[发明专利]用于切割电极膜的方法和切割设备

说明书

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。

技术领域

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

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。

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。

切割电极时实施以下步骤：

·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；

·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；

·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。

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]。

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。

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。

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。尤其需要专门的绿色激光器，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。

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。

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。

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。

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。

这些缺点可以通过以下方式减少：

·在切割时用酒精和石蜡油制成的溶液广泛地清洗切口；