用于制造二次电池的电极组合件的方法及装置与流程

本公开的领域大体上涉及能量存储技术，例如电池技术。更具体地说，本公开的领域涉及用于能量存储系统的组合件，例如供包含锂基电池的二次电池使用的电极的系统及方法。

背景技术：

1、锂基二次电池归因于其相对较高的能量密度、电力及贮藏寿命而变成所要能源。锂二次电池的实例包含非水电池，例如锂离子及锂聚合物电池。

2、已知能量存储设备，例如电池、燃料电池及电化学电容器通常具有二维层状架构，例如平面或卷绕(即，包卷)式层压结构，其中每一层压物的表面积大致等于其几何覆盖面积(忽略孔隙度及表面粗糙度)。

3、图1绘示通常以10指示的已知层状型二次电池的横截面视图。电池10包含与正电极20接触的正电极集电器15。负电极25通过隔板层30与正电极20分隔开。负电极25与负电极集电器35接触。如图1中所示，电池10以堆叠形式形成。堆叠有时覆盖有负电极集电器35上方的另一隔板层(未图示)，且随后可卷起且放置到罐(未图示)中以装配电池10。在充电过程期间，载体离子(通常为锂)离开正电极20且行进通过隔板层30进入负电极25中。视所使用的阳极材料而定，载体离子嵌入负电极材料(例如，位于负电极材料的基质中而不形成合金)或与负电极材料形成合金。在放电过程期间，载体离子离开负电极25且行进返回隔板层30且返回到正电极20中。

4、相较于层状二次电池，三维二次电池可提供增加的容量及寿命。然而，制造此类三维二次电池在生产及成本上具有挑战。迄今，所使用的精密制造技术可产生具有改进周期寿命的二次电池，但代价为产率及成本。然而，当加速已知制造技术时，可引起电池的缺陷数目增加、容量损失及寿命减少。

5、因此，将需要制造三维电池，同时解决已知技术中的问题。

技术实现思路

1、一个实施例为一种合并幅材以用于制造二次电池的电极组合件的工艺，所述工艺包括：沿第一幅材合并路径移动第一基底材料幅材，所述第一基底材料幅材包括(i)用于电极子单元的第一组件群，所述第一组件由对应弱化模式划定，以及(ii)第一输送特征群；沿第二幅材合并路径移动第二基底材料幅材，所述第二基底材料幅材包括(iii)用于电极子单元的第二组件群，所述第二组件由对应弱化模式划定，以及(iv)第二输送特征群；输送在幅材合并方向上邻近于第一幅材合并路径及第二幅材合并路径的收纳部件，所述收纳部件包括经配置以与第一基底材料幅材的第一输送特征及第二基底材料幅材的第二输送特征接合的多个突出部；在第一幅材合并位置处将第一基底材料幅材收纳在收纳部件上，使得所述第一基底材料幅材的输送特征由带上的多个突出部中的至少一些接合；以及在第二幅材合并位置处将第二基底材料幅材覆盖在收纳部件上的第一基底材料幅材上，使得第一组件大体上与第二组件对准，且第二基底材料幅材的输送特征由带上的多个突出部中的至少一些接合，第二幅材合并位置在下幅材方向上与第一幅材合并位置间隔开。

2、另一实施例为一种合并幅材以用于制造二次电池的电极组合件的工艺，所述工艺包括：沿第一幅材合并路径移动第一基底材料幅材，所述第一基底材料幅材包括(i)用于电极子单元的第一电极组件群，所述第一电极组件由对应弱化模式划定，以及(ii)第一输送特征群，第一基底材料幅材包括电极材料幅材；沿第二幅材合并路径移动第二基底材料幅材，所述第二基底材料幅材包括(iii)由对应弱化模式划定的隔板组件群，以及(iv)第二输送特征群，第二基底材料幅材包括隔板材料幅材；输送在幅材合并方向上邻近于第一幅材合并路径及第二幅材合并路径的收纳部件，所述收纳部件包括经配置以与电极材料幅材的第一输送特征及隔板材料幅材的第二输送特征接合的多个突出部；在第一幅材合并位置处将电极材料幅材及隔板材料幅材中的一者收纳在带上，使得电极材料幅材或隔板材料幅材的相应输送特征由带上的多个突出部中的至少一些接合；以及在第二幅材合并位置处将电极材料幅材及隔板材料幅材中的另一者覆盖在电极材料幅材及隔板材料幅材中所收纳的一者上，使得电极材料幅材或隔板材料幅材中的另一者的相应输送特征由带上的多个突出部中的至少一些接合，且隔板结构大体上与第一电极结构对准，第二幅材合并位置在下幅材方向上与第一幅材合并位置间隔开。

3、另一实施例为一种用于将电极子单元与堆叠幅材的分层布置中的电极子单元群分隔开的工艺，每一电极子单元通过对应弱化模式在堆叠幅材内划定，工艺包括：将堆叠幅材的分层布置中的电极子单元定位在收纳单元与冲头之间的冲压位置中，收纳单元包括基底、对准销以及可移动平台；通过电极子单元的基准特征定位收纳单元的对准销；将可移动平台定位在电极子单元的下表面与收纳单元的基底之间的预定位置处；使用冲头对电极子单元施加力，所述力的大小足以沿弱化模式将电极子单元与堆叠幅材阵列分隔开。

4、又另一实施例为一种用于将电极子单元与堆叠幅材阵列中的电极子单元群分隔开的系统，电极子单元通过对应弱化模式划定，系统包括：收纳单元，其具有从其延伸的至少两个对准销，所述对准销经定位以与电极子单元的对应基准特征接合且面向电极子单元的第一表面；可移动冲头，其包含至少两个冲头孔，所述冲头孔的大小及位置经设定以接收对准销中的对应一者，冲头经定位以面向电极子单元的相对表面；以及控制器，其经配置以使冲头对电极子单元的相对表面施加足够大的力以沿弱化模式将电极子单元与堆叠幅材阵列分隔开。

5、又另一实施例为一种用于将电极子单元与堆叠幅材阵列中的电极子单元群分隔开的系统，电极子单元通过对应弱化模式划定，系统包括：收纳单元，其具有基底及可移动平台，所述可移动平台可选择性地定位在堆叠幅材阵列与基底之间的预定位置处；可移动冲头，其经定位以面向电极子单元的相对表面；以及控制器，其经配置以使冲头对电极子单元的相对表面施加足够大的力以沿弱化模式将电极子单元与堆叠幅材阵列分隔开，收纳单元的可移动平台可经选择性地定位以收纳与堆叠幅材阵列分隔开的电极子单元。

6、甚至又另一实施例为一种合并幅材以用于制造二次电池的电极组合件的系统，所述系统包括：第一合并区，其经配置以沿第一幅材合并路径移动第一基底材料幅材，所述第一基底材料幅材包括：用于电极子单元的第一组件群，所述第一组件由对应弱化模式划定；以及第一输送特征群；第二合并区，其经配置以沿第二幅材合并路径移动第二基底材料幅材，所述第二基底材料幅材包括：用于电极子单元的第二组件群，所述第二组件由对应弱化模式划定；以及第二输送特征群；以及收纳部件，其包括多个突出部，收纳部件安置在第一幅材合并路径及第二幅材合并路径附近，多个突出部经配置以与第一基底材料幅材的第一输送特征及第二基底材料幅材的第二输送特征接合；第一合并区经调适以在第一幅材合并位置处将第一基底材料幅材传送到收纳部件上，使得第一基底材料幅材的输送特征由带上的多个突出部中的至少一些接合；且第二合并区经调适以在第二幅材合并位置处将第二基底材料幅材传送到收纳部件上，使得第二组件大体上与第一组件对准，且第二基底材料幅材的输送特征由带上的多个突出部中的至少一些接合，第二合并区在下幅材方向上与第一合并区间隔开。

技术特征：

1.一种合并幅材以用于制造二次电池的电极组合件的方法，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一基底材料幅材包括电极材料幅材，且所述第二基底材料幅材包括隔板材料幅材。

3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一基底材料幅材包括隔板材料幅材，且所述第二基底材料幅材包括电极材料幅材。

4.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述第一幅材合并路径包括第一悬重曲线，且所述第二合并路径包括第二悬重曲线。

5.根据权利要求4所述的方法，其进一步包括分析所述第一悬重曲线且基于所述第一悬重曲线的所述分析而调整所述第一基底材料幅材沿所述第一幅材合并路径行进的速度，使得所述第一输送特征与所述收纳部件上的所述多个突出部中的邻近突出部对准。

6.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中沿所述相应第一幅材合并路径及所述第二幅材合并路径移动所述第一基底材料幅材及所述第二基底材料幅材中的至少一者包括在具有轮齿的合并链轮与具有凹口的倒齿链轮之间输送所述第一基底材料幅材及/或所述第二基底材料幅材，其中所述合并链轮的所述轮齿通过所述第一基底材料幅材及/或所述第二基底材料幅材的所述相应第一或第二输送特征且进入所述倒齿链轮中的对应凹口中。

7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其进一步包括通过控制所述相应第一基底材料幅材或所述第二基底材料幅材的退绕速度，在所述相应第一基底材料幅材或所述第二基底材料幅材与所述合并链轮的初始接触点处减少所述第一基底材料幅材及所述第二基底材料幅材中的至少一者上的幅材方向张力。

8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其进一步包括将所述第一基底材料幅材及所述第二基底材料幅材中的至少一者与合并链轮的初始接触点控制在竖直方向的0到90度内。

9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其进一步包括使用横向幅材张力器以在横向幅材方向上将张力施加到所述第一基底材料幅材及所述第二基底材料幅材中的至少一者。

10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其中所述收纳部件的所述突出部为楔形，使得所述突出部的基底比所述突出部的远侧部分具有更大横截面积。

11.根据权利要求6至10中任一权利要求所述的方法，其进一步包括将倒齿辊竖直地定位在所述收纳部件附近足够距离处，以允许所述第一基底材料幅材及所述第二基底材料幅材中的至少一者松弛，以用于使所述第一基底材料幅材及/或所述第二基底材料幅材与所述收纳部件对齐。

12.根据前述权利要求中任一权利要求所述的方法，其进一步包括(a)沿第三幅材合并路径移动第三基底材料幅材，所述第三基底材料幅材包括(i)用于电极子单元的第三组件群，所述第三组件由对应弱化模式划定，以及(ii)第三输送特征群；以及(b)在第三幅材合并位置处将所述第三基底材料幅材覆盖在所述第二基底材料幅材上，使得所述第三基底材料幅材的所述输送特征由所述收纳部件上的所述多个突出部中的至少一些接合且所述第三组件大体上与所述第二组件对准，所述第三幅材合并位置在下幅材方向上与所述第一幅材合并位置及所述第二幅材合并位置间隔开。

13.根据权利要求12所述的方法，其进一步包括：沿第四幅材合并路径移动第四基底材料幅材，所述第四基底材料幅材包括：用于电极子单元的第四组件群，所述第四组件由对应弱化模式划定；以及第四输送特征群；以及在第四幅材合并位置处将所述第四基底材料幅材覆盖在所述第三基底材料幅材上，使得所述第四基底材料幅材的所述输送特征由所述收纳部件上的所述多个突出部中的至少一些接合且所述第四组件大体上与所述第三组件对准，所述第四幅材合并位置在下幅材方向上与所述第一幅材合并位置、所述第二幅材合并位置及所述第三幅材合并位置间隔开。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第四基底材料幅材包括反电极材料幅材，且所述第三基底材料幅材包括隔板材料幅材。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述第四基底材料幅材包括隔板材料幅材，且所述第三基底材料幅材包括反电极材料幅材。

16.一种合并幅材以用于制造二次电池的电极组合件的系统，所述系统包括：

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述第一基底材料幅材包括电极材料幅材，且所述第二基底材料幅材包括隔板材料幅材。

18.根据权利要求16所述的系统，其中所述第一基底材料幅材包括隔板材料幅材，且所述第二基底材料幅材包括电极材料幅材。

19.根据权利要求16至18中任一权利要求所述的系统，其中所述第一合并区包括具有轮齿的第一合并链轮，所述轮齿用于与所述第一基底材料幅材上的所述输送特征对准，且所述第二合并区包括具有轮齿的第二合并链轮，所述轮齿用于与所述第二基底材料幅材上的所述输送特征对准。

20.根据权利要求19所述的系统，其中所述第一合并区包括第一倒齿链轮，且所述第二合并区包括第二倒齿链轮，所述第一及第二倒齿链轮中的每一者包括经配置以分别与所述第一及第二合并链轮的所述轮齿接合的多个凹口。

21.根据权利要求20所述的系统，其中所述第一倒齿链轮及所述收纳部件界定第一辊隙，且所述第二倒齿链轮及所述收纳部件界定第二辊隙，所述第二辊隙比所述第一辊隙具有更大间距。

22.根据权利要求16至21中任一权利要求所述的系统，其中所述第一幅材合并路径包括第一悬重曲线，且所述第二合并路径包括第二悬重曲线。

23.根据权利要求22所述的系统，其进一步包括用于检测所述第一悬重曲线的至少一个特性的第一传感器及用于检测所述第二悬重曲线的至少一个特性的第二传感器。

24.根据权利要求20至23中任一权利要求所述的系统，其中所述第一合并链轮的所述轮齿及所述第二合并链轮的所述轮齿为楔形，使得所述轮齿的基底比所述突出部的远侧部分具有更大横截面积。

25.根据权利要求16至24中任一权利要求所述的系统，其中所述收纳部件的所述突出部为楔形，使得所述突出部的基底比所述突出部的远侧部分具有更大横截面积。

26.根据权利要求16至25中任一权利要求所述的系统，其进一步包括缺陷传感器，所述缺陷传感器用于检测所述第一基底材料幅材及所述第二基底材料幅材中的至少一者中的缺陷。

27.根据权利要求16至26所述的系统，其进一步包括第三合并区，所述第三合并区经配置以沿第三幅材合并路径移动第三基底材料幅材，所述第三基底材料幅材包括：用于所述电极子单元的第三组件群，所述第三组件由对应弱化模式划定；以及第三输送特征群；且所述第三合并区经调适以在第三幅材合并位置处将所述第三基底材料幅材传送到所述收纳部件上，使得所述第三组件大体上与所述第一及第二组件对准，且所述第三基底材料幅材的所述输送特征由所述收纳部件上的所述多个突出部中的至少一些接合，所述第三合并区在下幅材方向上与所述第一合并区及所述第二合并区间隔开。

28.根据权利要求27所述的系统，其进一步包括第四合并区，所述第四合并区经配置以沿第四幅材合并路径移动第四基底材料幅材，所述第四基底材料幅材包括：用于所述电极子单元的第四组件群，所述第四组件由对应弱化模式划定；以及第四输送特征群；且所述第四合并区经调适以在第四幅材合并位置处将所述第四基底材料幅材传送到所述收纳部件上，使得所述第四组件大体上与所述第一、第二及第三组件对准，且所述第四基底材料幅材的所述输送特征由所述收纳部件上的所述多个突出部中的至少一些接合，所述第四合并区在下幅材方向上与所述第一合并区、所述第二合并区及所述第三合并区间隔开。

29.根据权利要求28所述的系统，其中所述第四基底材料幅材包括反电极材料幅材，且所述第三基底材料幅材包括隔板材料幅材。

30.根据权利要求28所述的系统，其中所述第四基底材料幅材包括隔板材料幅材，且所述第三基底材料幅材包括反电极材料幅材。

技术总结
本公开提供一种合并幅材以用于制造二次电池的电极组合件的工艺，所述工艺包括：移动第一幅材，所述第一幅材包括：用于电极子单元的第一组件群，所述第一组件由对应弱化模式划定；以及第一输送特征群。移动第二幅材，所述第二幅材包括：用于所述电极子单元的第二组件群，所述第二组件由对应弱化模式划定；以及第二输送特征群。输送收纳部件，所述收纳部件包括多个突出部。将所述第一幅材收纳在所述收纳部件上。将所述第二幅材覆盖在所述第一幅材上，使得所述第一组件与所述第二组件对准，且所述第二幅材的所述输送特征由所述收纳部件上的所述多个突出部接合。第二幅材合并位置与第一幅材合并位置间隔开。

技术研发人员：R·S·布萨卡,B·A·瓦尔德斯,M·拉马苏布拉马尼安,A·拉希里,G·C·达莱斯,J·F·瓦尔尼,G·A·科布米勒,R·F·金辰,K·L·福尔图纳蒂
受保护的技术使用者：艾诺维克斯公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15