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热压工具及其操作方法、以及对应的设备和制造方法

申请号 CN201780052120.8 申请日 2017-08-22 公开(公告)号 CN109641414A 公开(公告)日 2019-04-16
申请人 I-TEN公司; 发明人 法比安·加邦; 让-米克尔·伯里;
摘要 用于安装在 挤压 机上的 热压 工具包括:-配有附接至第一 压板 (12)的第一装置(29;60)的第一工具部分(2),-配有附接至第二压板(10)的第二装置(13,14;60)的第二工具部分(3),这两工具部分能在远离 位置 与限定挤压腔室(300)的靠近位置间彼此移动,-加 热挤压 腔室的内部容积的装置(5),-第一和第二工具部分还分别配有能对挤压腔室中接纳的待挤压物体相反两表面施加挤压 力 的第一和第二挤压构件(28,38)。根据 发明 ,加热装置是光 辐射 加热装置(5)且工具还包括能使辐射能向该物体聚集的聚光装置(26,28,46)。这样光辐射导向整个待挤压物体而相反该辐射中没有大量传到物体侧边缘外。该工具的优选但非排他用途是生产全固态 锂离子 电池 。
权利要求

1.一种热压工具(O1;O2),用于安装在挤压机上,所述热压工具包括:
-第一工具部分(2),其配备有用于紧固到第一压板(12)上的第一装置(29;60),-第二工具部分(3),其配备有用于紧固到第二压板(10)上的第二装置(13,14;70),-这两个工具部分能够在远离位置与靠近位置之间相对于彼此移动,在所述靠近位置中所述两个工具部分限定出挤压腔室(300),
-用于加热所述挤压腔室的内部容积的加热装置(5),
-所述第一工具部分和所述第二工具部分分别进一步配备有第一挤压构件和第二挤压构件(28,38),所述第一挤压构件和第二挤压构件(28,38)适于对所述挤压腔室中接纳的要挤压的物体的相反两表面施加挤压
其特征在于,所述加热装置是用于通过光辐射进行加热的装置(5),并且所述热压工具进一步包括能够在朝向所述物体的方向上聚集辐射能的聚光装置(26,28,36,38,46)。
2.根据权利要求1所述的热压工具,其特征在于,所述加热装置包括用于借助光辐射进行加热的至少一个构件(5),各加热构件包括:
-至少一个石英灯(51),
-套管(52),其用于接纳各石英灯(51),
-至少一个盖(53,54),其轴向延长所述套管,所述套管和所述盖的相面对的壁限定环形空间,所述环形空间能够被置为与传热流体源连通。
3.根据前一权利要求所述的热压工具,其特征在于,所述挤压构件中的一个挤压构件限定多边形,特别是矩形的底座(282),所述底座(282)用于接纳要挤压的所述物体,并且用于借助光辐射进行加热的构件(5)沿着多边形的所述底座的各边设置。
4.根据权利要求2或3所述的热压工具,其特征在于,各加热构件(5)被接纳在开口的壳体(45)中,所述壳体(45)限定有用于光辐射的发射的开口(47)。
5.根据前一权利要求所述的热压工具,其特征在于,所述聚光装置包括反射部分(46),所述反射部分(46)属于用于接纳各加热构件的所述壳体(45)的壁,所述反射部分被置于与所述加热构件的辐射区域(51)面对的位置,并且所述反射部分的涂层能够送回光辐射能。
6.根据前一权利要求所述的热压工具,其特征在于,所述壳体(45)的所述壁进一步包括至少一个被称为吸收部分(46')的部分,所述吸收部分(46')面对所述加热构件的非辐射区域(54),特别是所述加热构件的所述盖,所述吸收部分的涂层适于吸收辐射能。
7.根据权利要求4至6中的任一项所述的热压工具,其特征在于,所述第一工具部分(3)配备有环形支撑构件(4),所述环形支撑构件(4)限定有用于接纳加热构件的所述壳体或各壳体(45)。
8.根据前一权利要求所述的热压工具,其特征在于,所述环形支撑构件(4)包括被称为自由正表面(42)的正表面,所述自由正表面(42)能够抵靠在所述第二工具部分(2)上而被停止。
9.根据前一权利要求所述的热压工具,其特征在于,在所述自由正表面与所述第二工具部分之间设置有密封装置,所述密封装置特别是被接纳在布置于所述自由正表面(42)中的至少一个槽(42')中的至少一个O形环(42”)。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的热压工具,其特征在于,所述环形支撑构件(4)被至少一个切口(48)挖空,从而允许从所述支撑构件的外表面(44)接触相应的接纳壳体(45)。
11.根据权利要求7至10中的任一项所述的热压工具,其特征在于,所述环形支撑构件(4)设置有至少一个遮蔽件(48'),所述至少一个遮蔽件(48')用于封闭各切口且能移除地紧固到所述外表面(44)上。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的热压工具,其特征在于,所述热压工具包括横向定位装置(2E,42E),从而允许将所述两个工具部分在相对于挤压方向横穿的方向上相互定位。
13.根据前一权利要求所述的热压工具,其特征在于,所述横向定位装置包括分别布置在所述环形支撑构件(4)和所述第二工具部分(2)上的互补的肩部(2E,42E)。
14.根据权利要求4至13中的任一项所述的热压工具,其特征在于,对于各工具部分,用于聚集所述辐射能的所述装置包括:沿着辐射轨迹被置于所述发射开口(47)与用于接纳要挤压的所述物体的所述底座之间的、用于使光辐射聚集的构件(28,38)以及用于反射光辐射的构件(26,36)。
15.根据前一权利要求所述的热压工具,其特征在于,用于使光辐射聚集的所述构件(28,38)具有两个相反的正表面,所述两个相反的正表面通过倾斜的侧表面(283)连接起来,各侧表面与相应的加热构件(5)邻近。
16.根据权利要求14或15所述的热压工具,其特征在于,用于使光辐射聚集的所述构件(28,38)由制成。
17.根据权利要求15或16所述的热压工具,其特征在于,用于使光辐射聚集的各构件(28,38)形成挤压构件,用于使光辐射聚集的下构件的上正表面形成所述接纳底座(282)。
18.根据权利要求14至17中的任一项所述的热压工具,其特征在于,用于反射光辐射的所述构件(26,36)布置成抵靠在用于使光辐射聚集的所述构件(28,38)的正表面(281)上。
19.根据权利要求18所述的热压工具,其特征在于,用于反射光辐射的所述构件(26,
36)由抛光制成。
20.根据前述权利要求中的任一项所述的热压工具,其特征在于,所述热压工具进一步包括用于将所述挤压腔室(300)置于受控气氛下的装置(49),用于将所述挤压腔室(300)置于受控气氛下的所述装置能够连接到用于供应惰性气体的源和/或真空源。
21.根据前述权利要求中的任一项所述的热压工具,其特征在于,用于将各工具部分紧固到相应压板上的所述装置是机械类型的,特别是通过螺纹连接的用于能移除地紧固的装置(13,14,29)。
22.根据权利要求1至20中的任一项所述的热压工具,其特征在于,用于将各工具部分紧固到相应压板上的所述装置是用于磁类型的能移除地紧固的装置(60,70)。
23.一种用于应用根据前述权利要求中的任一项所述的热压工具的方法,其中:
-将所述两个工具部分(2,3)置于所述两个工具部分相互远离的位置,
-将要挤压的至少一个物体(200)布置在所述挤压底座(282)上,
-使所述两个工具部分朝向所述两个工具部分相互靠近的位置移动,这样以便限定挤压腔室(300)并将所述物体约束在所述挤压腔室中,
-将所述挤压腔室的内部容积加热直到目标温度
-在使所述挤压腔室的所述内部容积保持处于与所述目标温度接近的温度的同时,对所述物体的相反两表面施加压力。
24.根据前一权利要求所述的方法,其中,将所述挤压腔室的所述内部容积置于比大气压力低得多的压力,例如置于低于或等于10-3mbar的压力。
25.根据权利要求23或24所述的方法,其中,将气体,特别是惰性气体导入所述挤压腔室的所述内部容积中。
26.根据权利要求23至25中的任一项所述的方法,其中,借助于进一步适于吸收光辐射能的机械保护元件(204,205)来覆盖所述物体(200)的相反两表面(201,202)中的至少一个表面,所述机械保护元件特别是具有深色涂层的保护板。
27.根据权利要求23至26中的任一项所述的方法,其中,所述物体是包括至少一个基本单元的堆叠体,所述至少一个基本单元中的每一个基本单元由阳极层、阴极层和固体电解中间层形成。
28.根据权利要求23至27中的任一项所述的方法,其中,使所述挤压腔室的所述内部容积达到400℃到700℃之间的温度,并且对所述物体的相反两表面施加100MPa到200MPa之间的压力。
29.根据权利要求23至27中的任一项所述的方法,其中,使所述挤压腔室的所述内部容积达到100℃到200℃之间的温度,并且对所述物体的相反两表面施加5MPa到10MPa之间的压力。
30.根据权利要求23至29中的任一项所述的方法,其用于应用根据权利要求21所述的热压工具,其中,将各工具部分单独地用机械的方式紧固到相应的压板上。
31.根据权利要求23至29中的任一项所述的方法,其用于应用根据权利要求22所述的热压工具,其中,将所述两个工具部件用磁的方式紧固到所述第一压板上,使所述第二压板靠近,这样以便将所述第二工具部分用磁的方式紧固到所述第二压板上,并且使所述第二压板远离所述第一压板移动,这样以便使所述两个工具部分远离彼此移动。
32.根据权利要求23至31中的任一项所述的方法,其中,将多个要挤压的所述物体彼此叠置地布置在所述热压工具的所述挤压构件之间。
33.根据权利要求23至32中的任一项所述的方法,其中,多个热压工具彼此叠置地布置在所述第一压板和所述第二压板之间。
34.一种用于制造物体的设施,包括:
-根据权利要求1至22中的任一项所述的热压工具(O1;O2),
-第一压板和第二压板(10,12),
-用于控制所述热压工具以及所述第一压板和所述第二压板的装置(106),-操纵装置(112,114),其适于将要挤压的所述物体放置到所述热压工具的所述挤压底座上,然后适于一旦所述物体被挤压过,将所述物体从所述挤压底座中取出来。
35.根据前一权利要求所述的用于制造物体的设施,其特征在于,所述设施进一步包括适于与用于将所述挤压腔室置于受控气氛下的所述装置(49)连接的真空源(110)和/或气体源(111)。
36.一种用于使用根据权利要求34或35所述的设施制造全固态锂离子电池的制造方法,其中:
-借助所述操纵装置将包括至少一个基本单元的堆叠体放置在所述挤压底座上,所述至少一个基本单元中的每一个基本单元由阳极层、阴极层和固体电解质中间层形成;
-借助于所述热压工具将所述堆叠体热压;
-借助所述操纵装置,一旦所述堆叠体被挤压过,将所述堆叠体从所述挤压底座中取出来;
-使被挤压的所述堆叠体选择性地经受至少一个后续的精加工操作,这样以便获得所述全固态锂离子电池
37.根据前一权利要求所述的制造方法,其中,所述热压操作以如下方式执行:使得所述电池的至少一个层,优选的是所有层具有小于20%,优选地小于10%并且更优选地小于
5%的孔隙率。
38.一种全固态锂离子电池,其能够按照根据权利要求36或37所述的制造方法获得。
39.根据前一权利要求所述的全固态锂离子电池,其中,所述电池的至少一个层,优选的是所有层具有小于20%,优选地小于10%并且更优选地小于5%的孔隙率。

说明书全文

热压工具及其操作方法、以及对应的设备和制造方法

技术领域

[0001] 本发明涉及旨在安装在挤压机上的热压工具。本发明更具体但非排他性地涉及旨在于受控气氛下,特别是在真空下操作的这种挤压工具。本发明的目的还在于一种用于应用这种热压工具的方法。本发明还涉及一种用于制造包括这种热压工具的物体的设施。该设施的优选但非排他性的应用是制造全固态锂离子电池。最后,本发明涉及用于应用这种设施的方法。

背景技术

[0002] 以已知的方式,热压(hot pressing)工具包括两个部分,通常分别为上部和下部,它们安装在相应压板上。相应的压板能够在移动装置(通常为圆柱体)的作用下相对于彼此移动。因此,两个工具部分可以采用相互远离的位置、以及相互靠近的位置,在相互靠近的位置它们限定接收腔室,为的是挤压形成待制造物体的元件。
[0003] 另外,这种热压工具设置有加热装置,从而允许使前述腔室的内部容积达到适合于令人满意的挤压操作的温度。最后,在该工具在真空下操作的情况下,存在旨在将腔室的内部容积置于真空下的装置。施加的压、温度以及可选的腔室中的真空的相应数值是工具和待制造物体的性质的函数。
[0004] 已经提出了前述类型的热压工具,用于制造各种类型的物品。例如提到CN103158252B和CN101758638(它们涉及扁平波导的制造)、JP5576636(其目的是生产树脂制成的部件)、EP2251188(其涉及呈垫形式的物体的制造)或CN101468370B(其描述了合金的生产)。在这些各文献中,加热是用电或借助感应实施的。
[0005] 上面提到的现有技术的工具特别是在热平方面具有主要限制。实际上,它们的实施伴随着所产生的热量显著地耗散到目标区域之外,形成待挤压部件的元件位于上述目标区域中。结果,考虑到执行挤压方法的温度范围,必须产生特别大量的热量。
[0006] 另外,在上面描述的现有技术中,使用过程中的温度非常高,不仅在严格来说的挤压区域中,而且在挤压区域附近。在这些条件下,工具正确操作所必需的辅助元件的机械制造(像接合件或等同物)涉及折衷方案。
[0007] 首先,可以选择将这些元件放置在距挤压区域距离较短的位置处,以便限制整体尺寸。在该情况下,它们必须具有显著的热阻,这在制造成本方面是不利的。作为可选方案,可以选择以相对较低的成本制造这种辅助元件。在该情况下,它们的低热阻意味着将它们放置在距挤压区域距离相当大的位置处,这显著地增加了工具的尺寸。
[0008] 此外,通过US 7 473 088,已提出一种微米或纳米压印装置,其包括借助光辐射的加热源。然而,该文献的教导并未提供刚刚在上面所呈现的热耗散问题的令人满意的解决方案。
[0009] 本发明的优选但非排他性的应用领域是制造全固态锂离子电池(在本文件中称为全固态Li离子电池)。这种电池基本上由至少一个基本单元组成,每个基本单元由三个层(即阳极层、阴极层和电解中间层)的组合件形成。
[0010] 本发明可以应用于制造这种电池的两种主要模式,涉及不同的压力和温度范围。首先,操作可以在高温(通常在400℃到700℃之间)和高压(通常在20MPa到200MPa之间)下进行。在该情况下,通过烧结或“扩散结合”(或通过扩散进行的焊接)将前述层组合到一起。
作为可选方案,也可以在较低温度(通常在100℃到200℃之间)和较低压力(通常在5MPa到
10MPa之间)下进行操作。在该情况下,通过胶合或聚合将前述层组合到一起。
[0011] FR 2 956 523描述了一种用于制造全固态电池的方法,包括借助烧结进行组合。根据该方法,将三个前述层置于模具中,然后使它们经受100MPa的压力达7分钟。这致使这些层彼此烧结到一起,烧结给予这些层期望的内聚力。挤压操作在真空下执行,其中逐步的加热允许达到650℃的温度。通过电类型的加热,即,通过施加脉冲直流电流来获得温度斜坡(temperature ramp)。
[0012] 还提到US 7 695 865,其描述了一种用于生产电池的方法,其中薄层的组合借助胶合来实施。该方法包括借助光学性质的装置进行的加热。挤压温度低于或等于120℃,而压力在50kg/cm到500kg/cm之间。
[0013] 然而,这后两种解决方案具有一定的限制。实际上,即使FR 2 956 523和US 7 695 865有助于在制造方法方面的实质性规范,但它们也仅示意性地描述了对应的设施。因此,在阅读这些文献后,无法获得在结构水平方面的有意义的信息。特别地,这些文献没有提供关于热耗散管理的任何教导,这种教导对于能够解决上面所呈现的技术问题将是有用的。
[0014] 另外,US 2016/183327描述了一种用于加热复合材料的包括两个壳的装置,两个壳限定了用于复合材料的接收腔室。膜可以介于该材料与上壳之间,膜由包括LED(发光二极管)的多个模形成。置于接收腔室中的复合材料的加热借助LED来执行。该文献仅仅间接提到光的发射、引导、分布和重新定向。
[0015] DE 20 2006 008399描述了一种冲压模具,其包括轴和压花层。压花层具有旨在与待处理的基材协作的工作表面。在一个实施例中,轴和压花层至少部分地由透明材料制成,这样以便允许光沿着虚线箭头透射。该文献教导了光能经由轴头部的壁的简单透射。
[0016] US-A-2 312 232公开了一种用于产生光的装置,其整合了通过液体进行的冷却。该装置特别地包括灯单元,灯单元由被玻璃或石英制成的管包围的水灯形成。通过两个端盖封闭的该灯单元被套管包围,从而允许冷却液的循环。
[0017] US 2005/284320描述了一种允许将由基材、磁性膜和电阻膜形成的结构层压到一起的设备。该设备首先包括两个压板以及光源,光源在径向上置于距压板一定距离处并且位于与待处理结构相同的高度处。
[0018] US2010/104682描述了一种压印装置,包括安装在相应压板上的两个挤压构件。光源直接置于前述压板中。
[0019] 因此,鉴于以上情况,本发明的一个目的至少部分地克服了上面提到的现有技术的缺点。
[0020] 本发明的主要目的是提供一种令人满意的结构解决方案,以便提出一种允许以既特别高效又相对简单的方式借助热压制造物体的工具。
[0021] 本发明的另一目的是提出一种热压工具,除了施加挤压力的区域之外,该热压工具的应用有利地不会产生温度的大量升高。
[0022] 本发明的另一目的是提出这样一种伴随有灵活应用的工具,这样以便以方便的方式改变方法的参数。
[0023] 本发明的另一目的是提出一种配备有这种工具的设施,所述设施非常特别适于制造由多个层形成的物体,特别是适于制造全固态Li离子电池。
[0024] 本发明的另一目的是提出这样一种制造设施,其允许在形成这种电池的各种层之间获得有效的内聚力。

发明内容

[0025] 根据本发明,上述目的借助于如下一种热压工具O1;O2来实现,其用于安装在挤压机上,该工具包括:
[0026] -第一工具部分2,其配备有用于紧固到第一压板12上的第一装置29;60,[0027] -第二工具部分3,其配备有用于紧固到第二压板10上的第二装置13,14;70,[0028] 这两个工具部分能够在远离位置与靠近位置之间相对于彼此移动,在靠近位置中两个工具部分限定出挤压腔室300,
[0029] -用于加热挤压腔室的内部容积的装置5,
[0030] -第一和第二工具部分分别进一步配备有第一和第二挤压构件28,38,第一和第二挤压构件28,38适于对挤压腔室中接纳的要挤压的物体的相反两表面施加挤压力,[0031] 其特征在于,加热装置是用于通过光辐射进行加热的装置5,并且热压工具进一步包括能够使辐射能向所述物体聚集的聚光装置26,28,36,38,46。
[0032] 根据单独使用或以任何技术上兼容的组合使用的根据本发明的工具的其它特征:
[0033] -加热装置包括用于借助光辐射进行加热的至少一个构件5,各加热构件包括:至少一个石英的灯51、用于接纳各灯51的套管52、轴向延长所述套管的至少一个盖53,54,套管和盖的相面对的壁限定环形空间,环形空间能够被置为与传热流体源连通;
[0034] -挤压构件中的一个挤压构件限定多边形、特别是矩形的底座282,底座282用于接纳要挤压的所述物体,并且用于借助光辐射进行加热的构件5沿着该多边形底座的各边设置;
[0035] -各加热构件5被接纳在开口的壳体45中,壳体45限定有用于光辐射的发射的开口47;
[0036] -聚光装置包括反射部分46,反射部分46属于用于接纳各加热构件的壳体45的壁,所述反射部分被置于与加热构件的辐射区域51面对的位置,并且所述反射部分的涂层能够送回光辐射能;
[0037] -壳体45的壁进一步包括至少一个被称为吸收部分46'的部分,吸收部分46'面对加热构件的非辐射区域54、特别是加热构件的盖,吸收部分的涂层适于吸收辐射能;
[0038] -第一工具部分3配备有环形支撑构件4,环形支撑构件4限定有用于接纳加热构件的所述壳体或各壳体;
[0039] -环形支撑构件4包括称为自由正表面42的正表面,自由正表面42能够抵靠在第二工具部分2上被停止;
[0040] -在自由正表面与第二工具部分之间设置有密封装置,密封装置特别是被接纳在布置于所述自由正表面42中的至少一个槽42'中的至少一个O形环42”;
[0041] -环形支撑构件4被至少一个切口48挖空,从而允许从该支撑构件的外表面44接触相应的接纳壳体45;
[0042] -环形支撑构件4设置有至少一个遮蔽件48',至少一个遮蔽件48'用于封闭各切口且能移除地紧固到所述外表面44上;
[0043] -热压工具包括横向定位装置,从而允许将两个工具部分在相对于挤压方向横穿的方向上相互定位;
[0044] -横向定位装置包括分别布置在环形支撑构件和第二工具部分上的互补的肩部;
[0045] -对于各工具部分,用于使辐射能聚集的装置包括:沿着辐射轨迹被置于发射开口47与用于接纳要挤压的物体的底座之间的、用于使光辐射聚集的构件28,38以及用于反射光辐射的构件26,36;
[0046] -用于使光辐射聚集的构件28,38具有两个相反的正表面,两个相反的正表面通过倾斜的侧表面283连接起来,各侧表面与相应的加热构件5邻近;
[0047] -用于使光辐射聚集的构件28,38由制成;
[0048] -用于使光辐射聚集的各构件28,38形成挤压构件,用于使光辐射聚集的下构件的上正表面形成接纳壳体282;
[0049] -用于反射光辐射的构件26,36布置成抵靠在用于使光辐射聚集的所述构件28,38的正表面281上;
[0050] -用于反射光辐射的构件26,36由抛光制成;
[0051] -热压工具进一步包括用于将挤压腔室300置于受控气氛下的装置49,该装置能够连接到用于供应惰性气体的源和/或真空源;
[0052] -用于将各工具部分紧固到相应压板上的装置是机械类型的、特别是通过螺纹连接的用于能移除地紧固的装置13,14,29;
[0053] -用于将各工具部分紧固到相应压板上的装置是磁类型的用于能移除地紧固的装置60,70。
[0054] 上述目的还借助于如下一种用于应用上述热压工具的方法来实现,其中:
[0055] -将两个工具部分2,3置于它们相互远离的位置,
[0056] -将要挤压的至少一个物体200布置在挤压底座282上,
[0057] -使工具部分朝向它们相互靠近的位置移动,这样以便限定挤压腔室300并将所述物体约束在所述挤压腔室中,
[0058] -将挤压腔室的内部容积加热直到目标温度,
[0059] -在使挤压腔室的内部容积保持处于与目标温度接近的温度的同时,对所述物体的相反两表面施加压力。
[0060] 根据单独使用或以任何技术上兼容的组合使用的根据本发明的方法的其它特征:
[0061] -将该挤压腔室的内部容积置于比大气压力低得多的压力,例如置于小于或等于10-3mbar的压力;
[0062] -将气体、特别是惰性气体导入该挤压腔室的内部容积中;
[0063] -借助于进一步适于吸收光辐射能的机械保护元件204,205来覆盖所述物体200的相反两表面201,202中的至少一个表面,机械保护元件特别是具有深色涂层的保护板;
[0064] -物体是包括由阳极层、阴极层和固体电解质中间层形成的至少一个基本单元的堆叠体;
[0065] -使该挤压腔室的内部容积达到400℃到700℃之间的温度,并且对所述物体的相反两表面施加100MPa到200MPa之间的压力;
[0066] -使该挤压腔室的内部容积达到100℃到200℃之间的温度,并且对所述物体的相反两表面施加5MPa到10MPa之间的压力;
[0067] -将各工具部分单独地用机械的方式紧固到相应的压板上;
[0068] -将两个工具部件用磁的方式紧固到第一压板上,使第二压板靠近,这样以便将第二工具部分用磁的方式紧固到该第二压板上,并且使第二压板远离第一压板移动,这样以便使两个工具部分远离彼此移动;
[0069] -将多个要挤压的物体彼此叠置地布置在所述热压工具的挤压构件之间;
[0070] -多个热压工具彼此叠置地布置在第一和第二压板之间。
[0071] 上述目的还借助于如下一种用于制造物体的设施来实现,其包括:
[0072] -像上面一样的热压工具O1;O2,
[0073] -第一和第二压板10,12,
[0074] -用于控制热压工具以及各压板的装置106,
[0075] -操纵装置112,114,其适于将要挤压的物体放置到热压工具的挤压底座上,然后适于一旦所述物体被挤压过,将物体从所述挤压底座中取出来。
[0076] 根据有利特征,根据本发明的设施进一步包括适于与用于将挤压腔室置于受控气氛下的装置49连接的真空源110和/或气体源111。
[0077] 上述目的还借助于如下一种用于使用上述设施制造全固态锂离子电池的方法来实现,其中:
[0078] -借助操纵装置将包括至少一个基本单元的堆叠体放置在挤压底座上,至少一个基本单元中的每一个基本单元由阳极层、阴极层和固体电解质中间层形成;
[0079] -借助于所述热压工具将所述堆叠体热压;
[0080] -借助操纵装置,一旦所述堆叠体被挤压过,将所述堆叠体从所述挤压底座中取出来;
[0081] -使被挤压的所述堆叠体选择性地经受至少一个后续的精加工操作,这样以便获得所述全固态锂离子电池。
[0082] 根据该方法的有利特征,挤压操作以如下方式执行:使得所述电池的至少一个层、优选地所有层具有小于20%、优选的是小于10%并且更优选地小于5%的孔隙率。
[0083] 上述目的还借助于一种能够根据像上面一样的制造方法获得的全固态锂离子电池来达到。
[0084] 根据该电池的有利特征,所述电池的至少一个层、优选的是所有层具有小于20%、优选地小于10%并且更优选地小于5%的孔隙率。附图说明
[0085] 下面将参考仅作为非限制性实例给出的附图来描述本发明,其中:
[0086] 图1是纵向剖视图,示出了根据本发明的第一实施例的挤压工具,该挤压工具处于其两个组成部分彼此远离并且安装在两个相应压板上的位置。
[0087] 图2是透视图,以分解的方式示出了形成图1中所示的挤压工具的下部分的元件。
[0088] 图3是透视图,示出了一旦组装好的该下工具部分。
[0089] 图4是透视图,以分解的方式示出了形成图1中所示的挤压工具的上部分的元件。
[0090] 图5是透视图,示出了处于图1的位置的挤压工具,压板未示出。
[0091] 图6是透视图,更具体地示出了属于根据本发明的挤压工具的支撑环。
[0092] 图7是顶视图,示出了图6中所示的支撑环。
[0093] 图8是透视图,示出了属于根据本发明的挤压工具的加热构件。
[0094] 图9是纵向剖视图,示出了图8中所示的加热构件。
[0095] 图10是透视图,示出了用于制造物体的设施,该设施特别地包括安装在两个压板上的根据本发明的挤压工具。
[0096] 图11是前视图,示出了旨在用本发明的挤压工具处理的堆叠体,该堆叠体被保护板覆盖。
[0097] 图12是类似于图1的纵向剖视图,示出了根据本发明的第二实施例的挤压工具,该挤压工具处于其两个组成部分彼此靠近的位置。
[0098] 图13是类似于图12的纵向剖视图,以更大的比例示出了属于该图12的挤压工具的挤压腔室内的光辐射的轨迹,该挤压工具处于该工具对图11的堆叠体施加力的位置。
[0099] 图14是透视图,示出了图12的挤压工具的上组成部分的仰视图。
[0100] 图15至图17是示出了图12至图14的挤压工具的两个组成部分安装在相应压板上的简图。
[0101] 在本说明书中使用以下附图标记。
[0102]
[0103]
[0104]

具体实施方式

[0105] 附图描述了根据本发明的热压工具的两个实施例。在所示的实例中,这些工具用于堆叠体或组合件的处理,这将参考图11更详细地描述。如将在下面所示的,这些堆叠体旨在形成全固态Li离子电池。如上面所说明的,这些电池可以特别地在高温和高压下借助烧结或扩散焊接来组合,或者在较低温度和较低压力下借助胶合或聚合来组合。
[0106] 不过,根据本发明的挤压工具也可以具有其它用途,特别是制造如下所有类型的物体:在该物体的至少一些部件之间使用借助烧结、扩散焊接、聚合或胶合进行组合。以更一般的方式,根据本发明的挤压工具非常适于生产组合件,如借助于本说明书的前序部分中呈现的现有技术的解决方案所生产的那些组合件。
[0107] 图1至图10示出了根据本发明的第一可选方案的挤压工具,该挤压工具整体上用附图标记O1来表示。该工具O1旨在借助用于机械性质的可移除地紧固的装置安装在挤压机上,这将在下面详细地描述。图12至图14示出了根据本发明的第二可选方案的挤压工具,该挤压工具整体上用附图标记O2来表示。如将在下面所示的,该工具O2实质上不同于上面描述的O1之处在于它旨在借助用于磁性质的可移除地紧固的装置安装在挤压机上。
[0108] 在图12至图14这些图中,工具O2的与工具O1的机械元件相同的机械元件在图中被分配有相同的附图标记。为了描述两个实施例共有的这些机械元件,将无差别地参考图1至图10或图12至图14。然而,工具O2的在结构和/或功能上与工具O1的机械元件不同的机械元件被分配有不同的附图标记。
[0109] 挤压机在图10中示出,而在图1中以较大比例部分地示出。以本身已知的方式,该挤压机包括固定的上压板10,上压板10搁置在从支撑件104延伸的颊板11上,属于框架102。支撑件和框架在图10中示出,图10示出了将在下面更详细地描述的其它机械元件。挤压机进一步包括下压板12,在图1中更具体地示出。
[0110] 该下压板12能够在称为挤压方向的方向上相对于上压板10移动,挤压方向垂直于每个压板的主平面,在该情况下在所示的实例中挤压方向是竖直的。滑动穿过未示出的开口的该下压板在前述支撑件104中进行的移动借助任何适当的手段(例如,未示出的圆柱体)来实施。作为未示出的可选方案,可以存在能够相对于固定的下压板移动的上压板,或者能够相对于支撑件移动的两个压板。
[0111] 参考图1,热压工具O1包括两个工具部分2和3,每个工具部分安装在相应压板上。如图2和图3所示,工具部分2包括底板20,底板20借助任何适当的手段,特别是通过螺纹连接,紧固至间隔部件21,在底板20与间隔部件21之间夹置有这些附图中未示出的密封接合件。间隔部件21的下表面被通道22挖空,通道22用于使来自远程单元(图10中可见)的传热流体(见图12)循环并将在下面描述。这些通道的入口221在该图2中可见,就像提供与前述流体源的连接的连接器222一样。间隔部件21,特别是通过螺纹连接,被紧固到也具有环形形状的凸缘23上,凸缘23支撑用于对中和定位的型板24。
[0112] 上面的元件20、21、23和24的中心空间首先被具有圆柱形状的基部25占据,基部25在挤压操作过程中形成用于传递压力的构件。该基部25支撑盘26,盘26的周边由前述凸缘23保持在适当位置。该盘26形成称为中间光学构件的光学构件,也就是说它在辐射轨迹上被置在光学加热构件与用于接纳要挤压物体的底座之间。该盘26形成反射器,也就是说它适于反射它接收的基本上所有的光辐射。为此目的,该盘26通常由铝制成。另外,盘26的与光辐射接触的表面(也就是说,在所示实例中的该盘26的上表面)被抛光。
[0113] 有利地,垫27通过任何适当的手段紧固到基部25的下表面上。该垫27例如由制成且设置有任何适当类型的未示出的温度探测器。另外,存在与上述垫27类似的附加垫27',附加垫27'的功能是相对于盘26提供机械保护,特别是在挤压操作过程中。
[0114] 最后,块28(其形状将在下面更详细地描述)搁置在盘26上。该块28形成另一中间光学构件,也就是说它在辐射轨迹上被置在加热构件与接纳底座之间,就像盘26一样。该块28形成聚光器,也就是说它适于聚集来自加热构件的光辐射,然后将其导向前述反射器盘
26。为此目的,该聚光器28通常由二氧化硅制成。
[0115] 如特别是图2、图3、图12和图13中所示,聚光器28包括靠在反射器26上的下表面281以及形成用于待根据本发明处理的堆叠体的底座的上表面282。从上方看,聚光器28的下表面是圆形的,而上表面具有基本上正方形的形状。这两个表面281和282通过相对于竖直方向倾斜的平坦的侧表面283连接。有利地,每个侧表面283与该竖直方向形成度A283(在图13中可见),该角度A283在30°到60°之间,特别是接近45°。
[0116] 倘若聚光器的上表面282具有四个边,则上表面282通过四个侧表面283连接到下表面281。然而作为可选方案,也可以是具有不同形状的多边形上表面,特别是六边形,在该情况下,设置六个侧表面。然而,与四个侧表面相关联的正方形形状是优选的,其允许赋予对称性质,伴随着相对简单的结构。
[0117] 表面282的尺寸被选择为略微大于处理过的堆叠体的尺寸。聚光器的高度H28(见图12)有利地在15mm到45mm之间。可以推导出,下表面281的尺寸取决于表面282的尺寸、高度H28和角度A283。反射器26的径向尺寸被选择为明显大于聚光器的相面对的表面的尺寸。
[0118] 工具部分2借助于轴环29(特别是在图5中可见)可移除地紧固到下压板12上。该轴环29首先被轴向孔291穿透,允许未示出的装置(例如螺钉)通过,从而允许将轴环刚性地连接到下压板12。轴环29的相反的两正表面上被径向凹口292和293进一步挖空。每个凹口接纳移动卡爪294,应理解的是,在该图5中未示出所有卡爪。在每个上卡爪294的径向内端处配备定构件295,锁定构件295适于与面对的下卡爪协作。最后,轴环29设置有杆296,杆296用于安装操纵臂,将在下面更详细地描述。
[0119] 为了将工具部分2紧固到压板12上,首先通过将卡爪294径向朝向外侧放置而将轴环29刚性地连接到该压板上。以该方式,工具部分2可以以必须采用的确定位置自由地插入该轴环中。然后,根据箭头F294,沿径向朝向内侧移动卡爪,然后致动锁定构件295。因此,每对卡爪允许底板20固定不动,并且结果是整个工具部分2相对于轴环29固定不动,并且因此相对于压板12固定不动。
[0120] 如特别是图4和图12中所示,上工具部分3首先包括底板30。以本身已知的方式,该底板被可移除地紧固到压板10上,在底板与压板10之间夹置有球窝接合件13。球窝接合件13首先包括凹面球体(female sphere)131,凹面球体131借助拧入压板10的中间板14被刚性地连接到该压板10。另外,底板30被紧固到与前述凹面球体131协作的凸面球体132上。该球窝接合件13的存在以常规方式提供了在使用过程中两个工具部分2和3之间的令人满意的对准。
[0121] 底板30通过任何适当的手段(特别是通过螺纹连接)被紧固至间隔部件31,在底板30与间隔部件31之间夹置有密封接合件311。间隔部件31的下表面被通道32挖空,通道32用于使来自前述远程单元的传热流体循环。这些通道的入口321在该图4中可见,就像提供与该流体源的连接的连接器322一样。间隔部件31特别是通过螺纹连接被紧固至也具有环形形状的凸缘33。
[0122] 上述元件30、31和33的中心空间首先被具有圆柱形状的基部35占据,基部35支撑反射器盘36,该反射器盘36的周边由前述凸缘33保持在适当位置。有利地,设置有温度探测器的垫37夹置在基部35与外壳的底座之间。另外,存在与上面的垫37类似的附加垫37',附加垫37'的功能是相对于盘36提供机械保护,特别是在挤压操作过程中。最后,聚光器38搁置在反射器36上。机械构件35、36和38的功能、性质和尺寸分别与上面描述的那些机械构件25、26和28相同。这允许赋予工具相对于中位水平面的对称性,这在挤压质量和光辐射的聚光方面是有利的。
[0123] 上工具部分3进一步配备有具有多种功能的环4。如将在下面所示的,该环首先在使用过程中形成挤压腔室的周边侧壁。另外,它为加热构件5提供支撑,加热构件5的结构在下面描述。
[0124] 该环4(图6和图7中更具体地示出)例如由铝制成。环4具有两个相反的正表面41和42以及两个相反的径向表面,分别是内表面43和外表面44。如图12所示,该环的上正表面41通过任何适当类型的紧固装置4'被可移除地紧固到间隔部件31上。环4的下正表面42在图1的位置中远离下工具部分2,而在图13的位置中,该正表面42支承在该下工具部分2上。
[0125] 如图1中特别地示出的,环4的自由正表面42限定有肩部42E,肩部42E用于与形成在工具部分2上的互补的肩部2E(图12中可见)协作。这两个肩部允许在相对于挤压方向横穿的方向(在该情况中是水平的)上将该环和该工具部分相互定位。
[0126] 在每个表面41和42中做出至少一个圆形槽41'和42',圆形槽41'和42'用于接纳O形环密封件41”和42”。对于每个正表面,优选的是使用两个相互邻近的同心槽。一旦形成上工具部分3的机械构件相互组装到一起,接合件41”就被压在第一表面41与凸缘33之间。另外,在工具的工作位置中,接合件42”被压在相反的表面42与下工具部分2的面对的壁之间。
[0127] 支撑环4被多个壳体45挖空,每个壳体45适于接收利用光辐射的相应加热构件5。设置多个壳体45,壳体45的数量等于反射器的侧表面的数量。从顶部看,每个壳体基本上平行于聚光器28的上表面的相应边延伸。
[0128] 现在参考图8和图9,图8和图9示出了设置在本发明的工具中的加热构件中的一个加热构件5,应理解的是,这些各构件有利地是相同的。在所示的实施例中,每个加热构件5包括两个本身已知类型的石英灯51,两个石英灯51被也由石英制成的外围套管52包围。有利地,这些灯具有可调节的功率。套管52在两个纵向端部处刚性地连接到具有不同长度的两个盖,即称为短盖53的盖和称为长盖54的盖。
[0129] 加热构件5进一步包括相应的电连接元件55和56,电连接元件55和56以端销55'和56'从盖53突出出来。这些销连接到本身已知类型的电源,电源有利地集成到图10的控制单元106中,这样以便提供灯51的电力供应。另外,对中销57从盖54突出出来,这样以便允许将加热构件5相对于其壳体的壁定位。有利地,每个盖53和54与套管52的面对的壁形成环形外围空间58和59。外围空间58和59被置为与传热流体源连通,特别是与上面提到的通道22和
32协作。这允许通过防止这些盖53和54在使用过程中达到过高的温度来保持这些盖53和54的机械完整性。
[0130] 再次参考图6和图7,每个壳体45由主壁46界定,主壁46具有圆柱形横截面。该壳体的内径稍微地大于每个灯的主体的外径,这样以便通过楔入或紧密配合产生每个灯在其相应壳体中的紧固。如图12所示,壁46限定了朝向环的中心定向的称为发射开口的开口47。在该图12中,还示出了在本实施例中水平的平面P45,平面P45在穿过壳体45的中心的同时平行于每个工具部分的主平面。发射开口47有利地相对于该平面P45对称地延伸。
[0131] 在使用过程中,灯5的套管52抵靠主壁46延伸,而套管52的长盖54抵靠轴向延长前述壁46的副壁46'(见图6)延伸。优选地,这些壁46和46'具有不同的表面涂层。因此,主壁46有利地能够送回由每个灯5发射的光辐射,而副壁有利地能够吸收该辐射。为此目的,主壁例如涂有金色漆,而副壁例如涂有深色漆。
[0132] 每个壳体45借助在该环的主体中做出的切口48而被置成与环的外表面44连通。这允许操作者将每个灯安装在相应的壳体中。每个切口有利地由相应的遮蔽件48'(图7中可见)封闭,遮蔽件48'被可移除地紧固在外表面44上。为此目的,可以存在未示出的螺钉,螺钉穿入在该外表面中做出的螺纹孔48”中。最后,环配备有端盖49,端盖49接受未示出的喷嘴的供应。喷嘴可以被置为与下面描述的真空源或惰性气体源连通。
[0133] 下面,将再次参考图10,该图示出了配备有根据本发明的挤压工具O1的用于制造物体的设施。整体上用附图标记100表示的该设施首先包括在上文中进行了描述的框架102和支撑件104。该设施进一步设置有各种外围设备,从而允许应用工具O1。该设备是本身已知的类型,这样以便将在下面不再详细描述。图10示出了:
[0134] -控制单元106,其特别地包括提供灯的电力供应的装置;
[0135] -冷生产单元108,其被示意性地示出,并且尤其配备有喷嘴(未示出),冷生产单元108的喷嘴适于供应在压板中做出的冷却通道22、32以及加热构件5的环形空间58、59;
[0136] -真空单元110,其形成真空源并且也被示意性地示出。该单元110尤其配备有喷嘴(未示出),该单元110的喷嘴适于供应支撑环所设置的端盖49;
[0137] -用于供应气体或气体混合物的单元111。示意性地示出的该单元配备有适于供应前述端盖49的喷嘴(未示出);
[0138] -操纵单元112,其包括移动臂114。该单元提供将要处理物体放置到由反射器的上表面形成的挤压底座282上的操作。该单元有利地设置有未示出的对中装置,如穿入到要定位物体中做出的孔中的销。
[0139] 如上面所指出的,根据本发明的第二实施例的工具O2借助用于磁性质的可移除地紧固的装置安装到挤压机上。为此目的,如图12中特别地示出的,每个底板60和70适于磁性紧固到相应的压板10和12上。每个底板例如由磁性材料制成,从而与邻近压板的磁性材料协作。作为可选方案,该底板可以由非磁性材料制成,在该情况下,该底板设置有一个或多个磁体,用于紧固到邻近压板上。
[0140] 现在将在下面详细描述如上所述的挤压工具O1或O2以及制造设施100的应用。这首先涉及将每个工具部分2、3紧固到相应的压板上。如上所示,在工具O1的情况下,该紧固通过螺纹连接根据预定的定位来执行。参考图15至图17描述工具O2的安装,其不同于工具O1的安装。这些图示出了两个工具部分2和3以及两个压板10和12的简图。
[0141] 首先,借助简单的重力将两个工具部分2和3彼此叠置。应注意的是,在该构造中,可以容易地操纵完整工具O2。然后,将该工具放置在挤压机的下压板12上,上压板10远离下压板12(见图15)。然后,用磁的方式将下工具部分刚性地连接到下压板10。
[0142] 然后,根据箭头F12使两个压板靠近在一起,直到上工具部分3和上压板10相互接触(见图16)。在该构造中,然后用磁的方式将该上工具部分3刚性地连接到该压板10。然而,没有有意义的压力施加在工具上。
[0143] 然后,根据箭头F'12,使两个压板相互移开。倘若两个工具部分被紧固到相应的压板上,则它们因此相互移开(见图17)。然后,工具O2的这两个部分处于与相对于工具O1参考图1描述的构造类似的构造中。然后,将要挤压物体放置在底座282上,倘若在两个相互远离的工具部分之间形成中间空间E,则该底座282容易接近。
[0144] 根据未示出的有利可选方案,可以堆叠多个工具,并且可以将这种叠置起来的类似工具布置在单个挤压机的两个压板之间。该可选方案尤其特别适于磁性工具部分,因为属于两个不同工具的邻近部分可以容易地相互紧固和定位。
[0145] 在实施例的本实例中,如上所示,在用于形成全固态Li离子电池的层的堆叠体上执行挤压操作。在图11中,整体上用附图标记200表示的该堆叠体包括由三个层组成的单个基本单元,即阳极层201、阴极层202和固体电解质的中间层203。作为可选方案,该堆叠体可以由像上面一样的多个基本单元的组合件形成,这些基本单元彼此叠置且以本身已知的方式并联连接。每个电池进一步包括连接装置,特别是电类型的连接装置,它们是传统类型的并且在图11中未示出。
[0146] 优选地,相应的板204和205抵靠每个端部层201和202放置。这些板(在图12和图13中也是可见的)首先用于提供相对于聚光器28和38的机械保护功能,这样以便限制挤压步骤过程中施加在聚光器28和38上的压力。另外,这些板204和205允许防止存在于这些层上的可能的灰尘干扰由灯发射的光辐射的轨迹。下面将参考图13更详细地描述后一点。
[0147] 每个板有利地由具有适于上述功能的机械特性的材料制成,例如或P1型。优选地,该板具有吸收灯的辐射能量的涂层,例如深色涂层。例如,每个板的厚度E204或E205通常接近5mm。每个板204和205在其主平面中的另外两个尺寸接近于它所覆盖的层201或202的尺寸。
[0148] 有利地,将选择生产略微大于与其邻近的层的板。因此,该板具有尺寸L204'或L205'例如接近几毫米的外围边缘204'或205'。该边缘的存在允许确保每个层201或202总是被其保护板204或205覆盖,特别是在工具O1或O2安装在底座282上的步骤过程中,或在严格来说的挤压步骤过程中。应注意的是,在图11中,为了更好的附图可读性,不考虑各种机械元件的相应比例。
[0149] 然后,借助操纵臂,将堆叠体200以及其两个保护板204和205放置在上方。借助型板24将两个保护板204和205定位在适当位置然后被保持在适当位置。然后,致动汽缸,这样以便将移动压板朝向固定压板移动,这致使两个工具部分更靠近在一起。在该运动结束时,环4的正表面42抵靠在工具的下部2上停止,这致使O形环42”被压缩。
[0150] 工具部分的这种靠近构造(如图12中所示并且在图13中以更大比例示出)允许限定挤压腔室,在这些附图中挤压腔室用附图标记300表示。于是,关于挤压腔室300的内部容积在受控气氛下的可能设置,存在本发明的四个可选实施例。
[0151] 在第一可选方案中,端盖49连接到真空源110,这样以便在腔室300内产生部分真空。作为非限制性实例,该腔室被置于接近10-3mbar的压力下。在第二可选方案中,端盖49和惰性气体源111连接,这样以便挤压腔室的内部容积是惰性的。这前两个可选方案允许防止形成堆叠体的元件被置为与环境空气接触。在这些元件具有诸如锂等的组分(必须防止其氧化)的情况下,这是尤其特别有利的。
[0152] 根据第三可选方案,源111将非惰性气体供应到挤压腔室300的内部容积中。
[0153] 根据第四实施例,挤压腔室受限制,但不置于真空下,也不受气体吹扫。换句话说,没有应用特定的密封,这在简单性方面是有利的。该可选方案用于如下情况:根据本发明的要挤压制品不具有会在氧化作用下改变的任何组分。
[0154] 然后,激活加热构件5的灯,这样以便升高腔室300内的温度。在堆叠体200的情况下,已经看出它可以是高温和高压下的处理对象,或者是较低温度和较低压力下的处理对象。在第一种情况下,腔室被置于通常在400℃到700℃之间的称为挤压温度的目标温度下,而在第二种情况下,腔室被置于通常在100℃到200℃之间的目标温度下。
[0155] 有利地,根据例如接近每分钟100℃的速度连续地升高温度。在这些条件下,该温度升高阶段的持续时间通常为几分钟,这取决于借助烧结或胶合进行的预期的组合类型。根据目标温度的值,调节每个灯51的功率。在该阈值温度不是非常高的情况下,通常在通过胶合或聚合进行组合的过程中,也可以仅使用前述灯的一部分。
[0156] 图13示出了由灯51朝向要处理堆叠体200发射的光辐射的轨迹。在图13中,为了更加清楚,仅示出了以下内容:
[0157] -堆叠体200及其保护板204、205,
[0158] -设置在该堆叠体的相反两侧上的两个加热构件5a和5b,
[0159] -用于接纳灯的壳体的壁46a和46b,
[0160] -两个反射器26和36以及两个聚光器28和38。
[0161] 在该图13中,堆叠体200以及中间光学构件26、28、36和38根据它们的横向尺寸被部分地示出,以便提高光辐射轨迹的可读性。另外,为使得减轻所有的附图负担,仅示出了向下,即,朝向下聚光器28、内反射器26和堆叠体200的下表面的光辐射轨迹。应记住的是,向上,即,朝向上聚光器38、上反射器36和堆叠体的上表面的光辐射轨迹相对于中位平面P45基本上与向下的光辐射轨迹对称。
[0162] 一旦被激活,加热构件5a和5b的灯51a、51b就发射出在横截面中观看时各向同性的光辐射。结果,该辐射的一部分根据箭头R1被导向相应的壁46a和46b。如上面所说明的,这些壁具有适于反射该辐射的涂层,这样使得该辐射根据箭头R2在这些壁上相反地被送回。因此,基本上所有的辐射根据箭头R3经由发射开口47从壳体中发射出来。应注意的是,如图6所示,提供与灯的盖面对的吸收壁46'是有利的。实际上,这些吸收壁防止热辐射大量返回到该盖,这样以便防止盖的发热,盖的这种发热能够将其损坏。
[0163] 然后,根据R3发射的辐射根据箭头R4穿过聚光器28的相反的两侧表面,而不经历任何实质性偏差。然后,它朝向反射器26前进,然后根据箭头R5被反射器26朝向堆叠体200送回。然后辐射到达(箭头R6)保护板204,在保护板204处辐射被吸收,因为如上所见,该板具有吸收该辐射能量的涂层。
[0164] 应注意的是,在反射器26的下游,基本上所有辐射都具有竖直方向。另外,该辐射被引导到整个堆叠体上,但相反,该辐射没有显著部分被发送到该堆叠体的侧边缘之外。为此目的,R6a和R6b表示指向前述侧边缘附近的向外部的部分辐射。这是非常特别有利的,因为基本上所有的辐射能量都用于加热堆叠体200,这防止了能量损失并确保了最佳产量。
[0165] 另外,位于该堆叠体的最近位置处的机械构件不会接收任何大量的热量。换句话说,在堆叠体的侧边缘附近,存在强的温度梯度。因此,这些机械构件不需要具有特定的抗高温能力,这降低了它们的制造成本。特别地,可以在挤压区域附近放置密封接合件,这减小了工具的总体体积,同时确保以非昂贵的材料制造这些接合件。在真空下执行挤压的情况下,该优点尤其特别地显著。
[0166] 就能量效率而言,保护板204和205的使用也是有利的。实际上,在没有这种板的情况下,可以想到在堆叠体的与光辐射接触的表面上会存在杂质,例如,灰尘。在该情况下,这些杂质倾向于将一部分辐射送回,而不是吸收这些辐射。然后该送回的部分被导向反射器26,在反射器26处该部分辐射再次被送回到杂质,依此类推。在该情况下,该辐射部分在没有有效地用于加热堆叠体的意义上是无效的。另外,应注意的是,加压的二氧化硅上的灰尘的存在会导致其破裂或甚至使损坏。
[0167] 一旦腔室300的内部容积被置于期望的目标温度,则将挤压力施加到堆叠体200的相反的两表面上。在施加该力的过程中,基部25和35形成用于传递压力的构件,而块28和38除了其光学功能外还提供挤压构件的附加功能。
[0168] 在使腔室保持处于与前述目标温度接近的温度的同时施加该力。作为非限制性实例,在借助烧结或扩散焊接进行组合的情况下,该挤压力在100MPa到200MPa之间。在借助胶合或聚合进行组合的情况下,该挤压力在5MPa到10MPa之间。该挤压阶段的持续时间通常在5min到25min之间。应注意的是,无论所应用的组合模式如何,该持续时间大致相同。
[0169] 参考图13,应注意的是,下工具部分2限定有用于盘26的两个轴向离开的止挡件,分别为上止挡件26H和下止挡件26B。以类似的方式,上工具部分3限定有用于盘36的两个轴向离开的止挡件,分别为上止挡件36H和下止挡件36B。因此,盘26和/或盘36可以具有一定的弹性,这样使得它可以支承在前述止挡件中的一个或另一个上。轴向行程的这些可能性用图13中的箭头F26和F36表示。本领域技术人员可以使用用于至少一个盘的轴向行程的这种可能性,以便以最佳方式执行机械挤压操作。在这方面,本领域技术人员还可以提供底板70相对于块35的轴向行程,如图12中的箭头F70所示。
[0170] 一旦执行了挤压,就停用灯,这样以便降低腔室300中的温度。当该温度达到预定值、例如接近200℃时,停止真空单元,这样以便再次将腔室300的内部容积置于大气压力下。当该腔室的温度接近环境温度时,用操纵臂将根据本发明的处理的堆叠体从腔室中取出来。借助挤压操作,形成该堆叠体的层具有所需的内聚力。然后,使该堆叠体经历可选的后续已知类型的操作,特别是安装保护涂层和/或切削和/或添加电触点
[0171] 挤压操作有利地以如下方式执行:使得至少薄层、优选是电池的所有薄层具有小于20%、优选小于10%甚至更优选小于5%的孔隙率。致密沉积物是不包含空穴或裂纹的沉积物。然而,它包含孔隙率,其密度以百分比表示,并按以下方式计算:
[0172] 孔隙率[%]=[(块体材料的密度-真密度)/真密度]×100
[0173] 其中知道“真密度”是在沉积层上测量的密度,并且块体材料的密度是沉积材料的块密度(massive density),而忽略了堆叠形成孔隙率的颗粒的存在。
[0174] 当电极是薄的时,通过使用上述挤压工具根据本发明获得的电池具有高的功率密度。借助非常低的空隙率,它们还具有高的能量密度(大约是已知锂离子电池的两倍)。
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