用于切割电极膜的方法和切割设备与流程

1.本发明涉及一种用于切割电极膜，尤其带涂层的电极膜的方法和切割设备。

背景技术：

2.对于机动车的驱动越来越多地使用电池、尤其锂离子电池。电池通常由电池单池构成，其中每个电池单池都具有阳极膜、阴极膜和分隔膜的堆栈，它们必要时以片或材料层的形式存在。至少一部分阳极膜和阴极膜设计成电流放电器，用于将电池单池提供的电流导出至布置在电池单池外部的用电器。堆栈的单个元件在下文中也被称为电极或膜。
3.单个膜尤其作为连续材料或者说无端头材料提供，必要时被涂层，例如用活性材料涂层，并且至少部分地切割。带涂层的膜的未经覆层的区域可用作放电器。
4.切割电极时实施以下步骤：
5.·
纵切：切割线沿连续材料的延伸方向(x方向)延伸，以便将宽的初始材料分成多个不太宽的连续材料条；
6.·
切槽：通过切割线从连续材料形成放电器；切割线沿连续材料的延伸方向和横向于连续材料的延伸方向延伸；
7.·
切断：切割线横向于连续材料的延伸方向延伸；通过切断将电极膜从连续材料上切下并形成堆栈的各个层。
8.在切割锂离子电池电极的当前现有技术中使用剪切原理，其中上部的刀具(在待切割的层上方)与下部的刀具(在待切割层下方)接触。该接触导致高摩擦并进而导致更快的工具磨损。高速的纵切放大了这个问题。因此，目前切割速度被限制在最大120m/min[米/分钟]。
[0009]
尤其通过碳化钨制成的上、下圆刀进行纵切。这些刀具在约200km[公里]的切割线后必须补充研磨。对刀具这样频繁的补充研磨引起高的运营成本。
[0010]
切槽和切断尤其作为纵切后单独的工序进行。这可以通过机械或激光进行。由于用于纵切和切槽是分开的机器，因此需要较高的投资和空间要求。
[0011]
激光切割是能源密集型的过程(设备需要约6kw[千瓦]的功率)并产生热影响区。热影响区中涂层的电极的活性材料被烧掉，以此减小了电池容量。激光工艺也是低效的，因为大部分集中的光束被电极的铜或铝表面反射。尤其需要专门的绿激光器，以实现更好的光吸收。然而，这种类型的激光器很昂贵，而且不允许高于80m/min的速度。
[0012]
机械式切槽具有很高的工具磨损。此外必须以规则的间距停止电极的进给，以执行工艺步骤。这导致切割速度降低。在纵切过程中电极在z方向(厚度方向)上的移动导致纵切边缘或切割线处的波纹度。因为没有配合工具，所以不能控制这种波纹度。
[0013]
尤其没有规定电极在y方向(宽度方向)上移动的限制。这导致在y方向的波纹度。
[0014]
由于在纵切和机械切槽时缺乏反作用力，所以会形成毛刺。这尤其会造成电池单池中的短路。切割后的电极的活性材料会被钩挂在切割边缘。这需要对切割边缘和甚至刀具的广泛清洁。大于10μm[微米]的颗粒附着在切割边缘上也会造成电池单池中的短路。
[0015]
简而言之，用工具切割(机械切割)和/或用能量切割(激光)会导致切割速度受影响，成本增加，电池容量减少和/或电池单池的安全性降低。
[0016]
这些缺点可以通过以下方式减少：
[0017]
·
在切割时用酒精和石蜡油制成的溶液广泛地清洗切口；
[0018]
·
在机械切割时，通过接触和非接触清洁来清洁切割边缘；在非接触清洁时，电离空气被吹到切割边缘上，以中和不导电颗粒上的静电；这样中和后的颗粒然后可以被吹掉或吸掉；
[0019]
·
使用绿激光，因为它具有在电极的金属表面上的最低的反射；
[0020]
·
降低切削速度，以此可以减少工具磨损；
[0021]
·
放宽切割边缘的公差(在允许的毛刺尺寸和颗粒附着方面)，然而这实际上降低了电池安全性。
[0022]
使用的已知设施的主要缺点如下：
[0023]
·
纵切刀的高磨损；每200km必须补充研磨；碳化钨和其他硬金属以及陶瓷作为工具材料可以减少这种磨损率，但非常昂贵；
[0024]
·
在切割时需要广泛的清洁站；必要时在纵切和激光切割后需要电极清洁站，以从电极去除颗粒污物；这增加了成本、循环时间和/或机器的空间要求；
[0025]
·
机械的纵分(纵切)对切割参数非常敏感，如切割角度、切割速度、上下刀之间的力、刀面的粗糙度和机器振动；轻微的变化会导致毛刺形成和额外的颗粒污染；
[0026]
·
对于连续切槽和切断目前还没有可行的解决方案；这意味着在切槽和切断期间，电极运动暂时停止；这降低了切槽和切断的速度；切槽和切断的最大速度为60m/min。
[0027]
已知以下技术可以克服上述的一些缺点：
[0028]
·
使用硬材料如高铬钢、陶瓷和碳化钨作为工具材料以减少磨损；
[0029]
·
切槽时的最小半径设置为2mm[毫米]；在两个切割边缘之间(在纵切口和横切口的交点处)不可能实现更小的半径；
[0030]
·
在切槽和切断期间，电极的连续运动只能在较少制造专家情况下进行；这意味着激光在切割期间以角度移动，使得最终的切割口是“完美地”直的；这需要非常精确地控制激光的移动路径和电极移动；
[0031]
·
使用不同的切割原理，如旋转切割进行纵切和切槽；与纵向切割相比，在旋转切割中截面的质量较差；
[0032]
·
使用绿激光和高功率(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减弱热影响区。
[0034]
结果这意味着，用机械工具或能量(激光)切割电池电极仍然是容易出错、公差大、成本高和/或不可靠的过程。
[0035]
由文献de 10 2017 218 137 a1已知一种用于制造用于电池的电极装置的方法。在此，电极层用超声波切割分离。在此，超声震荡单元刀接触电极层并进行垂直于电极层定向的运动。电极层的材料通过与超声震荡单元刀的接触而分离。

技术实现要素：

[0036]
因此本发明要解决的技术问题是，至少部分解决在现有技术方面介绍的问题。尤
其建议一种用于切割电极膜的方法和切割设备，尤其可以以高速和尽可能少的磨损情况下进行在品质方面高质量的切割。
[0037]
上述技术问题利用一种至少通过颗粒流来切割电极膜的方法和一种用于切割设置用于电池单池的电极膜的切割设备解决。有利的改进设计方案是本技术的内容。在本技术中逐个说明的特征可以以在技术上适宜的方式相互结合，并且可以通过来自说明书的所阐述的情况和/或附图的细节补充，其中指明本发明另外的变型设计方案。
[0038]
建议一种切割电极膜的方法。电极膜设置用于电池单池中。该方法通过至少一个切割设备进行，所述切割设备包括至少一个带有出口的喷嘴、颗粒供应管路和气体供应管路。切割至少通过颗粒流进行。
[0039]
所述方法至少包括下述步骤：
[0040]
a)提供具有表面的电极膜；
[0041]
b)将出口布置在电极膜上方，与表面保持间距；
[0042]
c)将第一气流从气体供应管路引入切割设备中；
[0043]
d)至少将颗粒从颗粒供应管路引入切割设备中；
[0044]
e)将第一气流和至少颗粒在切割设备中混合成颗粒流；
[0045]
f)利用从出口流出的颗粒流冲击电极膜，使电极膜分离。
[0046]
方法步骤的分为a)至f)的上述(非封闭的)划分主要仅用于区分，不是强制顺序和/或关联。方法步骤的频率也可以不同。也可能的是方法步骤至少部分在时间上重叠。非常优选的是，步骤c)至f)至少暂时在时间上相互平行地进行。步骤c)至f)尤其在步骤a)和b)之后进行。
[0047]
电池单池尤其包括包围出体积或者说容积的壳体、在该体积中布置的至少一个第一电极类型的第一电极膜、第二电极类型的第二电极膜和布置在其间的分隔材料以及电解质，例如液体的或固体的电解质。
[0048]
电池单池尤其是袋式单池(具有由袋状膜构成的可变形壳体)或棱状单池(具有形状稳定的壳体)。袋状膜是已知的可变形的壳体部件，其被用作所谓的袋状单池的壳体。它在此是复合材料，例如包括塑料和铝。
[0049]
电池单池尤其是锂离子电池单池。
[0050]
多个电极膜的各个膜相叠布置并且尤其形成堆栈。电极膜分别配属于不同的电极类型，即它们设计成阳极或阴极。在此，阳极和阴极交替并通过分隔材料相互分离地布置。
[0051]
电池单池是电流存储器，其例如在机动车中用于存储电能。尤其机动车例如具有用于驱动机动车的电机(牵引驱动)，其中，电机能由储存在电池单池中的电能驱动。
[0052]
根据步骤a)，尤其提供具有表面的电极膜。电极膜尤其作为连续材料提供。电极膜尤其包括载体材料，载体材料尤其由金属材料制成，其必要时或者在此设计为至少部分被涂层，例如用活性材料涂层。电极膜具有理论上在x方向长度无尽的两个最大的侧表面、在y方向上的宽度和在z方向上的厚度。在z方向上的延伸在此是最小的。电极膜的其中一个侧表面在此形成表面。
[0053]
提供一种切割设备，其至少包括带有出口的喷嘴。此外，将出口布置在电极膜上方，与表面保持间距(步骤b))。喷嘴用于将颗粒流向表面定向。颗粒流通过喷嘴的出口离开切割设备并流向表面。喷嘴布置成与表面有间距，使得喷嘴与表面之间没有机械接触。该间
距也不能被单个颗粒桥接。
[0054]
还提供有颗粒供应管路和气体供应管路。这些供应管路尤其用于输送颗粒和第一气流。
[0055]
根据步骤c)，尤其将第一气流从气体供应管路引入切割设备。根据步骤d)，至少将颗粒从颗粒供应管路引入切割设备。此外，根据步骤e)，第一气流和至少颗粒在切割设备中混合成颗粒流。第一气流尤其用于输送和加速颗粒，使颗粒与气流共同地、即作为颗粒流通过喷嘴输送到表面。
[0056]
根据步骤f)，尤其用从出口流出的颗粒流冲击电极膜并且分离电极膜。电极膜通过颗粒撞击到表面上而连续分断。在此，颗粒尤其被抛到表面上，使表面或电极膜的材料被颗粒排挤。
[0057]
尤其喷嘴是超声震荡单元或设计成超声震荡单元，其中，出口通过振动装置激励振动。由于振动，出口尤其在垂直于表面朝向的平面中移动。超声震荡单元空心地设计成喷嘴。
[0058]
超声震荡单元是通过引入高频机械振动(例如超声波，但也可以是较低频率)而共振振动的工具。通过超声震荡单元可以增大激励的幅度。
[0059]
取代通过机械切割(利用通过切割工具的剪切原理)或能量(激光)的纵切和切槽的是，在此切割由高速振动的气体介质，即第一气流进行，第一气流携带起研磨作用的颗粒。颗粒的切割作用可以通过由超声震荡单元对颗粒流的高频激励加强。
[0060]
利用所建议的方法尤其可以在切割时实现高速度。此外也没有工具磨损，由于喷嘴不接触电极膜，分离边缘没有毛刺并且没有热影响区。该方法尤其适用于纵切。然而它也可用于切槽和切断。
[0061]
已知其他方法，其中，通过振动激励和研磨作用的颗粒进行切割。它们例如称为锤击方法“hammering”。在此，研磨剂分布在切割区域(在此即表面)上并由振动的切割工具带入振动。
[0062]
所建议的方法的主要区别是，正好没有锤子作用，即喷嘴或超声震荡单元和电极膜之间没有相互作用。切割通过投掷机制(轰击)进行。必要时振动的第一气流，尤其高速空气流携带研磨作用的颗粒。这些颗粒尤其也在第一气流中开始振动。第一气流和颗粒都以尖锐的研磨气刀的形式抛到表面的切割区域上。研磨气刀的焦点在此可以设计为非常小。
[0063]
切割尤其通过由第一气流输送的颗粒的动能和必要的振动能进行。
[0064]
尤其至少
[0065]
·
振动尤其在出口处具有最大80微米，优选最大50微米的振幅；或
[0066]
·
振动的频率在5khz到20khz之间，优选在8khz到15khz之间，特别优选在9khz到12khz之间；或
[0067]
·
出口具有最大1.0毫米，尤其0.2至0.8毫米，优选0.4至0.6毫米的直径。
[0068]
振动装置优选包括转换器(压电式或磁弹性)，高频电信号被传输到该转换器上。转换器将电信号转换为具有小振幅的低频的机械振动。基本上转换器将电能转换为机械振动。这种机械振动然后传送到空心的超声震荡单元上。
[0069]
转换器区域中的机械振动具有较小的振幅。超声震荡单元的主要功能是增强这种振动。
[0070]
压电转换器或晶体若其被压缩则产生小电流。当电流通过晶体时，晶体就膨胀。当电流被去除时，晶体再次具有其初始尺寸和形状。可以得到的这种转换器的功率最高可达900瓦。压电晶体具有高达95％的转换效率。当使用这种转换器时，电信号被引入转换器，由此产生的机械振动被传到超声震荡单元上。
[0071]
当承受强磁场时，磁弹性的声转换器改变其长度。这些转换器由镍或镍合金板制成。它们的转换效率约为20-30％。可以得到的这种转换器的功率最高可达2000瓦。可实现的最大长度变化约为25微米。使用这种转换器时，磁场被施加到转换器中，由此产生的机械振动被输送到超声震荡单元上。
[0072]
由于转换效率高，优选压电转换器。事实证明，约10khz的低频率和约50微米的振幅特别适合用于切割电极膜。超声震荡单元获得约20至25微米的输入振幅，其中，在输出端的振幅被增强到例如50微米。
[0073]
转换器尤其以环形式提供并布置在超声震荡单元的入口部区域中。尤其仅超声震荡单元通过转换器被激励。
[0074]
超声震荡单元或喷嘴尤其由钛制成，其中，穿过超声震荡单元或喷嘴从入口到出口的通道由碳化钨制成。通道和超声震荡单元可以设计具有两个部件并通过挤压相互连接。
[0075]
通过喷嘴或超声震荡单元的通道尤其锥形或指数形延伸。出口尤其具有比入口更小的直径。
[0076]
通过喷嘴/超声震荡单元可进一步聚焦颗粒流，使其在表面上具有约为出口的最大直径的10％的最大直径。
[0077]
计算超声震荡单元的所需长度，即入口和出口之间的长度，是超声震荡单元设计中最重要的部分之一。为了将损失最小化并将变频器或者转换器的最大的能量传递到超声震荡单元上，超声震荡单元应与变频器的运行频率共振。超声震荡单元的长度应是转换器振动的波长一半(λ/2)的奇数倍。尤其注意，振动的幅度在出口处最大。
[0078]
表面和出口之间的间距尤其应对应于转换器的振动波长的倍数。表面上的颗粒流焦点中振动的幅度以此是最大的。尤其超声震荡单元的通道的入口得到转换器的振幅。
[0079]
尤其至少颗粒和无水液体的混合物通过颗粒供应管路被供应。液体尤其用于润湿颗粒。颗粒以此更多地相互结合并且减少或防止被抛到表面上的颗粒反弹。
[0080]
尤其在建议的方法中，与已知的锤击方法相比，不使用水产生混合物。
[0081]
尤其液体具有在混合物中最多25％重量百分比，优选4％至15％重量百分比，更优选至少2％重量百分比的份额。
[0082]
尤其液体包括碳酸盐基电解质的成分，例如碳酸乙烯酯(c3h4o3)，或石蜡基的油。若使用电解质成分作为液体，则其粘附在电极膜上是无害的，甚至对由此产生的电池单池的后续运行也无害。
[0083]
碳酸乙烯酯尤其可以通过聚碳酸丙烯酯补充，这样即使在较低的温度下，液体也不会呈现固体状态。
[0084]
液体可以在混合装置中输入颗粒。液体和颗粒尤其被混合并且然后例如作为所谓的浆料被提供，以输送给切割设备。颗粒和液体的混合物然后可以通过颗粒供应管路被供应。
[0085]
尤其至少第一气流通过文丘里喷嘴供应给喷嘴。
[0086]
第一气流尤其(仅)包括空气。它尤其在气体供应管路上游被压缩，尤其压缩到至少2巴，优选至少5巴；特别优选至少10巴的压力。
[0087]
径向设计的离心式压缩机形式的气体压缩机可用于压缩。在此，干燥的气体(如干燥的空气)被吸入带有径向叶片的旋转叶轮的中心并通过离心力被压缩。离心式压缩机的旋转速度控制气体压力。
[0088]
第一气流通过气体供应管路供应给切割设备，并被引入文丘里喷嘴的入口部(进入汇聚的第一部段)。
[0089]
文丘里喷嘴基本上是已知的。它通常包括汇聚的第一部段、具有最小流动横截面的第二部段和发散的第三部段。文丘里喷嘴在第一部段上游具有入口部，在第三部段的下游具有出口部。文丘里喷嘴在入口部和出口部之间沿穿流方向在总长度上延伸。单个部段分别在长度上延伸。
[0090]
文丘里喷嘴尤其由光滑壁的管段构成，具有横截面的缩窄部，例如由两个相互指向的锥体构成，它们在其最小直径的位置处结合。当流体流过文丘里喷嘴时，在管段的最窄的位置处，动态压力(动压)最大，静压最小。
[0091]
在第一部段中，第一气流加速到很高的速度(马赫数在0.5到1的范围中)，同时它在喷嘴的发散的区域中膨胀。第一气流在出口部处的速度应约为0.5至1马赫数。出口部处的压力尤其与环境压力相应。
[0092]
(干燥的)第一气流通过文丘里喷嘴向出口部移动，其中，入口部处的压力在出口部处转化为更高的速度。这种加速的第一气流尤其被输送到喷嘴或超声震荡单元的入口处。
[0093]
颗粒供应管路尤其在文丘里喷嘴的入口部处在入口部下游在第一部段或第三部段中通入。各个流尤其通过阀门控制。通过颗粒供应管路尤其可以仅输入颗粒，必要时由气流支持的颗粒，或包括颗粒和液体的混合物。
[0094]
在颗粒供应管路在第二部段的上游通入时，则至少颗粒可以加速到与第一气流相同的速度。但是文丘里喷嘴具有更短的使用寿命，因为快速移动的颗粒会研磨作用于第二部段。
[0095]
在颗粒供应管路在第二部段的下游通入时，第一气流在第三部段中具有最高的速度。颗粒的速度比在更上游通入情况下明显更低。然而，文丘里喷嘴具有更长的使用寿命。
[0096]
尤其使用氧化铝作为颗粒。氧化铝是陶瓷性的，不导电并且必要时在电池单池中例如作为分隔器的涂层存在。它还具有高硬度和高电阻。
[0097]
尤其这些颗粒具有最高40微米的最大直径。通过更小的颗粒可以提高切割产生的分割边的品质。优选这些颗粒具有10至30微米的最大直径。
[0098]
尤其切割设备具有抽吸装置，通过抽吸装置抽吸至少从表面反弹回喷嘴的颗粒或穿过电极膜的颗粒。抽吸装置可以至少部分地与喷嘴或超声震荡单元相邻地布置。以此可以抽吸从表面反弹的颗粒。替选或者额外地，至少一部分抽吸装置可以通过电极膜与喷嘴/超声震荡单元有间距地布置。因此，抽吸装置可以至少与喷嘴/超声震荡单元相对布置，其中，电极膜布置在其间。然后可以抽吸通过电极膜的颗粒。
[0099]
尤其电极膜通过张紧辊和/或输送辊导引，以便定义电极膜相对于切割设备的位
置。切割线尤其这样延伸，即在该区域中没有通过辊子的支持。
[0100]
辊子可以设计具有表面结构，使电极膜不仅在纵向(x方向)而且在宽度方向(y方向)都张紧。
[0101]
尤其电极膜可以通过支撑装置支撑，以便尤其可以精确地调整喷嘴/超声震荡单元的出口和表面之间的间距。尤其抽吸装置可以设计为至少部分地集成在支撑装置中，使得在切割线下方和尤其在切分期间的任何时候，抽吸装置都相对出口布置。
[0102]
尤其切割设备包括加热装置，被颗粒流冲击的电极膜通过该加热装置被干燥。尤其加热装置包括至少一个红外辐射器，由此可以将电极膜加热，尤其加热到105至125摄氏度，优选加热到约120摄氏度。
[0103]
通过加热装置尤其可以从分离边缘去除混合物的液体。
[0104]
尤其切割设备具有清洁设备，电极膜的至少一个分离边缘在清洁设备中至少通过机械接触，例如通过刷子或辊子，或通过电离的第二气流清洁掉附着的颗粒。可能带静电的颗粒可以通过电离的第二气流中和并且然后更容易被抽吸或吹走。
[0105]
这些颗粒尤其可以被重复使用。为此可以收集颗粒并输回，以便其重新通过颗粒供应管路输送到方法中。
[0106]
此外建议一种用于切割设置用于电池单池的电极膜的切割设备。切割设备尤其设计成适于执行所述方法。所述切割设备包括至少一个喷嘴，用于至少供应颗粒的颗粒供应管路和用于供应第一气流的气体供应管路，所述喷嘴带有出口。颗粒和第一气流能在切割设备中混合成颗粒流并能通过喷嘴输送至出口。喷嘴能布置在电极膜的上方，与电极膜的表面有间距并且电极膜能至少通过颗粒流分开。
[0107]
尤其喷嘴是超声震荡单元，其中，出口可以通过切割设备的振动装置激励振动。由于振动，出口尤其在垂直于表面朝向的平面中移动。
[0108]
此外建议一种电池单池，其至少包括壳体和布置在其中的电极膜堆栈，电极膜尤其通过所述方法和/或所述切割设备制造。
[0109]
此外建议一种机动车，其至少包括牵引驱动装置和具有至少一个所述电池单池的电池，其中，牵引驱动装置可由至少一个电池单池提供能量。
[0110]
所述方法尤其可以通过控制设备执行，所述控制设备被装备、配置或编程以执行所述方法。通过控制设备可以至少实施
[0111]
·
对至少一个第一气流的调节；
[0112]
·
对至少一个颗粒流的调节；
[0113]
·
对切割速度的调节；
[0114]
·
对颗粒流的速度的调节；
[0115]
·
振动装置的调节。
[0116]
切割设备尤其包括上述的控制设备。
[0117]
此外，所述方法也可以由计算机或控制单元的处理器执行。
[0118]
因此还建议一种用于数据处理的系统，其包括适合/配置为执行该方法或所建议的方法的部分步骤的处理器。
[0119]
可以设置计算机可读的存储介质，其包括指令，所述指令在被计算机/处理器执行时使计算机/处理器能执行所述方法或所建议的方法的至少部分步骤。
[0120]
关于方法的说明尤其可以转用到切割设备、电池单池、机动车、控制设备以及计算机实现的方法(即计算机或处理器、数据处理系统、计算机可读存储介质)，反之亦然。
[0121]
实现了下述优点：
[0122]
·
所建议的用颗粒切分电极膜尤其实现无毛刺切割；
[0123]
·
它不像激光切割那样产生热影响区；
[0124]
·
电解质成分，例如碳酸乙烯酯(ec)可以用作用于混合物的液体；这意味着即使碳酸乙烯酯在干燥后存在于分离边缘，也不会造成危害；
[0125]
·
尤其建议氧化铝用于颗粒；它不是电导体并且因此若颗粒留在分离边缘上不产生短路。
[0126]
·
取代必要时带添加剂的碳酸乙烯酯，使用必要时带添加剂的碳酸二甲酯(dimethylencarbonat)或石蜡基的油；石蜡油可以与酒精混合以快速蒸发；用加热装置可以将整个石蜡基的油蒸发；
[0127]
·
超声震荡单元和文丘里喷嘴可以一体式或者说集成式地实施；该组合件产生颗粒的高速度和振动；它可以作为非常紧凑的组合件提供；文丘里喷嘴可以定位在喷嘴/超声震荡单元的入口处；可以把文丘里喷嘴和超声震荡单元作为单个由碳化钨构成的组合件制造；必要时可以用螺栓和减震膜将文丘里喷嘴固定在超声震荡单元的入口部处；这实现文丘里喷嘴和超声震荡单元固定时很好的灵活性；在此文丘里喷嘴不被超声震荡单元激励；
[0128]
·
没有颗粒会附着在分离边缘上，因为气流以高速进行边缘清洁；在卷绕前可以执行分离边缘和表面的进一步清洁；
[0129]
·
所述方法可以以约150m/min的非常高的切割速度运行；
[0130]
·
不发生工具磨损；因此该方法、该过程是非常经济的；
[0131]
·
不像激光切割那样产生气体，因此不需要复杂的气体抽取；不需要冷却电极膜以减弱热影响区；
[0132]
·
该方法可用于纵切也可用于切槽和切断；
[0133]
·
产生非常薄的分离边缘，因为可以使用最大直径约12微米的细颗粒并且出口的振动幅度可以设置为约50微米；
[0134]
·
通过降低速度和振动，不同的电极膜材料可以用同一切割设备分割；
[0135]
·
需要更少的占地面积，因为分割、干燥和清洁可以集成在唯一的机器，即切割设备中；
[0136]
·
所述方法是经济的，因为颗粒可以多次重复使用；
[0137]
·
针对第一气流所需的压力可以为6巴，这在工业上通常是可用的；因此不需要提供干燥的高压空气；
[0138]
·
它是非接触的切割或分割；超声震荡单元上没有安装切割工具；
[0139]
·
超声震荡单元有两个主要功能：它增大振动的振幅并减少撞击在表面上的颗粒流的直径；由此可以提供尖锐的和小的焦点并且超声震荡单元给颗粒提供大的振幅，从而增强颗粒的切割作用；
[0140]
·
超声震荡单元易于制造；超声震荡单元与颗粒接触的内部通道可以用碳化钨制成；这使得超声震荡单元具有良好的耐磨性和较长的使用寿命。
[0141]
综上所述，所建议的切割设备具有约50微米非常尖锐的焦点，颗粒的速度很高
(0.5-1马赫)，频率约为10khz，振幅约为50微米，这比其他迄今已知的方法更适合用于切割锂离子电池的电极膜。
[0142]
不定冠词“一”的使用尤其在权利要求和解释权利要求的说明书中不理解为量词。相应地，相关的术语和组件理解为其存在至少一次，但也尤其可以存在多次。
[0143]
要注意的是，在此使用的序数词(“第一”、“第二”...)主要(仅)用于区分多个同类的对象、量或过程，即尤其不强制规定这些对象、量或过程相互之间的关联和/或顺序。若需要关联和/或顺序，则在此明确指出，或者在研究具体描述的设计时对本领域技术人员来说是明显的。只要一构件可以出现多次(至少一个)则对一个该构件的说明同样适用于全部或者大部分该构件，但这并非是一定的。
附图说明
[0144]
下面根据附图进一步阐述本发明以及技术领域。要指出的是，本发明不通过所述实施例限制。尤其若无明确另作说明，还可以从图中阐述的事实中提取部分方面并且与源自本说明书的其他组成部分和知识结合。尤其要指出的是，附图和尤其所示尺寸关系只是示意性的。其中：
[0145]
图1：示出用于执行所述方法的切割设备；
[0146]
图2：示出根据第一变型设计用于根据图1的切割设备的文丘里喷嘴；
[0147]
图3：示出根据第二变型设计用于根据图1的切割设备的文丘里喷嘴；
[0148]
图4：示出用于混合颗粒和液体的混合装置；
[0149]
图5：示出用于根据图1的切割设备的文丘里喷嘴和超声震荡单元；
[0150]
图6：示出用于根据图1的切割设备的文丘里喷嘴和超声震荡单元连同抽吸装置；
[0151]
图7：示出根据图1的切割设备的俯视图；
[0152]
图8：示出具有加热装置的切割设备的侧视图；
[0153]
图9：示出具有加热装置和清洁设备的切割设备的侧视图。
具体实施方式
[0154]
图1示出用于执行所述方法的切割设备4。图2示出根据第一变型设计用于根据图1的切割设备4的文丘里喷嘴17。图1和图2在下文中一起说明。
[0155]
所述切割设备4包括喷嘴5，所述喷嘴带有出口6，还包括用于至少供应颗粒11的颗粒供应管路8和用于供应第一气流10的气体供应管路9。颗粒11和第一气流10在切割设备4中混合成颗粒流2并通过喷嘴5输送至出口6。喷嘴5布置在电极膜1的上方，与电极膜1的表面3有间距7，并且电极膜1通过颗粒流2分开。
[0156]
根据步骤a)，提供具有表面3的电极膜1。电极膜1作为连续材料提供。电极膜1具有两个最大的侧表面，侧表面具有理论上在x方向无尽的长度，电极膜具有在y方向上的宽度和在z方向上的厚度。在z方向上的延伸在此是最小的。电极膜1的其中一个侧表面在此形成表面3。
[0157]
此外提供切割设备4，所述切割设备包括喷嘴5，所述喷嘴带有出口6，出口6布置在电极膜1上方，与表面3有间距7(步骤b))。喷嘴5用于将颗粒流2向表面3定向。颗粒流2通过喷嘴5的出口6离开切割设备4并流向表面3。喷嘴5布置成与表面3有间距7，使得喷嘴5与表
面3之间没有机械接触。
[0158]
此外提供颗粒供应管路8和气体供应管路9。这些供应管路8,9用于输送颗粒11和第一气流10。
[0159]
此外将第一气流10从气体供应管路9引入切割设备4(步骤c))，至少将颗粒11从颗粒供应管路8引入切割设备4(步骤d))以及将第一气流10和至少颗粒11在切割设备4中混合成颗粒流2(步骤e))。第一气流10用于输送和加速颗粒11，使它们与第一气流10一起，即作为颗粒流2，通过喷嘴5输送到表面3。
[0160]
根据步骤f)，用从出口6流出的颗粒流2冲击电极膜1并且分离电极膜1。
[0161]
喷嘴5是超声震荡单元或设计成超声震荡单元，其中，出口6通过振动装置12激励。由于振动，出口6在垂直于表面3朝向的平面中移动。超声震荡单元空心地设计成喷嘴5。
[0162]
颗粒11以及无水的液体16的混合物15通过颗粒供应管路8从混合装置23开始通过泵38供应。
[0163]
第一气流10通过文丘里喷嘴17供应给喷嘴5。为此，第一气流10在气体供应管路9的上游被压缩。压缩机25，例如径向设计的离心式压缩机形式的气体压缩机可用于压缩。第一气流通过气体供应管路9供应给切割设备4，并被引入文丘里喷嘴17的入口部26，进入汇聚的第一部段28。
[0164]
文丘里喷嘴17包括汇聚的第一部段28、具有最小流动横截面的第二部段29和发散的第三部段30。文丘里喷嘴17在第一部段28上游具有入口部26，在第三部段30的下游具有出口部27。文丘里喷嘴17在入口部26和出口部27之间沿穿流方向在总长度上延伸。
[0165]
(干燥的)第一气流10通过文丘里喷嘴17向出口部27移动，其中，入口部26处的压力在出口部27处转化为更高的速度。这种加速的第一气流10被输送到喷嘴5或超声震荡单元的入口31处。
[0166]
颗粒供应管路8在入口部26的下游通入第一部段28。在颗粒供应管路8在第二部段29的上游通入时，则颗粒11可以加速到与第一气流10相同的速度。
[0167]
单个的流，即第一气流10和混合物15的流通过阀门35调节。
[0168]
切割设备4具有抽吸装置18，通过抽吸装置抽吸从表面3反弹回喷嘴5的颗粒11和穿过电极膜1的颗粒11。抽吸装置18部分地与喷嘴5或超声震荡单元相邻地布置。以此可以抽吸从表面3反弹的颗粒11。额外地，一部分抽吸装置18通过电极膜1与喷嘴5有间距地布置。因此，抽吸装置18与喷嘴5相对布置，其中，电极膜1布置在其间。然后可以抽吸通过电极膜1的颗粒11。
[0169]
电极膜1通过张紧辊32和输送辊32导引，以便定义电极膜1相对于切割设备4的位置。切割线这样延伸，即在该区域中没有通过辊子32的支持。
[0170]
辊子32可以设计具有表面结构33(见图7)，使电极膜1不仅在纵向(x方向)而且在宽度方向(y方向)都张紧。
[0171]
电极膜1通过支撑装置24支撑，以便可以精确地调整喷嘴5的出口6和表面3之间的间距7。抽吸装置18设计为至少部分地集成在支撑装置24中，使得在切割线下方和在切分期间的任何时候，抽吸装置18都相对出口6布置。
[0172]
切割设备4包括加热装置19，被颗粒流2冲击的电极膜1通过该加热装置被干燥。通过加热装置19可以从分离边缘21(见图7)去除混合物15的液体16。
[0173]
切割设备4具有清洁设备20，电极膜1的分离边缘21在清洁设备中通过机械接触、例如通过刷子或辊子，或通过电离的第二气流22清洁掉附着的颗粒11。可能带静电的颗粒11可以通过电离的第二气流22中和并且然后更容易被抽吸或吹走。
[0174]
颗粒11被重复使用。为此，至少通过抽吸装置18收集颗粒11并回收至用于混合物15的混合装置23，以便它们可以重新通过颗粒供应管路8供应给文丘里喷嘴17。
[0175]
通过控制设备34可以控制切割设备4的确定的部分。
[0176]
图3示出用于根据图1的切割设备根据第二变型设计的文丘里喷嘴17，参考图1和2的解释。
[0177]
与文丘里喷嘴17的第一变型设计不同的是，颗粒供应管路8在第三部段30中通入。在颗粒供应管路8在第二部段29的下游通入时，第一气流10在第三部段30中具有最高的速度。颗粒11的速度比在更上游通入情况下明显更低。然而，文丘里喷嘴17具有更长的使用寿命。
[0178]
图4示出用于混合颗粒11和液体16的混合装置23。在混合装置23中，颗粒11和液体16相互分开地供应，混合并且作为混合物15供应给颗粒供应管路8。
[0179]
图5示出用于根据图1的切割设备的文丘里喷嘴17和超声震荡单元。引用对图1和2的说明。
[0180]
根据步骤d将第一气流10从气体供应管路9引入切割设备4，至少将颗粒11从颗粒供应管路8引入切割设备4以及将第一气流10和至少颗粒11在切割设备4中混合成颗粒流2。根据步骤e)，用从出口6流出的颗粒流2冲击电极膜1并且分离电极膜1。
[0181]
喷嘴5是超声震荡单元或设计成超声震荡单元，其中，出口6通过振动装置12激励振动。超声震荡单元空心地设计成喷嘴5。
[0182]
振动装置12包括转换器(压电式或磁弹性)，高频电信号被传输到该转换器上。转换器将电信号转换为具有小振幅13的低频的机械振动。基本上转换器将电能转换为机械振动。这种机械振动然后传送到空心的超声震荡单元上。
[0183]
转换器区域中的机械振动具有小振幅13(见图表中右侧视图)。超声震荡单元的主要功能是增强这种振动。
[0184]
(声)转换器以环形式提供并布置在超声震荡单元的入口部26区域中。示出两种不同布局。振动装置12的一个转换器环形包围喷嘴5的入口31延伸。振动装置12的另一个虚线示出的转换器环形围绕文丘里喷嘴17延伸并与喷嘴5连接。仅超声震荡单元通过转换器被激励。因此，喷嘴5或超声震荡单元的通道36的入口31获得振动装置12的声转换器的振幅。
[0185]
通过喷嘴5或超声震荡单元的通道36尤其锥形延伸。出口6具有比入口31更小的直径14。
[0186]
通过喷嘴5或超声震荡单元可进一步聚焦颗粒流2，使其在表面3上具有约为出口6的最大直径的10％的最大直径。
[0187]
计算超声震荡单元的所需长度37，即入口31和出口6之间的长度，是超声震荡单元设计中最重要的部分之一。为了将损失最小化并将变频器或者转换器的最大的能量传递到超声震荡单元上，超声震荡单元应与震动装置12的变频器的运行频率共振。超声震荡单元的长度37应是转换器振动的波长一半(λ/2)的奇数倍。长度37设置为使出口6处振动的振幅13是最大的(见图表中右侧视图)。
[0188]
表面3和出口6之间的间距7尤其应对应于转换器的振动波长的倍数。表面3上的颗粒流2焦点中振动的幅度以此是最大的。
[0189]
图6示出用于根据图1的切割设备4的文丘里喷嘴和超声震荡单元连同抽吸装置18。引用对图1至图5的说明。
[0190]
切割设备4具有抽吸装置18，通过抽吸装置抽吸从表面3反弹回喷嘴5的颗粒11。抽吸装置18与喷嘴5或超声震荡单元相邻地布置。
[0191]
图7示出根据图1的切割设备4的俯视图。引用对图1至图6的说明。
[0192]
电极膜1通过张紧辊32和输送辊32导引，以便定义电极膜1相对于切割设备4的位置。切割线这样延伸，即在该区域中相对于喷嘴5没有通过辊子32的支持。
[0193]
输送辊32设计具有表面结构33，使电极膜1不仅在纵向(x方向)上而且在宽度方向(y方向)上都张紧。分离边缘21在此通过纵切，即沿x方向产生。
[0194]
图8示出具有加热装置19的切割设备4的侧视图。引用对图1至图7的说明。
[0195]
电极膜1通过张紧辊32张紧。与加热装置19相邻布置有抽吸装置18，通过抽吸装置可以抽吸干燥的颗粒11。
[0196]
图9示出具有加热装置19和清洁设备20的切割设备4的侧视图。引用对图1至图8的说明。
[0197]
在清洁设备20中，电极膜1的分离边缘21通过机械接触(清洁设备20的左部)，例如通过刷子或辊子，和通过电离的第二气流22(清洁设备20的右部)，清洁附着的颗粒11。可能带静电的颗粒11可以通过电离的第二气流22中和并且然后更容易被抽吸或吹走。
[0198]
这些颗粒11可以被重复使用。为此可以收集颗粒11并输回，以便其重新通过颗粒供应管路8输送到方法过程中。
[0199]
附图标记列表：
[0200]1ꢀꢀ
电极膜
[0201]2ꢀꢀ
颗粒流
[0202]3ꢀꢀ
表面
[0203]4ꢀꢀ
切割设备
[0204]5ꢀꢀ
喷嘴
[0205]6ꢀꢀ
出口
[0206]7ꢀꢀ
间距
[0207]8ꢀꢀ
颗粒供应管路
[0208]9ꢀꢀ
气体供应管路
[0209]
10 第一气流
[0210]
11 颗粒
[0211]
12 振动装置
[0212]
13 振幅
[0213]
14 直径
[0214]
15 混合物
[0215]
16 液体
[0216]
17 文丘里喷嘴
[0217]
18 抽吸装置
[0218]
19 加热装置
[0219]
20 清洁设备
[0220]
21 分离边缘
[0221]
22 第二气流
[0222]
23 混合装置
[0223]
24 支撑装置
[0224]
25 压缩机
[0225]
26 入口部
[0226]
27 出口部
[0227]
28 第一部段
[0228]
29 第二部段
[0229]
30 第三部段
[0230]
31 入口
[0231]
32 辊子
[0232]
33 表面结构
[0233]
34 控制设备
[0234]
35 阀门
[0235]
36 通道
[0236]
37 长度
[0237]
38 泵。

技术特征：

1.一种至少通过颗粒流(2)来切割电极膜(1)的方法，所述电极膜设置用于电池单池；其中，所述方法通过至少一个切割设备(4)进行，所述切割设备包括至少一个带有出口(6)的喷嘴(5)、颗粒供应管路(8)和气体供应管路(9)，并且所述方法至少包括下述步骤：a)提供具有表面(3)的电极膜(1)；b)将出口(6)布置在电极膜(1)上方，与表面(3)保持间距(7)；c)将第一气流(10)从气体供应管路(9)引入切割设备(4)中；d)至少将颗粒(11)从颗粒供应管路(8)引入切割设备(4)中；e)将所述第一气流(10)和至少所述颗粒(11)在切割设备(4)中混合成颗粒流(2)；f)利用从出口(6)流出的颗粒流(2)冲击电极膜(1)，使电极膜(1)分离。2.按照权利要求1所述的方法，其中，喷嘴(5)是超声震荡单元，其中，出口(6)通过振动装置(12)激励振动。3.按照权利要求2所述的方法，其中，至少振动具有最大80微米的振幅(13)或振动的频率在5khz到20khz之间或出口(6)具有最大1.0毫米的直径。4.按照上述权利要求之一所述的方法，其中，通过颗粒供应管路(8)供应至少颗粒(11)以及无水的液体(16)的混合物(15)。5.按照权利要求4所述的方法，其中，所述液体(16)具有在混合物(15)中最多25％重量百分比的份额。6.按照上述权利要求4和5之一所述的方法，其中，所述液体(16)包括碳酸盐基电解质的成分或石蜡基的油的组分。7.按照上述权利要求之一所述的方法，其中，至少第一气流(10)通过文丘里喷嘴(17)供应给喷嘴(5)。8.按照上述权利要求之一所述的方法，其中，使用氧化铝作为颗粒(11)。9.按照上述权利要求之一所述的方法，其中，所述颗粒(11)具有最高40微米的最大直径。10.按照上述权利要求之一所述的方法，其中，切割设备(4)具有抽吸装置(18)，通过抽吸装置至少抽吸从表面(3)反弹回喷嘴(5)的颗粒(11)或穿过电极膜(1)的颗粒(11)。11.按照上述权利要求之一所述的方法，其中，切割设备(4)包括加热装置(19)，被颗粒流(2)冲击的电极膜(1)通过该加热装置被干燥。12.按照上述权利要求之一所述的方法，其中，切割设备(4)具有清洁设备(20)，电极膜(1)的至少一个分离边缘(21)在清洁设备中至少通过机械接触或通过电离的第二气流(22)清洁掉附着的颗粒(11)。13.一种用于切割设置用于电池单池的电极膜(1)的切割设备(4)，所述切割设备至少包括带有出口(6)的喷嘴(5)、用于至少供应颗粒(11)的颗粒供应管路(8)和用于供应第一气流(10)的气体供应管路(9)，其中，颗粒(11)和气流(10)能在切割设备(4)中混合成颗粒流(2)并能通过喷嘴(5)输送至出口(6)，其中，喷嘴(5)能布置在电极膜(1)的上方，与电极膜(1)的表面(3)保持间距(7)，并且电极膜(1)能至少通过颗粒流(2)分开。14.按照权利要求13所述的切割设备(4)，其中，喷嘴(5)是超声震荡单元，其中，出口(6)能通过切割设备(4)的振动装置(12)激励振动。

技术总结

本发明建议一种用于切割电极膜(1)的方法，所述电极膜设置用于电池单池，所述方法通过颗粒流(2)进行。此外给出一种用于切割设置用于电池单池的电极膜(1)的切割设备(4)，所述切割设备至少包括带有出口(6)的喷嘴(5)、用于至少供应颗粒(11)的颗粒供应管路(8)和用于供应第一气流(10)的气体供应管路(9)，其中，颗粒(11)和气流(10)能在切割设备(4)中混合成颗粒流(2)并能通过喷嘴(5)输送至出口(6)，其中，喷嘴(5)能布置在电极膜(1)的上方，与电极膜(1)的表面(3)保持间距(7)，并且电极膜(1)能至少通过颗粒流(2)分开。通过颗粒流(2)分开。通过颗粒流(2)分开。