之構件之寬度(W _E)亦將取決於能量儲存器件及其預期用途而變動。然而，一般而言，陽極群體之各構件之寬度(W _E)通常在0.01 mm至2.5 mm之範圍內。例如，在一個實施例中，陽極群體之各構件之寬度(W _E)將在約0.025 mm至約2 mm之範圍內。舉進一步實例而言，在一個實施例中，陽極群體之各構件之寬度(W _E)將在約0.05 mm至約1 mm之範圍內。

陽極群體之構件之高度(H _E)亦將取決於能量儲存器件及其預期用途而變動。然而，一般而言，陽極群體之構件將通常具有在約0.05 mm至約10 mm之範圍內之高度(H _E)。例如，在一個實施例中，陽極群體之各構件之高度(H _E)將在約0.05 mm至約5 mm之範圍內。舉進一步實例而言，在一個實施例中，陽極群體之各構件之高度(H _E)將在約0.1 mm至約1 mm之範圍內。根據一個實施例，陽極群體之構件包含具有第一高度之一個或多個第一電極構件，及具有不同於第一高度之第二高度之一個或多個第二電極構件。在又一實施例中，可選擇一個或多個第一電極構件及一個或多個第二電極構件之不同高度以適應電極總成之預定形狀(例如多層堆疊1500 (圖15))，諸如沿縱軸及/或橫軸之一或多者具有不同高度之電極總成形狀，及/或針對二次電池提供預定效能特性。

一般而言，陽極群體之構件具有實質上大於其寬度(W _E)及其高度(H _E)之各者之長度(L _E)。例如，在一個實施例中，對於陽極群體之各構件，L _E與W _E及H _E之各者之比率分別係至少5:1 (即，L _E與W _E之比率係至少5:1且L _E與H _E之比率係至少5:1)。舉進一步實例而言，在一個實施例中，L _E與W _E及H _E之各者之比率係至少10:1。舉進一步實例而言，在一個實施例中，L _E與W _E及H _E之各者之比率係至少15:1。舉進一步實例而言，在一個實施例中，對於陽極群體之各構件，L _E與W _E及H _E之各者之比率係至少20:1。

在一個實施例中，陽極群體之構件之高度(H _E)與寬度(W _E)之比率分別係至少0.4:1。例如，在一個實施例中，對於陽極群體之各構件，H _E與W _E之比率將分別係至少2:1。舉進一步實例而言，在一個實施例中，H _E與W _E之比率將分別係至少10:1。舉進一步實例而言，在一個實施例中，H _E與W _E之比率將分別係至少20:1。然而，通常，H _E與W _E之比率通常分別小於1,000:1。例如，在一個實施例中，H _E與W _E之比率將分別小於500:1。舉進一步實例而言，在一個實施例中，H _E與W _E之比率將分別小於100:1。舉進一步實例而言，在一個實施例中，H _E與W _E之比率將分別小於10:1。舉進一步實例而言，在一個實施例中，對於陽極群體之各構件，H _E與W _E之比率將分別在約2:1至約100:1之範圍內。

在一個實施例中，陰極群體之構件由係陰極材料504之基材104之網材形成。現參考圖6B，陰極群體之各構件具有底部、頂部及在網材橫向方向XWD及通常垂直於其中負電極結構及正電極結構交替順序進行之方向上自底部延伸至頂部之縱軸(A _CE)。另外，陰極群體之各構件具有沿平行於網材橫向方向XWD之縱軸(A _CE)量測之長度(L _CE)、在其中負電極結構及正電極結構之交替順序進行之網材順向方向WD上量測之寬度(W _CE)及在垂直於長度(L _CE)及寬度(W _CE)之量測方向之方向上量測之高度(H _CE)。

陰極群體之構件之長度(L _CE)將取決於能量儲存器件及其預期用途而變動。然而，一般而言，陰極群體之各構件通常將具有在約5 mm至約500 mm之範圍內之長度(L _CE)。例如，在一個此實施例中，陰極群體之各構件具有約10 mm至約250 mm之長度(L _CE)。舉進一步實例而言，在一個此實施例中，陰極群體之各構件具有約25 mm至約100 mm之長度(L _CE)。

陰極群體之構件之寬度(W _CE)亦取決於能量儲存器件及其預期用途而變動。然而，一般而言，陰極群體之構件通常將具有在約0.01 mm至2.5 mm之範圍內之寬度(W _CE)。例如，在一個實施例中，陰極群體之各構件之寬度(W _CE)將在約0.025 mm至約2 mm之範圍內。舉進一步實例而言，在一個實施例中，陰極群體之各構件之寬度(W _CE)將在約0.05 mm至約1 mm之範圍內。

陰極群體之構件之高度(H _CE)亦取決於能量儲存器件及其預期用途而變動。然而，一般而言，陰極群體之構件通常將具有在約0.05 mm至約10 mm之範圍內之高度(H _CE)。例如，在一個實施例中，陰極群體之各構件之高度(H _CE)將在約0.05 mm至約5 mm之範圍內。舉進一步實例而言，在一個實施例中，陰極群體之各構件之高度(H _CE)將在約0.1 mm至約1 mm之範圍內。根據一個實施例，陰極群體之構件包含具有第一高度之一個或多個第一陰極構件，及具有不同於第一高度之第二高度之一個或多個第二陰極構件。在又一實施例中，可選擇一個或多個第一陰極構件及一個或多個第二陰極構件之不同高度以適應電極總成之預定形狀，諸如沿縱軸及/或橫軸之一或多者具有不同高度之電極總成形狀，及/或針對二次電池提供預定效能特性。

一般而言，陰極群體之各構件具有實質上大於寬度(W _CE)及高度(H _CE)之長度(L _CE)。例如，在一個實施例中，對於陰極群體之各構件，L _CE與W _CE及H _CE之各者之比率分別係至少5:1 (即，L _CE與W _CE之比率分別係至少5:1，L _CE與H _CE之比率分別係至少5:1)。舉進一步實例而言，在一個實施例中，對於陰極群體之各構件，L _CE與W _CE及H _CE之各者之比率係至少10:1。舉進一步實例而言，在一個實施例中，對於陰極群體之各構件，L _CE與W _CE及H _CE之各者之比率係至少15:1。舉進一步實例而言，在一個實施例中，對於陰極群體之各構件，L _CE與W _CE及H _CE之各者之比率係至少20:1。

在一個實施例中，陰極群體之構件之高度(H _CE)與寬度(W _CE)之比率分別係至少0.4:1。例如，在一個實施例中，對於陰極群體之各構件，H _CE與W _CE之比率將分別係至少2:1。舉進一步實例而言，在一個實施例中，對於陰極群體之各構件，H _CE與W _CE之比率將分別係至少10:1。舉進一步實例而言，在一個實施例中，對於陰極群體之各構件，H _CE與W _CE之比率將分別係至少20:1。然而，通常，對於陽極群體之各構件，H _CE與W _CE之比率通常分別小於1,000:1。例如，在一個實施例中，對於陰極群體之各構件，H _CE與W _CE之比率將分別小於500:1。舉進一步實例而言，在一個實施例中，H _CE與W _CE之比率將分別小於100:1。舉進一步實例而言，在一個實施例中，H _CE與W _CE之比率將分別小於10:1。作為進一步實例，在一個實施例中，對於陰極群體之各構件，H _CE與W _CE之比率將分別在約2:1至約100:1之範圍內。

在一個實施例中，陽極集電器層506亦具有亦實質上大於陽極活性材料層508之電導率之電導率。例如，在一個實施例中，當存在用於在器件中儲存能量之所施加之電流或用於對器件放電之所施加之負載時，陽極集電器層506之電導率與陽極活性材料層508之電導率之比率係至少100:1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在用於在器件中儲存能量之所施加之電流或用於對器件放電之所施加之負載時，陽極集電器層506之電導率與陽極活性材料層508之電導率之比率係至少500:1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在用於在器件中儲存能量之所施加之電流或用於對器件放電之所施加之負載時，陽極集電器層506之電導率與陽極活性材料層508之電導率之比率係至少1000:1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在用於在器件中儲存能量之所施加之電流或用於對器件放電之所施加之負載時，陽極集電器層506之電導率與陽極活性材料層508之電導率之比率係至少5000:1。舉進一步實例而言，在一些實施例中，當存在用於在器件中儲存能量之所施加之電流或用於對器件放電之所施加之負載時，陽極集電器層506之電導率與陽極活性材料層508之電導率之比率係至少10,000:1。

一般而言，陰極集電器層510可包括金屬，諸如鋁、碳、鉻、金、鎳、NiP、鈀、鉑、銠、釕、矽及鎳之合金、鈦或其等之組合(參閱由A. H. Whitehead及M. Schreiber之「Current collectors for positive electrodes of lithium-based batteries」，Journal of the Electrochemical Society, 152(11) A2105-A2113 (2005))。舉進一步實例而言，在一個實施例中，陰極集電器層510包括金或其合金，諸如矽化金。具進一步實例而言，在一個實施例中，陰極集電器層510包括鎳或其合金，諸如矽化鎳。

提供以下實施例以繪示本發明之態樣，儘管實施例不意欲限制且亦可提供其他態樣及/或實施例。

實施例1。一種用於劃定網材中之電極結構之一群體之程序，該網材包括具有相對前表面及後表面之導電層及在該前表面、該後表面或該前表面及該後表面兩者上之電化學活性材料層，該網材具有網材順向方向及網材橫向方向，該網材順向方向及該網材橫向方向彼此正交，該程序包括：當在該網材順向方向、該網材橫向方向或該網材橫向及該網材順向下方向之各者上形成劃定該電極結構群體之構件而不從該網材釋放該等經劃定構件的一系列弱化撕裂圖案時，控制該網材在該網材順向方向上之張力，其中該等經劃定構件至少部分地由經調適以促進經劃定構件藉由施加力而個別地與該網材分離之該系列弱化撕裂圖案之構件個別定界，及使相對於該等經劃定構件安置於該網材橫向或網材順向方向上之一系列對準特徵形成於該網材中，該等對準特徵經調適用於將該電極結構群體之經劃定構件個別定位於該網材中。

實施例2。一種用於劃定網材中之電極結構之一群體之程序，該網材包括具有相對前表面及後表面之導電層及在該前表面、該後表面或該前表面及該後表面兩者上之電化學活性材料層，該網材具有網材順向方向及網材橫向方向，該網材順向方向及該網材橫向方向彼此正交，該程序包括：在支撐表面上支撐該網材之部分，該支撐表面界定開口；在該網材順向方向、該網材橫向方向或該網材橫向及該網材順向方向之各者上使劃定該電極結構群體之構件而不從該網材釋放該等經劃定構件的一系列弱化撕裂圖案形成於該網材中，其中該等經劃定構件至少部分地由經調適以促進經劃定構件藉由施加力而個別地與該網材分離之該系列弱化撕裂圖案之構件個別定界，及使相對於該等經劃定構件安置於該網材橫向或網材順向方向上之一系列對準特徵形成於該網材中，該等對準特徵經調適用於將該電極結構群體之經劃定構件個別定位於該網材中，其中對位於用於支撐該網材之支撐表面之開口上之該網材之該部分執行形成該等弱化撕裂圖案及形成該系列對準特徵之至少一者。

實施例3。一種用於劃定網材中電極結構或電極分離器結構之總體之方法，該網材包括網材順向方向、與網材順向方向正交之網材橫向方向及電絕緣層，該程序包括：將要進行雷射加工之網材之一部分控制在雷射光束之雷射焦點之+/-100微米範圍內，在網材橫向方向及網材順向方向中之至少一個方向上雷射加工網材部分，以劃定網材中電極結構或電極分離器結構總體之構件，而不自網材釋放經劃定構件；及在該網材中形成對準特徵，該對準特徵適於定位該網材中該電極結構或電極分離器結構總體之每個經劃定構件。

實施例4。一種用於劃定網材中之電極結構之一群體之程序，該網材包括網材順向方向及正交於該網材順向方向之網材橫向方向，該程序包括：在該網材橫向及網材順向方向上加工該網材以形成不連續弱化部分以劃定該網材中之該電極結構群體之構件而不從該網材釋放該等經劃定構件，該加工網材在該網材方向上具有未加工之網材之該強度之10%至75%的強度。

實施例5。一種用於劃定網材中之電極結構之一群體之程序，該網材包括網材順向方向、正交於該網材順向方向之網材橫向方向、電化學活性層及導電層，該程序包括：在至少該網材橫向方向上雷射加工該網材以劃定該網材中之該電極結構群體之構件而不從該網材釋放該等經劃定構件；及使經調適以將該電極結構群體之各經劃定構件定位於該網材中之對準特徵形成於該網材中。

實施例6。一種用於劃定網材中之電極分離器結構之一群體之程序，該網材包括網材順向方向、正交於該網材順向方向之網材橫向方向及電絕緣層，該程序包括：在至少該網材橫向方向上雷射加工該網材以劃定該網材中之該電極分離器結構群體之構件而不從該網材釋放該等經劃定構件；及在使經調適以將該電極結構群體之各經劃定構件定位於該網材中之對準特徵形成於該網材中。

實施例7。一種用於劃定網材中之電極結構之一群體之程序，該網材包括網材順向方向、正交於該網材順向方向之網材橫向方向、電化學活性層及導電層，該程序包括：將該網材饋送至切割站；在該切割站處在至少該網材橫向方向上切割該網材以劃定該網材中之該電極結構群體之構件而不從該網材釋放該等經劃定構件；及切割經調適以將該電極結構群體之各經劃定構件定位於該網材中之該網材之對準特徵。

實施例8。一種用於劃定網材中之電極結構之一群體之程序，該網材包括網材順向方向、正交於該網材順向方向之網材橫向方向、電化學活性層及導電層，該程序包括：將該網材饋送至雷射切割系統；使用該雷射切割系統將對準特徵切割至該網材中；使用該等對準特徵之至少一者建立該網材之位置；及基於所建立之該位置而對該網材執行切割動作及燒蝕動作之至少一者。

實施例9。一種用於劃定網材中之電極結構之一群體之程序，該網材包括網材順向方向、正交於該網材順向方向之網材橫向方向、電化學活性層及導電層，該程序包括：在至少該網材橫向方向上雷射加工該網材以藉由形成界定各經劃定構件之外邊界之不連續弱化部分來劃定該網材中之該電極結構群體之構件而不從該網材釋放該等經劃定構件；及使經調適以將該電極結構群體之各經劃定構件定位於該網材中之對準特徵形成於該網材中。

實施例10。一種用於劃定網材中之電極結構之一群體之程序，該網材包括網材順向方向及正交於該網材順向方向之網材橫向方向，該程序包括：在該網材橫向及網材順向方向上加工該網材以形成不連續弱化部分以劃定該網材中之該電極結構群體之構件而不從該網材釋放該等經劃定構件，該加工網材在該網材橫向方向上具有該未加工之網材之該強度5%至30%的強度。

實施例11。一種網材，其包括電化學活性層及導電層，該網材具有經劃定電極結構之一群體，經劃定電極結構之該群體之各電極結構由該網材中之不連續切口與相鄰電極結構間隔，該網材進一步包括經調適用於將該電極結構群體之各經劃定電極結構定位於該網材中之對準特徵。

實施例12。一種網材，其包括經劃定分離器結構之一群體，經劃定分離器結構之該群體之各分離器結構由該網材中之不連續切口與相鄰分離器結構間隔，該網材進一步包括經調適用於將該分離器結構群體之各經劃定分離器結構定位於該網材中之對準特徵。

實施例13。一種用於劃定網材中之電極結構之一群體之程序，該網材包括網材順向方向、正交於該網材順向方向之網材橫向方向及固態電解質、負電極集電器、正電極集電器及正電極活性材料之至少一者，該程序包括：將該網材饋送至雷射切割系統；使用該雷射切割系統將對準特徵切割至該網材中；使用該等對準特徵之至少一者建立該網材之位置；及基於所建立之該位置而對該網材執行切割動作及燒蝕動作之至少一者。

實施例14。一種網材，其包括固態電解質，該網材具有經劃定電極結構之一群體，經劃定電極結構之該群體之各電極結構由該網材中之不連續切口與相鄰電極結構間隔，該網材進一步包括經調適用於將該電極結構群體之各經劃定電極結構定位於該網材中之對準特徵。

實施例15。任何前述實施例之程序或網材，其中該系列弱化撕裂圖案使用雷射形成。

實施例16。任何前述實施例之程序或網材，其中該系列對準特徵使用雷射形成。

實施例17。任何前述實施例之程序或網材，其中該系列弱化撕裂圖案、該系列對準特徵或該系列弱化撕裂圖案及該系列對準特徵使用雷射形成。

實施例18。任何前述實施例之程序或網材，其中該雷射具有自10瓦特至5,000瓦特之範圍內之雷射功率，係光纖雷射，能夠具有連續波(cw)、微秒(µs)、奈秒(ns)、皮秒(ps)及飛秒(fs)脈衝類型或其等之組合之一或多者之雷射脈衝寬度類型。

實施例19。任何前述實施例之程序或網材，其中該電化學活性材料層僅位於該導電層之該前表面及該後表面之一者上。

實施例20。任何前述實施例之程序或網材，其中該電化學活性材料層位於該導電層之該前表面及該後表面兩者上。

實施例21。任何前述實施例之程序或網材，其中該電極結構群體之該等經劃定構件具有長度L _E及高度H _E，其中：(i) L _E在該網材橫向方向上量測且H _E在該網材順向方向上量測或(ii) L _E在該網材順向方向上量測且H _E在該網材橫向方向上量測。

實施例22。任何前述實施例之程序或網材，其中該電極結構群體之該等經劃定構件具有長度L _E及高度H _E，其中L _E在該網材橫向方向上量測且H _E在該網材順向方向上量測。

實施例23。任何前述實施例之程序或網材，其中該電極結構群體之該等經劃定構件具有長度L _E及高度H _E，其中L _E在該網材順向方向上量測且H _E在該網材橫向方向上量測。

實施例24。任何前述實施例之程序或網材，其中該電極結構群體之該等經劃定構件具有在正交於該網材之該前表面及該後表面及該網材順向及該網材橫向方向之方向上量測之寬度W _E。

實施例25。任何前述實施例之程序或網材，其中L _E與W _E及H _E之各者之比率係至少5:1 (即，L _E與W _E之比率分別係至少5:1且L _E與H _E之比率分別係至少5:1)。

實施例26。任何前述實施例之程序或網材，其中L _E與W _E及H _E之各者之比率係至少10:1 (即，L _E與W _E之比率分別係至少10:1且L _E與H _E之比率分別係至少10:1)。

實施例27。任何前述實施例之程序或網材，其中L _E與W _E及H _E之各者之比率係至少15:1 (即，L _E與W _E之比率分別係至少15:1且L _E與H _E之比率分別係至少15:1)。

實施例28。任何前述實施例之程序或網材，其中L _E與W _E及H _E之各者之比率係至少20:1 (即，L _E與W _E之比率分別係至少20:1且L _E與H _E之比率分別係至少20:1)。

實施例29。任何前述實施例之程序或網材，其中H _E與W _E之比率分別係至少0.4:1。

實施例30。任何前述實施例之程序或網材，其中H _E與W _E之比率分別係至少2:1。

實施例31。任何前述實施例之程序或網材，其中H _E與W _E之比率分別係至少10:1。

實施例32。任何前述實施例之程序或網材，其中H _E與W _E之比率分別係至少20:1。

實施例33。任何前述實施例之程序或網材，其中H _E與W _E之比率分別小於1,000:1。

實施例34。任何前述實施例之程序或網材，其中H _E與W _E之比率分別小於500:1。

實施例35。任何前述實施例之程序或網材，其中H _E與W _E之比率分別小於100:1。

實施例36。任何前述實施例之程序或網材，其中H _E與W _E之比率分別小於10:1。

實施例37。任何前述實施例之程序或網材，其中H _E與W _E之比率分別在約2:1至約100:1之範圍內。

實施例38。任何前述實施例之程序或網材，其中L _E在約5 mm至約500 mm之範圍內。

實施例39。任何前述實施例之程序或網材，其中L _E在約10 mm至約250 mm之範圍內。

實施例40。任何前述實施例之程序或網材，其中L _E在約25 mm至約100 mm之範圍內。

實施例41。任何前述實施例之程序或網材，其中W _E在約0.01 mm至2.5 mm之範圍內。

實施例42。任何前述實施例之程序或網材，其中W _E在約0.025 mm至約2 mm之範圍內。

實施例43。任何前述實施例之程序或網材，其中W _E在約0.05 mm至約1 mm之範圍內。

實施例44。任何前述實施例之程序或網材，其中H _E在約0.05 mm至約10 mm之範圍內。

實施例45。任何前述實施例之程序或網材，其中H _E在約0.05 mm至約5 mm之範圍內。

實施例46。任何前述實施例之程序或網材，其中H _E在約0.1 mm至約1 mm之範圍內。

實施例47。任何前述實施例之程序或網材，其中該導電層具有至少10 ³西門子/cm之導電率。

實施例48。任何前述實施例之程序或網材，其中該導電層具有至少約10 ⁴西門子/cm之導電率。

實施例49。任何前述實施例之程序或網材，其中該導電層具有至少約10 ⁵西門子/cm之導電率。

實施例50。任何前述實施例之程序或網材，其中該導電層包括適合於用作為正電極集電器層之材料。

實施例51。任何前述實施例之程序或網材，其中該導電層包括鋁、碳、鉻、金、鎳、鎳磷(NiP)、鈀、鉑、銠、釕、鈦、矽及鎳之合金(NiSi)或其等之組合。

實施例52。任何前述實施例之程序或網材，其中該電化學活性材料層包括陰極活性材料。

實施例53。任何前述實施例之程序或網材，其中該(等)電化學活性材料層包括過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物、過渡金屬氮化物、鋰過渡金屬氧化物、鋰過渡金屬硫化物或鋰過渡金屬氮化物。

實施例54。任何前述實施例之程序或網材，其中該(等)電化學活性材料層包括過渡金屬氧化物、過渡金屬硫化物或過渡金屬氮化物，其中該過渡金屬具有d殼或f殼。

實施例55。任何前述實施例之程序或網材，其中該(等)電化學活性材料層包括Sc、Y、鑭系元素、錒系元素、Ti、Zr、Hf、V、Nb、Ta、Cr、Mo、W、Mn、Tc、Re、Fe、Ru、Os、Co、Rh、Ir、Ni、Pb、Pt、Cu、Ag或Au。

實施例56。任何前述實施例之程序或網材，其中該(等)電化學活性材料層包括LiCoO ₂、LiNi _0.5Mn _1.5O ₄、Li(Ni _xCo _yAl _z)O ₂、LiFePO ₄、Li ₂MnO ₄、V ₂O ₅、氧硫化鉬、磷酸鹽、矽酸鹽、釩酸鹽、硫、硫化合物、氧(空氣)、Li(Ni _xMn _yCo _z)O ₂及其等之組合。

實施例57。任何前述實施例之程序或網材，其中該導電層包括適合於用作為負電極集電器層之材料。

實施例58。任何前述實施例之程序或網材，其中該導電層包含銅、鎳、鈷、鈦或鎢或其等之合金。

實施例59。前述實施例之任何者之程序或網材，其中該(等)電化學活性材料層包括陽極活性材料。

實施例60。前述實施例之任何者之程序或網材，其中該(等)電化學活性材料層包括石墨、軟碳或硬碳或石墨烯。

實施例61。任何前述實施例之程序或網材，其中該(等)電化學活性材料層包括單壁或多壁碳奈米管。

實施例62。任何前述實施例之程序或網材，其中該(等)電化學活性材料層包括單壁碳奈米管。

實施例63。任何前述實施例之程序或網材，其中該(等)電化學活性材料層包括金屬、半金屬、合金或能夠與鋰形成合金之其等之氧化物或氮化物。

實施例64。任何前述實施例之程序或網材，其中該(等)電化學活性材料層包括石墨、錫、鉛、鎂、鋁、硼、鎵、矽、Si/C複合物、Si/石墨混合物、氧化矽(SiO _x)、多孔矽、金屬間Si合金、銦、鋯、鍺、鉍、鎘、銻、銀、鋅、砷、鉿、釔、鋰、鈉、鈦酸鋰、鈀或其等之組合。

實施例65。任何前述實施例之程序或網材，其中該(等)電化學活性材料層包括鋁、錫或矽或其等之氧化物、其等之氮化物、其等之氟化物或其等之合金。

實施例66。任何前述實施例之程序或網材，其中該(等)電化學活性材料層包括矽或其合金或氧化物。

實施例67。任何前述實施例之程序或網材，其中該導電層包括適合於用作為負電極集電器層之材料，該(等)電化學活性材料層包括陽極活性材料且該導電層具有實質上大於該陽極活性材料層之該電導率之電導率。

實施例68。任何前述實施例之程序或網材，其中該導電層之該電導率與該陽極活性材料層之該電導率之比率係至少100:1。

實施例69。任何前述實施例之程序或網材，其中該導電層之該電導率與該陽極活性材料層之該電導率之比率係至少500:1。

實施例70。任何前述實施例之程序或網材，其中該導電層之該電導率與該陽極活性材料層之該電導率之比率係至少1,000:1。

實施例71。任何前述實施例之程序或網材，其中該導電層之該電導率與該陽極活性材料層之該電導率之比率係至少5,000:1。

實施例72。任何前述實施例之程序或網材，其中該導電層之該電導率與該陽極活性材料層之該電導率之比率係至少10,000:1。

實施例73。任何前述實施例之程序或網材，其中該網材係包括電化學活性層及導電層之層板。

實施例74。任何前述實施例之程序或網材，其中該電化學活性層包括陽極活性材料。

實施例75。任何前述實施例之程序或網材，其中該電化學活性層包括陰極活性材料。

實施例76。任何前述實施例之程序或網材，其中該雷射加工包括透過該網材形成複數個切口及穿孔。

實施例77。任何前述實施例之程序或網材，其中該加工網材在該網材方向上具有未加工之網材之強度之10%至75%的強度。

實施例78。任何前述實施例之程序或網材，其中該加工網材在該網材橫向方向上具有未加工之網材之強度之5%至30%的強度。

實施例79。任何前述實施例之程序或網材，其中該對準特徵包括延伸穿過該網材之貫穿孔。

實施例80。任何前述實施例之程序或網材，其中該雷射加工包括形成一系列外穿孔及一系列內穿孔，該等外穿孔具有低於該等內穿孔之破裂強度。

實施例81。任何前述實施例之程序或網材，其中該雷射加工包括自各經劃定電極燒蝕電極片區域。

實施例82。任何前述實施例之程序或網材，其進一步包括在該網材順向方向上雷射加工該網材。

實施例83。任何前述實施例之程序或網材，其進一步包括在該網材之該雷射加工期間使用與該對準特徵相關之資訊定位雷射光束。

實施例84。任何前述實施例之程序或網材，其中該雷射加工包括控制第一雷射器件以在該網材橫向方向上雷射加工該網材及控制第二雷射器件以在該網材順向方向上雷射加工該網材。

實施例85。任何前述實施例之程序或網材，其進一步包括在該網材之該雷射加工期間將真空施加於該網材。

實施例86。任何前述實施例之程序或網材，其進一步包括使用感測器偵查該等經劃定構件中之缺陷。

實施例87。任何前述實施例之程序或網材，其進一步包括使用標記器件以指示該經劃定構件中之偵測缺陷之方式標記該網材。

實施例88。任何前述實施例之程序或網材，其進一步包括雷射加工該等經劃定構件之群組之間的繫桿。

實施例89。任何前述實施例之程序或網材，其中該繫桿由該網材橫向方向上之雷射加工切口界定。

實施例90。任何前述實施例之程序或網材，其進一步包括在該雷射加工之前在該網材橫向方向上將張力施加於該網材。

實施例91。任何前述實施例之程序或網材，其中該等對準特徵在該網材橫向方向上形成於該等經劃定構件遠端之位置處。

實施例92。任何前述實施例之程序或網材，其進一步包括在該網材橫向方向上在該等對準特徵與該網材之最外邊緣之間留下該網材之未加工部分。

實施例93。任何前述實施例之程序或網材，其中該未加工部分在該網材方向上跨該網材之整個長度延伸。

實施例94。任何前述實施例之程序或網材，其進一步包括在該雷射加工之後抵靠該網材接觸旋轉刷。

實施例95。任何前述實施例之程序或網材，其中當該網材在該網材順向方向上移動時發生該雷射加工程序。

實施例96。任何前述實施例之程序或網材，其中控制雷射光束以解釋在該雷射加工期間該網材在該網材順向方向上之行進速度。

實施例97。任何前述實施例之程序或網材，其進一步包括在該雷射加工期間控制該網材在該網材順向方向上之該張力。

實施例98。任何前述實施例之程序或網材，其進一步包括使用交錯層纏繞該雷射加工網材。

實施例99。任何前述實施例之程序或網材，其進一步包括在該雷射加工之後在該網材順向方向上輸送該網材，而不從該網材釋放該等經劃定構件。

實施例100。任何前述實施例之程序或網材，其中存在對準特徵與經劃定構件之一比一比率。

實施例101。任何前述實施例之程序或網材，其中該弱化部分包括一系列貫穿切口或穿孔。

實施例102。任何前述實施例之程序，其進一步包括在形成該不連續弱化部分期間壓力平衡該網材。

實施例103。任何前述實施例之程序或網材，其中該壓力平衡涉及跨該網材上施加流體流動。

實施例104。任何前述實施例之程序或網材，其中該壓力平衡包括跨該網材之相對側施加流體流動。

實施例105。任何前述實施例之程序或網材，其中該對準特徵在該雷射加工之前形成。

實施例106。任何前述實施例之程序或網材，其中該對準特徵用於助於形成該等不連續弱化部分。

實施例107。任何前述實施例之程序或網材，其中該支撐表面包括鋁且該支撐表面耗散來自該雷射加工程序之熱能。

實施例108。任何前述實施例之程序或網材，其中對位於支撐表面之開口上之該網材之部分執行該雷射加工。

實施例109。任何前述實施例之程序或網材，其中控制該網材之部分包括在實質上平行於該雷射光束之垂直軸方向上控制該網材。

實施例110。任何前述實施例之程序或網材，其中該支撐表面包括複數個開口，且對位於該複數個開口之不同開口上之該網材之各自部分執行形成該等弱化撕裂圖案及形成該系列對準特徵。

實施例111。任何前述實施例之程序或網材，其中控制該網材之該張力包括維持該網材上500克力或更小之張力。

10:電池 15:正電極集電器 20:正電極 25:負電極 30:分離器層 35:負電極集電器 100:電極生產/製造系統 102:基底退繞滾筒 104:基材 106:導邊器 108a至108x:惰輪 110:編接站 112:軋輥 114:滾筒 116:使用者介面 118:張力調節輥 120:雷射系統 120a至120c:雷射系統 122:軋輥 124:塗刷站 126:氣刀 128:檢驗站 130:缺陷標記系統 132:軋輥 134:重繞滾筒 136:交錯滾筒 138:交錯材料 140:電極 300:雷射器件 302:雷射光束 304:切割充氣部 306:卡盤 308:真空 310:視覺檢驗器件 312:視覺檢驗器件 313:雷射輸出 400:第一條件 402:第二條件 404:燒蝕 406:真空孔 408:切割區域 410:開口 412:上游邊緣 414:下游邊緣 416:倒角 418:上緣 500:電絕緣分離器材料 502:陽極材料 504:陰極材料 506:陽極集電器層 508:陽極活性材料層 510:陰極集電器層/陰極電流導體層 512:陰極活性材料層 600:橫向邊緣切口 602:基準特徵 604:初始切割位置 606:端切割位置 608:第一穿孔 610:第二穿孔 612:定軌器孔 613:部分 614:繫桿 616:上游繫桿邊緣切口 618:下游繫桿邊緣切口 700:外撕條 702:內撕條 704:孔 800:電極圖案 802:電極材料 900:線軸 1000:刷 1002:刷毛 1004:刷毛支架 1006:曲柄臂 1008:可旋轉耦合件 1010:驅動輪 1012:第二可旋轉耦合件 1014:馬達 1016:位置感測器 1018:刷位置標記 1020:塗刷站孔口 1022:刷寬度 1200:攝影機 1202:透鏡 1204:透鏡座架 1206:檢驗板 1208:透明或半透明頂部 1210:齒輪 1212:觸發感測器 1214:檢驗板前緣 1216:檢驗板後緣 1402:電極材料 1404:電極材料 1406:分離器材料 1406A:電極材料 1406B:電極材料 1500:多層堆疊 1600:定位銷 1602:加壓約束 1604:壓力板 1606:壓力板 1608:匯流條開口 1700:匯流條 1702:匯流條 1704:堆疊單元 1800:封裝站 1802:包裝電池 1804:完成電池 A _CE:縱軸 A _E:縱軸 EC:電極叢集 H _CE:高度 H _E:高度 L _CE:長度 L _E:長度 P:壓力箭頭/壓力 R:移除方向 S _W:網材橫向跨度 V:垂直方向 W _CE:寬度 WD:網材順向方向 W _E:寬度 W _EC:距離 W _EP:寬度 W _TB:寬度 XWD:網材橫向方向 α:角度

圖1係既有層流電池之橫截面。

圖2係根據本發明之電極製造系統之一個適合實施例之示意圖。

圖3係根據本發明之雷射系統之一個適合實施例之放大示意圖。

圖4係根據本發明之切割充氣部之一個適合實施例之等角視圖。

圖5係在透過本發明之電極製造系統處理之後形成電極之例示性基材網材之截斷俯視圖。

圖6係具有形成於其上之電極圖案之例示性基材網材之俯視圖。

圖6A係作為例示性負電極之基材網材之部分之透視圖。

圖6B係作為例示性正電極之基材網材之部分之透視圖。

圖7係具有形成於其上之例示性電極圖案之基材網材之部分之放大俯視圖。

圖8係在透過本發明之電極製造系統處理之後形成包含電極圖案之電極材料網材之基材之等角視圖。

圖8A係圖8之電極材料網材之部分之俯視圖。

圖9係本發明之電極製造系統之重繞滾筒之一個適合實施例之等角視圖。

圖10係本發明之塗刷站之一個適合實施例之俯視圖。

圖11係圖10中所展示之例示性塗刷站之側視圖。

圖12係根據本發明之檢驗站之一個適合實施例之等角視圖。

圖13係根據本發明之一個適合實施例之卡盤之俯視圖。

圖14係根據本發明之堆疊配置之示意圖。

圖15係根據本發明之電極之多層堆疊之橫截面。

圖16A係根據本發明之電極之多層堆疊之側視圖。

圖16B係圖16A之電極之多層堆疊之部分俯視圖。

圖16C係在第二穿孔之破裂之後圖16A之多層堆疊之部分俯視圖。

圖17係根據本發明之堆疊單元之等角視圖。

圖18A及圖18B係具有放置於其上之包裝電池之堆疊單元之序列等角視圖。

100:電極生產/製造系統

102:基底退繞滾筒

104:基材

106:導邊器

108a至108x:惰輪

110:編接站

112:軋輥

114:滾筒

116:使用者介面

118:張力調節輥

120a至120c:雷射系統

122:軋輥

124:塗刷站

126:氣刀

128:檢驗站

130:缺陷標記系統

132:軋輥

134:重繞滾筒

136:交錯滾筒

138:交錯材料

140:電極

Claims (30)

1. 一種用於劃定網材中之電極結構之一群體之程序，該網材包括具有相對前表面及後表面之導電層及在該前表面、該後表面或該前表面及該後表面兩者上之電化學活性材料層，該網材具有網材順向方向及網材橫向方向，該網材順向方向及該網材橫向方向彼此正交，該程序包括： 當在該網材順向方向、該網材橫向方向或該網材橫向及該網材順向下方向之各者上形成劃定該電極結構群體之構件而不從該網材釋放該等經劃定構件的一系列弱化撕裂圖案時，控制該網材在該網材順向方向上之張力，其中該等經劃定構件至少部分地由經調適以促進經劃定構件藉由施加力而個別地與該網材分離之該系列弱化撕裂圖案之構件個別定界，及 使相對於該等經劃定構件安置於該網材橫向或網材順向方向上之一系列對準特徵形成於該網材中，該等對準特徵經調適用於將該電極結構群體之經劃定構件個別定位於該網材中。
2. 如請求項1之程序，其中該系列弱化撕裂圖案、該系列對準特徵或該系列弱化撕裂圖案及該系列對準特徵使用雷射形成。
3. 如請求項1之程序，其中使用一個或多個滾筒執行控制該網材之該張力。
4. 如請求項1之程序，其中該電化學活性材料層僅位於該導電層之該前表面及該後表面之一者上。
5. 如請求項1之程序，其中該電化學活性材料層位於該導電層之該前表面及該後表面兩者上。
6. 如請求項1之程序，其中該電極結構群體之該等經劃定構件具有長度L _E、寬度W _E及高度H _E，其中W _E在正交於該網材之該前表面及該後表面及該網材順向方向及該網材橫向方向之方向上量測且：(i) L _E在該網材橫向方向上量測且H _E在該網材順向方向上量測；或(ii) L _E在該網材順向方向上量測且HE在該網材橫向方向上量測且其中L _E與W _E及H _E之各者之比率係至少5:1 (即，L _E與W _E之比率分別係至少5:1且L _E與H _E之比率分別係至少5:1)。
7. 如請求項6之程序，其中H _E與W _E之比率分別係至少0.4:1。
8. 如請求項1之程序，其中該導電層包含適合於用作為正電極集電器層或負電極集電器層之材料。
9. 如請求項1之方法，其中該電活性材料層包括陰極活性材料。
10. 如請求項1之程序，其中控制該網材之該張力包括維持該網材上之500克力或更小之張力。
11. 如請求項1之程序，其中該(等)電化學活性材料層包括陽極活性材料。
12. 一種用於劃定網材中之電極結構之一群體之程序，該網材包括具有相對前表面及後表面之導電層及位於該前表面、該後表面或該前表面及該後表面兩者上之電化學活性材料層，該網材具有網材順向方向及網材橫向方向，該網材順向方向及該網材橫向方向彼此正交，該程序包括： 在支撐表面上支撐該網材之部分，該支撐表面界定開口； 在該網材順向方向、該網材橫向方向或該網材橫向及該網材順向方向之各者上使劃定該電極結構群體之構件而不從該網材釋放該等經劃定構件的一系列弱化撕裂圖案形成於該網材中，其中該等經劃定構件至少部分地由經調適以促進經劃定構件藉由施加力而個別地與該網材分離之該系列弱化撕裂圖案之構件個別定界，及 使相對於該等經劃定構件安置於該網材橫向或網材順向方向上之一系列對準特徵形成於該網材中，該等對準特徵經調適用於將該電極結構群體之經劃定構件個別定位於該網材中， 其中對位於界定於該支撐表面中之該開口上之該網材之該部分執行形成該等弱化撕裂圖案及形成該系列對準特徵之至少一者。
13. 如請求項12之程序，其中形成該等弱化撕裂圖案及形成該系列對準特徵之該至少一者包括：透過該網材形成複數個切口及穿孔.
14. 如請求項12之程序，其中形成該等弱化撕裂圖案及形成該系列對準特徵包括雷射加工，且該加工網材在該網材方向上具有未加工之網材之強度之10%至75%的強度。
15. 如請求項14之程序，其中該加工網材在該網材橫向方向上具有未加工之網材之該強度之5%至30%的強度。
16. 如請求項14之程序，其中該雷射加工包括形成一系列外穿孔及一系列內穿孔，該等外穿孔具有低於該等內穿孔之破裂強度。
17. 如請求項12之程序，其中該支撐表面包括鋁。
18. 如請求項12之程序，其進一步包括在形成該等弱化撕裂圖案及形成該系列對準特徵期間將真空施加於該網材。
19. 如請求項12之程序，其中該支撐表面包括複數個開口，且對位於該複數個開口之不同開口上之該網材之各自部分執行形成該等弱化撕裂圖案及形成該系列對準特徵。
20. 如請求項12之程序，其中形成該等弱化撕裂圖案及形成該系列對準特徵包括雷射加工，且其中該程序進一步包括：在該雷射加工之前在該網材橫向方向之至少一者上將張力施加於該網材或在該雷射加工期間在該網材順向方向上將張力施加於該網材。
21. 如請求項20之程序，其進一步包括在該網材橫向方向上在該等對準特徵與該網材之一最外邊緣之間留下該網材之未加工部分。
22. 如請求項20之程序，其進一步包括在雷射加工之後抵靠該網材接觸旋轉刷。
23. 一種用於劃定網材中之電極結構之一群體或電極分離器結構之程序，該網材包括網材順向方向、正交於該網材順向方向之網材橫向方向及電絕緣層，該程序包括：將待雷射加工之該網材之一部分控制在雷射光束之雷射焦點之約+/-100微米內，在該網材橫向方向及該網材順向方向之至少一者上雷射加工該網材之該部分以劃定該網材中之該電極結構或電極分離器結構群體之構件而不從該網材釋放該等經劃定構件；及使經調適用於將該電極結構或電極分離器結構群體之各經劃定構件定位於該網材中之對準特徵形成於該網材中。
24. 如請求項23之程序，其中控制該網材之部分包括在實質上平行於該雷射光束之垂直軸方向上控制該網材。
25. 如請求項23之程序，其中該雷射加工使用具有自10瓦特至5,000瓦特之範圍內之雷射功率之雷射來執行，係光纖雷射，能夠具有連續波(cw)、微秒(µs)、奈秒(ns)、皮秒(ps)及飛秒(fs)脈衝類型或其等之組合之一或多者之雷射脈衝寬度類型。
26. 如請求項23之程序，其中該對準特徵用於助於形成該等不連續弱化部分。
27. 如請求項23之程序，其中該加工網材在該網材方向上具有未加工之網材之強度之10%至75%的強度。
28. 如請求項23之程序，其中對位於支撐表面之開口上之該網材之部分執行該雷射加工。
29. 如請求項28之程序，其中該支撐表面包括鋁且該支撐表面消散來自該雷射加工程序之熱能。
30. 如請求項23之程序，其進一步包括在該雷射加工期間在該網材順向方向上將張力施加於該網材。

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