在此建议一种通过颗粒流(2)切割电极膜(1)的方法。还描述了一种用于切割电极膜(1)的切割装置(4)，所述电极膜被提供用于在电池单体中使用，所述切割装置至少包括具有出口(6)的喷嘴(5)、切割工具(7)、用于至少激发切割工具(7)实施振动(14)的振荡装置(8)、用于输送至少颗粒(13)的颗粒输入管路(9)、用于输送第一气流(12)的气体输入管路(10)，其中，所述颗粒(13)和第一气流(12)能够在切割装置(4)中混合成颗粒流(2)并且能够通过喷嘴(5)输送到出口(6)，其中，所述切割工具(7)和出口(5)能够相对电极膜(1)的表面(3)具有距离(11)地布置在电极膜(1)上方，并且电极膜(1)能够至少由颗粒流(2)并通过切割工具(7)的振动(14)被分割。(2)并通过切割工具(7)的振动(14)被分割。(2)并通过切割工具(7)的振动(14)被分割。
【技术实现步骤摘要】
用于切割电极膜的方法和切割装置
[0001]本专利技术涉及一种用于切割电极膜、尤其涂层的电极膜的方法和切割装置。
技术介绍
[0002]电池、尤其锂离子电池越来越多地用于驱动机动车。电池通常由电池单体组成，其中，每个单池单体具有阳极膜、阴极膜和隔板膜的堆叠体，这些膜必要时以层或材料层的形式存在。至少一部分阳极膜和阴极膜设计为集流体，用于将由电池单体提供的电流导出至布置在电池单体外部的耗电器。堆叠体的各个单独的元件在下文中也称为电极或膜。
[0003]单独的膜尤其提供为连续材料、必要时被涂层以例如活性材料并且至少部分被修剪。涂层的膜的未涂层区域可以用作放电器。
[0004]在切割电极时实施以下步骤：
[0005]·
切缝：切割线沿着连续材料的延伸方向(x方向)延伸，以便将较宽的起始材料分成多条较窄的连续材料条；
[0006]·
切槽：通过切割线由连续材料形成放电器；切割线相对于连续材料的延伸方向纵向和横向地延伸；
[0007]·
脱离：切割线横向于连续材料的延伸方向；通过脱离将电极膜从连续材料切下并且形成堆叠体的单独的层。
[0008]当前切割锂离子电池电极的现有技术使用剪切原理，其中，上刀具(待切割层之上)与下刀具(待切割层之下)接触。这种接触导致高摩擦，从而导致更快的工具磨损。高速切缝放大了这个问题。因此，目前切割速度被限制在最大120m/min[米/分钟]。
[0009]尤其通过由碳化钨制成的上圆刀和下圆刀进行切缝。这些刀具在大约200km[千米]的切割线之后需要重磨。如此频繁地重磨刀具会导致高的运行成本。
[0010]切槽和脱离尤其作为单独的工序在切缝之后进行。这可以机械式地或通过激光进行。由于用于切缝和切槽的机器是单独的，因此需要更大的投资和空间。
[0011]激光切割是非常耗能的过程(设施的功率需求为大约6kW[千瓦])并且产生热影响区。涂层的电极在该热影响区中的活性材料被烧毁，因此降低了电池容量。此外，激光过程是低效的，因为大部分集中的光束被电极的铜或铝表面反射。尤其需要特殊的绿色激光来实现更好的光吸收。然而，这种类型的激光器价格昂贵并且不允许高于80m/min的速度。
[0012]机械切槽具有高的刀具磨损。此外，电极的进给必须定期停下来，以便实施过程步骤。这导致切割速度降低。在切缝过程中电极沿z方向(厚度方向)的移动引起切缝边缘或切割线处的波纹度。由于没有对应工具，无法监控这种波纹度。
[0013]尤其未设置对沿y方向(宽度方向)的电极移动的限制。这导致沿y方向的波纹度。
[0014]由于在切缝和机械切槽的过程中缺少反作用力，可能形成毛刺。这尤其可能导致电池单体中的短路。切割出的电极的活性材料可能钩挂在切割刃上。这需要对切割刃和刀具进行大规模的清洁。大于10μm[微米]的颗粒附着在切割刃上也可能导致电池单体中的短路。
[0015]简而言之，使用工具切割(机械切割)和/或使用能量(激光)切割可能导致切割速度降低、成本增加、电池容量降低和/或电池单体的安全性降低。
[0016]这些缺点可以如下地被减少：
[0017]·
在切割时使用由酒精和石蜡油构成的溶液对刀刃进行全面清洁；
[0018]·
在机械切割中通过接触式和非接触式清洁对切割刃进行清洁；在非接触式清洁中将离子化空气吹到切割刃上，以便中和非导电颗粒上的静电；随后可以吹掉或吸走如此中和的颗粒；
[0019]·
使用绿色激光，因为绿色激光在电极金属表面上的反射率最低；
[0020]·
降低切割速度，以便减少工具磨损；
[0021]·
扩大切割刃公差(在允许的毛刺尺寸和颗粒粘附方面)，然而这实际上降低了电池安全性。
[0022]使用中的已知设施的主要缺点如下：
[0023]·
切缝刀的高磨损；切缝刀必须每200km重磨一次；碳化钨和其它硬质金属以及陶瓷作为工具材料降低这种磨损率，但非常昂贵；
[0024]·
在切割时需要大规模的清洁站；必要时在切缝和激光切割之后需要电极清洁站，以便去除电极上的颗粒污物；这增加了机器的成本、循环工作时间和/或空间需求；
[0025]·
机械的纵向切开(切缝)对切割参数诸如切割角、切割速度、上下刀具之间的力、刀具表面粗糙度和机器振动非常敏感；略微改变导致毛刺形成和额外的颗粒污染；
[0026]·
目前针对连续切槽和脱离没有可实现的解决方案；这意味着在切槽和脱离的过程中，电极移动暂时停下；这降低了切槽和脱离的速度；切槽和脱离时的最高速度为60m/min。
[0027]已知以下技术可以克服提到的一些缺点：
[0028]·
使用诸如高铬钢、陶瓷和碳化钨之类硬质材料作为工具材料，以便减少磨损；
[0029]·
将切槽时的最小半径设定为2mm[毫米]；两个切割刃之间的更小的半径(在纵切口和横切口的交叉点处)不能实现；
[0030]·
在切槽和脱离过程中电极的连续移动只能由少数制造专家实施；意思是，激光枪在切割时以一角度移行，使得最终的切边“完美”地呈笔直；这需要非常精确地控制激光枪的移行路径和电极移动；
[0031]·
使用不同的切割原理，例如用于切缝和切槽的旋转切割；在旋转切割中，横切口的质量与纵切口相比较差；
[0032]·
使用绿色激光和高功率(6kW)切割阳极；
[0033]·
在激光切割电极时使用冷却板实现快速冷却并且减少热影响区。
[0034]因此这意味着，使用机械工具或者使用能量(激光)切割电池电极总还是有缺陷的、公差很大、昂贵和/或不可靠的过程。
[0035]由文献US 6,379,858 B1已知一种用于通过珩磨处理表面的装置。在那里通过喇叭将珩磨剂抛到待处理材料的表面上。备选地，将珩磨剂布置在表面上并且工具被激发而振动并且通过珩磨剂接触表面。
[0036]由文献DE 2 329 932 A2已知一种使用超声振荡单元作为处理工具来制造面板的方法。
[0037]由文献JP 2009
‑
274181 A已知一种用于处理表面的抛光装置。在那里激发喷嘴进行振动，通过该喷嘴将抛光剂施加到表面上。
技术实现思路
[0038]本专利技术所要解决的技术问题在于，至少部分解决关于现有技术提到的问题。尤其要建议用于切割电极膜的方法和切割装置，通过该方法和该切割装置能够以高速且尽可能少的磨损进行高质量的切割。
[0039]所述技术问题根据本专利技术通过一种至少通过颗粒流切割电极膜的方法解决，所述电极膜设置应用于电池单体；其中，所述方法通过切割装置实施，所述切割装置包括至少一个具有出口的喷嘴、切割工具、振荡装置、颗粒输入管路和气体输入管路，并且所述方法至少具有以下步骤：
[0040]a)提供具有表面的电极膜；
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种至少通过颗粒流(2)切割电极膜(1)的方法，所述电极膜设置应用于电池单体；其中，所述方法通过切割装置(4)实施，所述切割装置包括至少一个具有出口(6)的喷嘴(5)、切割工具(7)、振荡装置(8)、颗粒输入管路(9)和气体输入管路(10)，并且所述方法至少具有以下步骤：a)提供具有表面(3)的电极膜(1)；b)将所述切割工具(7)和出口(6)相对所述表面(3)具有距离(11)地布置在电极膜(1)上方；c)将来自所述气体输入管路(10)的第一气流(12)引入切割装置(4)中；d)将至少来自所述颗粒输入管路(9)的颗粒(13)引入切割装置(4)中；e)将所述第一气流(12)和至少所述颗粒(13)在所述切割装置(4)中混合成颗粒流(2)；f)通过所述振荡装置(8)至少激发所述切割工具(7)或者附加地激发所述喷嘴(5)实施振动(14)；g)对所述电极膜(1)施加从出口(6)流出的颗粒流(2)，从而分割所述电极膜(1)，和h)通过布置在所述切割工具(7)和电极膜(1)之间的至少一个颗粒(13)对所述电极膜(1)施加切割工具(7)的振动(14)，从而分割所述电极膜(1)。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述喷嘴(5)是超声振荡单元，其中，所述出口(6)被所述振荡装置(8)激发而振动。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述超声振荡单元设计有空腔(15)，并且所述颗粒流(2)通过所述空腔(15)被输送到出口(6)。4.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述出口(6)构造在所述切割工具(7)上。5.根据权利要求2或3所述的方法，其中，所述出口(6)与所述切割工具(7)相邻地构造。6.根据前述权利要求中任一项所述的方法，其中，至少所述振动(14)具有最多80微米的振幅(16)，或者所述振动(14)的频率在5kHz至50kHz之间。7....
【专利技术属性】
技术研发人员：K贾马达，P甘古尔德，
申请(专利权)人：大众汽车股份公司，
类型：发明
国别省市：
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