切割方法與流程

2023-05-15 17:50:56

本發明涉及切割方法，特別是用於切割板材的方法，其中，所述板材能夠用於例如電池或儲能單元的電能存儲設備中的電極的分離器。

特別的但不是唯一的，本發明能夠用於形成非矩形形狀的元件(單元)，其中，所述元件(單元)用作電能存儲單元的一部分。

背景技術：

形成施加至分離器的至少一個板材的、一個接一個的成行排列且留有一定空間的電極排列，然後在電極之間的空間內切割所述板材，用於製造用於生產電能存儲設備的單元。

專利文獻第JP 2013119095A號公開了一種固態雷射切割設備，所述固態雷射切割設備用於在兩個矩形電極之間的空間內以直的切割線來切割二次電解電池的分離器的板。

技術實現要素：

本發明的一個目的是提供用於切割位於兩個電極之間的分離器板材的切割方法和或設備。

一個優點是使得能夠實現精確和有效的非直線切割。

一個優點是使得能夠以非矩形的電極來製造高質量的單元(cell)。

一個優點是獲得清潔乾淨的切割，特別是不留下附加至切割邊緣的材料絲線或碎片——這會使得切割不完美且不能徹底地分離切割邊緣。

一個優點是避免對材料產生過量的變形或其他損害，特別是在切割邊緣處。

一個優點是允許快速和高效的切割。

一個優點是提供便宜且簡單的方法和/或設備。

此等目標和優點，以及其他目標和優點通過根據權利要求書中限定的方法和/或設備來實現。

在一個實施例中，切割方法包括：提供在分離器板材上成行設置的非矩形電極排列的步驟；以及後續步驟通過以至少一個可運動雷射束來執行第一切割線而切割所述板材的步驟，然後，所述第一切割線與由至少一個可運動雷射束形成的第二切割線相交，相交方向橫交於第一切割線在相交點的邊緣切割。

附圖說明

參考附圖能夠更好地理解和實施本發明，所述附圖以非限制性示例的方式示出了本發明的一個實施例。

圖1帶有連續的分離器板材的電極排列的俯視圖。

圖2是圖1所示電極排列的另一視圖，其中，分離器板的將要被切割與去除的區域被示意性地示出。

圖3以示意的方式示出在圖2所示的前述區域被切割與去除之後得到的分離的單元。

圖4示出根據本發明一實施例的切割方法的第一步驟。

圖5示出根據前述切割方法的第二步驟。

圖6示出以前述切割方法得到的單元。

圖7是圖4局部的放大圖。

圖8是圖5局部的放大圖。

圖9是示意圖，示出用於執行前述方法的切割設備的一個實施例的示意性正視圖。

具體實施方式

參考前述附圖，1整體上表示設置在用於多個電極的分離器的連續板材S上的多個電極E的排列。如該實施例中這樣，電極E一個接一個在縱向上成排設置，在一個電極和另一個電極之間留出一定的空間(例如留出恆定的空間)。從而，可以允許在各對相鄰電極E之間的空間內切割板材S。

在圖2中，虛線表示成對的相鄰電極之間的切割線(其橫交於前述的縱向)，而實線表示將要去除的區域。在圖3中，示出切割與去除邊角料之後剩下的單元。

板材S可以沿著前述縱向連續延伸。電極的排列1能夠以已知而本文未披露的方式製造。特別地，電極的排列1可以在平行於前述縱向的前進方向F上被輸送(圖9)。板材S可以被側向地約束，例如由第一縱向邊(例如右邊)和與第一縱向邊相對的第二縱向邊(例如左邊)約束。兩個相對的縱向邊可以是直的。

如同在該實施例中一樣，設置在板材S上的電極E可以包括非矩形的電極。在附圖中，示出了非矩形電極的具體示例。但是，可以提供多種不同形狀電極的(特別是非矩形的)。

電極E可以被施加至板材S，而附著至板材S。特別地，可以提供通過層壓(以已知的方式)來將電極E與板材S相耦合的步驟。該層壓步驟可以在材料S的切割步驟之前。

特別地，本發明的方法包括以雷射裝置來切割用於電極的分離器的板材S的步驟，特別的以固態型雷射裝置來進行切割。具體地，所述切割可以在兩個相鄰電極E之間的空間內進行。所述雷射裝置設置用於發出至少一束雷射束，所述雷射束能夠執行至少一個切割運動，所述切割運動包括至少一個非直線運動部分。在該實施例中，所述切割可以用於形成用於製造電能存儲設備的單個單元。

特別地，用於電極的分離器的板材S可以沿著至少兩條不同的切割線被切割，其中第一切割線T1與第二切割線T2相交，相交方向在相交點處橫交於第一切割線。所述雷射裝置可以包括用於發出至少兩束雷射束的裝置，所述雷射束能夠執行與前述切割線T1和T2相對應的切割運動。在圖4和圖5中，兩條切割線T1和T2的執行方向已經以箭頭表示。所述切割也能夠以與箭頭表示方向相反的方向來執行。

如同在該例子中一樣，前述的相交方向可以在相交點處垂直於第一切割線T1。

如同在該例子中一樣，第二切割線T2可以在第一切割線T1之後被執行(至少在相交點處)。所述相交點特別地可以是第一切割線T1的中點。前述的切割線T1和T2可以在施加至連續板材S的兩個非矩形電極E之間的區域內實施。第二切割線T2可以越過與第一切割線T1的相交點(例如越過幾毫米或者幾十毫米)——切割線T2在切割線T1之後執行，或者相反，切割線T2在切割線T1之前執行，且越過相交點——以確保所述材料在所述相交點處分離(以將所述板分為兩個不同的部分)。

所述板材S例如可以包括兩個、三個或更多個附加的膜。所述電極E可以例如被層壓在分離器材料的兩個附加的膜之間。可以在所述切割區域中進行層壓後在兩個附加的膜之間形成空氣間隙。所述切割步驟可以包括(同時)在形成所述空氣間隙的切割區域中切割所述兩個附加的膜。固態型雷射切割使得即使在存在空氣間隙的情況下也能夠形成清潔與精確的切割。

第一切割線T1可以在板材S的第一邊處開始和/或結束。如同在該實施例中一樣，第一切割線T1的開始部和/或結束部可以橫交於(垂直於)板材S的所述邊。第二切割線T2可以在板材S的第二邊和第一切割線T1的中點之間執行，例如，在板材S的第二邊處開始，而在第一切割線T1的中點處結束。

第一切割線T1可以包括至少一個中部2，所述中部具有至少一個平行於所述縱向的部分。所述相交點可以特別地設置在所述中部2處。

特別地，中部2可以包括彎曲部，所述彎曲部的形狀設置為具有至少一個點，所述點的切線平行於所述縱向。在具體的實施例中，第一切割線T1包括一個半橢圓形式的中部2，但是很多其他形式也是可行的，例如半圓形，或滾花形狀、曲折形狀；在彎曲形狀之外，還可以提供第一切割線T1的直線型的中部(特別是平行於前述縱向)。

所述板材S可以包括例如一個或多個層的聚合物板(例如微孔聚合物板)，所述聚合物板包括聚合物的組合，所述聚合物選自由聚丙烯(PP)、聚乙烯(PE)、聚偏氟乙烯(PVDF)、聚醚醚酮(PEEK)組成的組。特別地，這些層的(微孔)聚合物板可以加載有無機顆粒。所述無機顆粒例如可以選自由氧化鋁(Al2O3)、氧化矽(SiO2)，二氧化鈦(TiO2)、碳酸鈣(CaCO3)組成的組。所述板材的厚度例如可以在12和30微米之間。

在圖9中，示意性地示出了用於實施上述方法的設備。所述設備可以包括至少一個雷射源3(特別是一個固態雷射源)，所述雷射源能夠發出一個雷射束，所述雷射束照射分離器板材，且能夠在一個切割方向上運動，以執行前述的切割線T1和T2。可以提供能夠產生數個雷射束的雷射裝置(例如第一雷射束用於第一切割線T1，第二雷射束用於第二切割線T2)。可以設置數個雷射源3(例如在該實施例中兩個雷射源3).

所述設備可以包括輸送裝置，所述輸送裝置用於沿前進方向F輸送電極排列。此種輸送裝置例如可以包括(閉環)連續輸送帶4，電極排列1設置在連續輸送帶4上。電極排列4可以斷續地或連續地運動。在後一種情況下，所述雷射裝置的至少一部分進行往復運動(在用於執行切割線T1和T2的切割運動之外)，對於前進運動，使得：在切割期間，所述切割雷射束能夠追隨輸送電極排列1的帶4的運動；對於後退運動，在不進行切割時，其能夠返回至開始點，從而被定位用於後續切割。

使用固態型雷射裝置，使得能夠減少HAZ(heat affected zone，熱影響區)，以獲得相當高的切割速度(例如，大約600-700mm/秒)，以及實現相當複雜的切割路徑。

上面公開的切割方法屬於執行兩條切割線，所述兩條切割線的相交方向橫交於相交切割線中的一條，確保有效的切割，特別是在切割是非直線的時，例如避免產生沒有完全切割的材料的區域，此種區域將導致材料的絲線、碎片或毛刺的形成，所述材料的絲線、碎片或毛刺附著至切割邊緣，結果導致不徹底地分離所述邊緣。

已經進一步發現，所述切割邊緣沒有起皺，改善了製品材料的質量。