DE10261920A1

DE10261920A1 - Embossed pattern film for compound film for electrochemical or electrochromic element, e.g. battery, with defined separation lines interrupted by narrow steps

Info

Publication number: DE10261920A1
Application number: DE10261920A
Authority: DE
Inventors: Francesco Bonfanti; Heinz Futscher; Gerold Neumann
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Foerderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2002-12-13
Filing date: 2002-12-13
Publication date: 2004-07-15

Abstract

The embossed pattern film has the embossing used for defining at least one separation line (3,4) which is interrupted in a regular pattern by steps having a width which is less than the spacing between 2 steps. When several embossed films are stacked to form a compound film (C) they are arranged so that the steps of successive films (A,B) are not aligned with one another, for facilitating cutting of compound film into individual elements. An Independent claim for a compound film is also included.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft die räumliche Gestalt von Folien mit elektrochemischen Eigenschaften, aus denen Schichtverbünde hergestellt werden können, die als Akkumulatoren, elektrochrome Bauelemente oder dergleichen verwendbar sind.The present invention relates to the spatial Shape of foils with electrochemical properties from which composite layers can be made the as accumulators, electrochromic components or the like are usable.

Seit Beginn der siebziger Jahre hat man versucht, elektrochemische Bauelemente wie Akkumulatoren oder dergleichen in Form dünner Schichten zu erzeugen. Das Ziel ist es, Verbünde zu erhalten, die einerseits so flexibel sind, dass man sie beispielsweise aufrollen oder in einer anderen gewünschten Form anpassen kann, und die andererseits durch extrem große Kontaktflächen zwischen den einzelnen elektrochemischen Bestandteilen wie Elektroden und Elektrolyten bezogen auf das eingesetzte Volumen an elektrochemisch aktivem Material besonders günstige Lade- und Entladeeigenschaften erreichen kann.Has been around since the early 1970s one tries to electrochemical components like accumulators or the like in the form of thinner To create layers. The goal is to maintain alliances on the one hand are so flexible that you can roll them up or in another desired shape can adapt, and the other hand through extremely large contact areas between the individual electrochemical components such as electrodes and electrolytes based on the volume of electrochemically active material used particularly cheap Can achieve charging and discharging properties.

Die Folientechnologie erfüllt die gestellten Anforderungen in hervorragender Weise. Deshalb werden z.B. für Akkumulatoren Elektroden- bzw. Elektrolytmaterialien in Folienform als Vorprodukte hergestellt, die dann nach anschließender Lamination unter geeigneter Druck und Temperatureinwirkung zu einem Folienverbund mit den gewünschten elektrochemischen Eigenschaften zusammengefügt werden. Beispiele für die Herstellung solcher Folien sind vielfach in der Patentliteratur oder in der einschlägigen Fachliteratur zu finden und dem Fachmann bekannt.The film technology fulfills that outstanding requirements. Therefore be e.g. For Accumulators Electrode or electrolyte materials in foil form produced as preliminary products, which are then after subsequent lamination under suitable pressure and temperature influence to a film composite with the desired electrochemical Properties are merged. examples for the production of such films is often in the patent literature or in the relevant To find specialist literature and known to the expert.

Die Fertigung elektrochemischer Bauelemente mittels (Endlos-)Folien bietet große ökonomische Vorteile, da eine Folienverarbeitung mit hoher Geschwindigkeit durchgeführt werden kann. Hier sind durchaus einige Meter in der Minute als Vorschubgeschwindigkeit möglich. Jedoch sind in einer solchen Fertigung einige Randbedingungen zu beachten, die einen hohen technischen Aufwand erfordern. Dies liegt insbesondere darin begründet, dass zur Erzielung eines hohen Durchsatzes die unterschiedlichen Folien so lange wie möglich von Rolle zu Rolle oder in großen Bögen verarbeitet werden, um die Anzahl von Handhabungsschritten zu reduzieren. Will man die komplett gestapelten/laminierten Folienverbünde erst nach ihrer Verarbeitung vereinzeln, ist es notwendig, Stanzungen durch den kompletten Folienverbund durchzuführen. Dies bringt jedoch ein gravierendes Problem mit sich, da die Vereinzelung mit Schneidwerkzeugen Schnittkanten durch den kompletten Folienverbund erzeugt. Durch das Schneidwerkzeug kann dabei eine Verschmierung von Materialien aus unterschiedlichen Folien über die Schnittkante erfolgen, was negative Folgen für die Funktionsfähigkeit des elektrochemischen Bauelementes hat. Eine Vereinzelung der unterschiedlichen Folien bereits vor der Lamination dagegen erfordert eine passgenaue Anordnung der Folienelemente zueinander, bevor sie laminiert oder anderweitig verbunden werden. Dies ist jedoch insbesondere bei hohem Fertigungsdurchsatz nur sehr aufwändig zu realisieren.The manufacture of electrochemical components by means of (endless) foils offers great economic advantages, since one Foil processing can be carried out at high speed can. Here are quite a few meters per minute as the feed rate possible. However, there are some constraints in such a production note that require a high level of technical effort. This is because in particular because that the different to achieve a high throughput Slides as long as possible from roll to roll or in large Sheets processed to reduce the number of handling steps. Want the completely stacked / laminated film composites first after processing them individually, it is necessary to punch through the complete film composite. However, this brings in serious problem because the separation with cutting tools Cut edges created by the complete film composite. By the Cutting tool can thereby smear materials different slides over the cutting edge is done, which has negative consequences for the functionality of the electrochemical component. A separation of the different Foils before lamination, on the other hand, require a precise fit Arrangement of the film elements to each other before they are laminated or otherwise connected. However, this is particularly the case with high Manufacturing throughput can be realized only with great effort.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben beschriebene Materialverschleppung entlang der Kanten von laminierten Folienverbünden zu vermeiden, wobei das Verfahren gleichzeitig eine hohe Geschwindigkeit für die Herstellung von laminierten Einzelelementen ermöglichen soll. Insbesondere ist diese Aufgabe auf solche Folienverbünde ausgerichtet, die für bzw. als elektrochemische Bauelemente eingesetzt werden sollen.Object of the present invention is to carry the material carryover along the path described above Avoid edges of laminated film composites, whereby the Process at the same time high speed for manufacturing of individual laminated elements. In particular is this task aimed at those film composites that for or as electrochemical components are to be used.

Diese Aufgabe wird durch die Bereitstellung von Folien mit einem spezifischen Stanzmuster ähnlich einer Perforation gelöst, das die Schnittkanten für die spätere Vereinzelung von Verbünden aus solchen miteinander laminierten oder anderes zusammengefügten Folien mittels Schneiden oder auf andere Weise vorgibt. Dabei definiert die Stanzung mindestens eine, in der Regel mehrere Trennlinien, die z.B. rechtwinklig zueinander angeordnet sein können und die in einem regelhaften Muster durch Stege unterbrochen sind. Diese Stege nehmen eine Breite ein, die durchschnittlich geringer ist als der durchschnittliche Abstand zwischen zwei Stegen. Insbesondere ist es bevorzugt, dass die Breite eines jeden Steges geringer ist als der Abstand dieses Steges zu den ihm benachbarten Stegen. Auch ist es gegebenenfalls bevorzugt und in manchen Fällen notwendig (so, wenn drei erfindungsgemäße Folien im Folienverbund vorgesehen sind), dass die Breite der Stege durchschnittlich nicht mehr als die Hälfte des durchschnittlichen Abstandes zwischen zwei Stegen beträgt.This task is accomplished by providing Solved foils with a specific punching pattern similar to a perforation that the cut edges for the latter Separation of groups from such laminated or other assembled foils by means of cutting or otherwise. Defined punching at least one, usually several dividing lines, e.g. can be arranged at right angles to each other and which are interrupted by bars in a regular pattern. This Bridges have a width that is smaller on average than the average distance between two bars. In particular it is preferred that the width of each web is smaller than the distance from this web to the neighboring webs. Also it may be preferred and in some cases necessary (so if three films according to the invention are provided in the film composite) that the width of the webs is average not more than half the average distance between two webs.

Die erfindungsgemäßen Folien erlauben einerseits die Verarbeitung der jeweiligen Folien von Rolle zu Rolle bzw. in großen Blättern, und sie lassen sich andererseits derart übereinander anordnen, dass ihre für das spätere Schneiden oder dergleichen vorgesehene Trennlinien aufeinander liegen, während die Stege dieser Trennlinien versetzt angeordnet sind, so dass diese nirgends übereinander zu liegen kommen. Bei der abschließenden Vereinzelung entsteht daher an keiner Stelle eine Schnittkante mit Verschmierungen der Bestandteile der Einzelfolien des Folienverbundes, so dass es zu keiner Berührung der Materialien der verschiedenen Folien kommen kann.On the one hand, the films according to the invention allow the processing of the respective films from roll to roll or in huge Scroll, and on the other hand they can be arranged one above the other in such a way that their for the later Cutting lines or similar dividing lines are superimposed, while the webs of these dividing lines are arranged offset, so that these nowhere on top of each other come to rest. The final separation is made therefore at no point a cutting edge with smearing of the Components of the individual films of the film composite, so that it too no touch the materials of the different foils can come.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung definiert die Stanzung mindestens in einer Richtung (y) parallel verlaufende Trennlinien, die so auf dem (in der x,y-Ebene liegenden) Folienbogen oder -blatt oder der Folienrolle angeordnet sind, dass die Stege bei einer Spiegelung durch die Folienmitte senkrecht durch diese Trennlinien (d.h. bei einer Spiegelung an einer mittig angeordneten Ebene in x,z-Richtung) nicht auf den Stegen der nicht gespiegelten Folie zu liegen kommen. Werden zwei solche Folien miteinander laminiert, während die eine seitenverkehrt bezüglich der genannten x,z-Ebene zur anderen liegt, können die Stege der Trennlinien in y-Richtung in gewünschter Weise nicht überlappen.In a preferred embodiment of the invention, the punching defines dividing lines running parallel in at least one direction (y), which are arranged on the film sheet or sheet (in the x, y plane) or the film roll such that the webs are mirrored through the middle of the film vertically through these dividing lines (ie at a Reflection on a centrally arranged plane in the x, z direction) does not come to rest on the webs of the non-mirrored film. If two such foils are laminated with one another, while one side is reversed with respect to the named x, z plane to the other, the webs of the dividing lines in the y direction cannot overlap in the desired manner.

In einer zweiten bevorzugten Ausgestaltung definiert die Stanzung senkrecht zueinander verlaufende Trennlinien. Die Stege der einen oder mehreren in einer ersten Richtung (x) verlaufenden Trennlinien sind so angeordnet, dass sie bei einer Spiegelung an einer Spiegelebene (y,z), die die Folie mittig und senkrecht zu dieser ersten Richtung durchschneidet, nicht auf den Stegen der nicht gespiegelten Folie zu liegen kommen. Werden zwei solche Folien miteinander laminiert, während das Kopfende (in x-Richtung gesehen) der einen Folie über dem Fußende (in derselben Richtung gesehen) der anderen Folie liegt, können die Stege der Trennlinien in x-Richtung in gewünschter Weise nicht überlappen.Defined in a second preferred embodiment the punching lines perpendicular to each other. The bridges the one or more extending in a first direction (x) Dividing lines are arranged so that they are reflected a mirror plane (y, z) that is central and perpendicular to the film cuts through this first direction, not on the webs of the not mirrored film come to rest. Become two such slides laminated together while the head end (seen in the x direction) of the one film over the foot (seen in the same direction) of the other film, the Do not overlap the dividing lines in the x direction in the desired manner.

Ganz besonders bevorzugt ist es, die Merkmale der beiden voranstehenden bevorzugten Ausführungsformen miteinander zu kombinieren, und zwar derart, dass ein Stanzmuster mit mindestens einer Trennlinie in x-Richtung und mehreren Trennlinien in y-Richung entsteht, dessen Stege, und zwar sowohl diejenigen der Trennlinie(n) in x-Richtung als auch diejenigen der Trennlinien in y-Richtung, bei einer Drehung um eine zentrische, senkrecht zur Folienebene (x,y) stehende Achse z nicht übereinander zu liegen kommen. Man kann bei dieser Ausgestaltung beide Folien eines späteren Laminats mit genau demselben Stanzmuster versehen, also mit denselben Maschinen bearbeiten, ohne deren Einstellungen verändern zu müssen, und kann sie für den Folienverbund so übereinander anordnen, dass die erste Folie gewendet und um 180° gedreht über der zweiten Folie zu liegen kommt. Bei dieser räumlichen Lage zueinander können die Stege der beiden Folien nicht überlappen.It is very particularly preferred the features of the two preferred embodiments above to combine with each other, in such a way that a stamped pattern with at least one dividing line in the x direction and several dividing lines arises in the y direction, its webs, both those the dividing line (s) in the x direction as well as those of the dividing lines in the y direction, with a rotation around a central, perpendicular to the The axis z of the film plane (x, y) does not come to lie one above the other. With this configuration, both films of a later laminate can be used provided with exactly the same punching pattern, i.e. with the same machines edit without having to change their settings and can use them for the film composite so on top of each other arrange that the first film is turned and rotated 180 ° above the second slide comes to rest. With this spatial position to each other, the Do not overlap the webs of the two foils.

Alternativ kann es aber auch günstig sein, Stanzmuster mit anderen Regelhaftigkeiten zu erzeugen, derart, dass das Stanzmuster der ersten zu laminierenden Folie nicht mit demjenigen der zweiten zu laminierenden Folie in Deckung zu bringen ist. Solche Asymmetrien könnten helfen, die Gefahr von möglicherweise fehlerhaften Stapelungen beim Aufeinanderlegen unterschiedlicher Folien zu vermeiden.Alternatively, it can also be inexpensive to use stamping patterns with other regularities, such that the punching pattern of the first film to be laminated does not match that of the second Laminating film is to be covered. Such asymmetries could help the risk of possibly incorrect stacking when stacking different ones To avoid foils.

Wenn die erfindungsgemäßen Folien als Kathodenfolie oder Anodenfolie vorgesehen sind, sind sie in der Regel bereits mit einer vorzugsweise netzartigen Ableiterfolie laminiert, deren Stromableiter über die Seitenränder der Folien herausragen. Folienverbünde mit solchen Folien wird man nur derart vereinzeln, dass in (der kürzeren) Querrichtung nicht mehr als zwei Bauelemente nebeneinander auf der Grundfläche des Folienverbundes vorgesehen sind, deren Ableiter seitlich aus der Folie ragen. Mit anderen Worten: Derartige Folien werden gar keine oder höchstens eine Trennlinie in der (längeren) x-Achse besitzen. Werden in diesen Ausgestaltungen mit einer mittleren Trennlinie die Stromableiter ausreichend schmal gehalten und bezüglich der Seite, aus der sie herausragen, asymmetrisch, aber links und rechts symmetrisch zueinander angeordnet, können die Folien wie in der zweiten bevorzugten Ausgestaltung sowie in der als besonders bevorzugt genannten Ausgestaltung beschrieben übereinander gelegt werden, ohne dass die Stromableiter von Kathode und Anode einander berühren könnten.If the films of the invention are provided as cathode foil or anode foil, they are in usually already with a preferably network-like arrester foil laminated, whose current conductor over the side margins of the foils stick out. Foil composites with such foils you only separate it in such a way that in the (shorter) transverse direction no more as two components side by side on the base of the Foil composite are provided, the arrester laterally from the Protruding film. In other words, films of this type do not become any or at most a dividing line in the (longer) own x-axis. Are in these configurations with a medium Dividing line the current arrester is kept sufficiently narrow and with respect to the Side from which they protrude, asymmetrical, but left and right Arranged symmetrically to each other, the foils can be as in the second preferred embodiment and in the as particularly preferred described configuration are described above, without the cathode and anode current conductors touching each other.

Um die exakte Positionierung der einzelnen Folien zueinander bei der Stapelung zu vereinfachen, kann es vorteilhaft sein, bei der Folienvorstanzung für die späteren Schnittlinien gleichzeitig Löcher für Positionierstifte vorzusehen. Solche Positionieröffnungen können in der Mitte des jeweiligen Elementes, aber auch an anderen Stellen der Folien angebracht werden, z.B. in den Stegen der Trennlinien-Stanzung.To ensure the exact positioning of the can simplify individual foils to each other when stacking it may be advantageous at the same time to pre-cut the film for the later cutting lines Holes for positioning pins provided. Such positioning openings can in the middle of the respective element, but also in other places the foils are attached, e.g. in the webs of the dividing line punching.

Das Herstellen der gestanzten Folien erfolgt in Stanzwerkzeugen, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt sind. Bevorzugt ist ein Verfahren, bei dem ein Niederhalter die zu stanzende Folie fest auf die Unterlage drückt. Dann fährt ein Hohlkehlmesser durch einen Schlitz im Niederhalter herunter. Dieses Messer führt den Schnitt durch und drückt das dabei abgetrennte Material nach unten, so dass es aus dem Stegbereich entfernt wird.The production of the stamped foils takes place in punching tools, as known from the prior art are. A method is preferred in which a hold-down device Press the film to be punched firmly onto the base. Then a fillet knife goes through down a slot in the hold-down. This knife leads the Cut through and press the separated material down so that it comes out of the web area Will get removed.

In 1 ist ein Beispiel einer erfindungsgemäßen Folie gezeigt. Diese Folien sind z.B. für die Fertigung von folienbasierten Akkumulatoren vorgesehen, die aus drei Folien bestehen: der Anode A, der Kathode B und dem Separator. Der Separator trennt Anode und Kathode elektronisch und kann daher ohne Vorstanzung zwischen die beiden Elektrodenfolien gelegt werden. Aus den jeweiligen Elektrodenfolien ragen die zugehörigen Stromableiter 1,2 hervor, die durch die Schraffur angedeutet sind. Wenn die gestanzte Folie B auf die gestanzte Folie A gelegt wird, erhält man eine Anordnung wie in C gezeigt. Als Trennung zwischen der Anode A und der Kathode B wird noch der Separator eingefügt. Dieser muss nicht vorgestanzt werden und ist in den Zeichnungen der 1 deshalb nicht berücksichtigt. Entlang der durch gestrichelte Linien dargestellten Trennlinien 3 in x-Richtung und 4 in y-Richtung lassen sich nun aus dem Folienverbund C die einzelnen Elemente mit einem Schneidwerkzeug so trennen, dass das Schneidmesser an keiner Stelle durch alle Folien gleichzeitig schneidet, sondern nur durch die jeweiligen, gegeneinander versetzten Stege der einzelnen Folien. Die in 1 dargestellte Stanzung der Folien ist ein konkretes Beispiel für die oben als besonders bevorzugt genannte Ausführungsform, bei der das Stanzmuster der Folien A und B in der Weise symmetrisch ist, dass beide Folien mit dem gleichen Stanzwerkzeug vorgestanzt werden können und das Muster der Folie B durch eine einfache Drehspiegelung in das Muster der Folie A überführt werden kann.In 1 an example of a film according to the invention is shown. These foils are intended, for example, for the production of foil-based accumulators, which consist of three foils: the anode A, the cathode B and the separator. The separator electronically separates the anode and cathode and can therefore be placed between the two electrode foils without pre-punching. The associated current collectors protrude from the respective electrode foils 1 . 2 that are indicated by the hatching. When the punched film B is placed on the punched film A, an arrangement as shown in C is obtained. The separator is inserted as a separation between the anode A and the cathode B. This does not have to be pre-punched and is shown in the drawings 1 therefore not considered. Along the dividing lines shown by dashed lines 3 in the x direction and 4 In the y-direction, the individual elements can now be separated from the film composite C with a cutting tool in such a way that the cutting knife does not cut through all the films simultaneously at any point, but only through the respective, mutually offset webs of the individual films. In the 1 The punching of the foils shown is a concrete example of the embodiment mentioned above as being particularly preferred, in which the punching pattern of the foils A and B is such It is symmetrical that both foils can be pre-punched with the same punching tool and the pattern of foil B can be converted into the pattern of foil A by a simple rotating mirror.

In 1 sind weiterhin Öffnungen für Positionierstifte vorgesehen, die mit dem Bezugszeichen 5 gekennzeichnet sind. Die Lage der Positionieröffnungen befindet sich in diesem Beispiel in der Mitte des jeweiligen Feldes, das die Abmessungen des späteren Bauelements vorgibt.In 1 there are also openings for positioning pins provided with the reference symbol 5 Marked are. In this example, the position of the positioning openings is in the middle of the respective field, which specifies the dimensions of the later component.

Claims

Foil provided with a punching pattern, which is provided for connection to a further foil, characterized in that the punching defines at least one dividing line which is interrupted by webs in a regular pattern, and that these webs have a width which is on average less than the average distance between two bars.

Foil provided with a punching pattern according to claim 1, characterized in that the width of each web is smaller is the distance of this web from the neighboring webs.

A stamped film after a of claims 1 or 2, characterized in that the punching at least in dividing lines parallel to one direction (y) are defined and if the film is reflected on a mirror plane (x, z), the cuts the film in the middle and perpendicular to these dividing lines, the dividers of this dividing line are not on the dividers of the non-mirrored Foil come to rest.

A stamped film after a the preceding claims, characterized in that the punching is perpendicular to each other Dividing lines defined and that the webs in a first direction (x) running dividing line (s) when the film is reflected a mirror plane (y, z) that is central and perpendicular to the film intersects in this first direction, the webs of this dividing line (s) do not come to rest on the webs of the non-mirrored film.

A stamped film after a the preceding claims, characterized in that the webs are arranged so that it rotates around a central one that is perpendicular to the plane of the surface Axis of rotation (z) not by 180 ° come to rest on the webs of the non-twisted film.

A stamped film after a of the preceding claims with such ingredients that they are suitable for use in an electrochemical or electrochromic component in foil construction is suitable.

Foil provided with a punching pattern according to claim 6, characterized in that it is a cathode foil or is an anode foil.

A stamped film after a the preceding claims, characterized in that it has openings which are known as positioning suitable.

Foil composite with at least two foils according to one the preceding claims, characterized in that the foils are offset one above the other are arranged that the webs of the first film and the webs of the second slide not on top of each other come to rest.

Foil composite according to claim 9, characterized in that the two foils have the same die cut pattern and the second Foil in proportion to the first slide by 180 ° their surface axis (x, y) is rotated.

Use of a film composite according to claim 9 or 10 for the manufacture of electrochemical or electrochromic Components.