CN101883639B - 涂布涂敷液的涂敷设备和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种涂敷设备和一种涂敷方法，其能够准确地控制涂敷液在待涂敷物上的涂敷宽度。涂敷设备(100)包括：输送装置，其具有用于输送带状的待涂敷物的多个辊子(21，22)；涂敷模(11)，其用于将涂敷液(32)涂布到待涂敷物(31)；以及定位装置，其用于响应于表示涂布到待涂敷物(31)的涂敷液(32)的宽度的涂敷宽度来改变涂敷模(11)相对于待涂敷物(31)的位置，其中所述定位装置通过沿水平方向移动涂敷模(11)来控制涂布到待涂敷物(31)的涂敷液的宽度。
Description
技术领域
本发明涉及一种涂敷设备和一种涂敷方法，其用于将含有活性物质(活性材料)的涂敷液涂布到金属箔等上，或用于进行类似工序。
背景技术
为了实现在电动汽车中使用的新型二次电池，需要开发能够显著地实现高能量密度和高容量、能够实现低成本并且确保高安全性的电池材料，并开发用于此类电池的制造技术。
电动汽车(燃料电池驱动型汽车)是一种通过由燃料电池产生的电能驱动的汽车。虽然燃料电池具有充分高于汽油发动机的效率，但其具有特别是在低负荷区域实现最大效果的特性。因此，势在必行的是使用高性能二次电池来供应电力并在诸如加速之类的高负荷动力输出期间补充用于行驶的驱动能量，以进一步提高电动汽车系统的效率。
此外，利用能够在减速期间回收能量的再生制动器，而不是依靠机械制动器，提高了能量使用的效率。通过从再生制动回收能量，二次电池被临时充电，并且所充的电力在需求上升时可用于驱动能量。能够根据行驶状态在驱动期间瞬时提供电力并且在制动期间瞬时回收和储存能量的二次电池的利用，对于能量的高效使用是绝对必要的。理论上，能够满足车载二次电池的这些要求的唯一的电池是锂电池，并且(大型)车载锂电池的实用性是建立能够使燃料电池的高效率得到最大化使用的燃料电池汽车系统的关键技术。
此类锂电池通常是通过将含有锂的活性物质和含有碳的活性物质分别涂布到铝箔和铜箔上、将它们干燥并重复这些步骤以在箔的两面(正面和背面)形成活性物质而产生的。在该工序中，使用涂敷设备(涂敷机)来将活性物质涂布到金属薄膜上。
专利引用文献1：日本专利申请公报特开No.2001-321710。
发明内容
技术问题
附带提及，如图3所示，在相关技术的涂敷设备中，涂敷模11从竖直方向下侧位置紧邻待涂敷物31布置，且辊子沿箭头方向输送待涂敷物31使得涂敷液涂布在待涂敷物31上。此时，如果涂敷模11如图4A所示沿竖直向下的方向远离待涂敷物31移动，则涂敷宽度变窄，而如果涂敷模11如图4B所示沿竖直向上的方向朝向待涂敷物31移动，则涂敷宽度变宽。利用此特征来控制涂敷液在待涂敷物31上的涂敷宽度。然而，在涂敷宽度例如改变0.2mm的情况下，涂敷模11与待涂敷物31之间的竖直间隙的变化应当为1μm的数量级。也就是说，由于涂敷宽度的控制需要此类细微控制，所以存在的一个问题是涂敷宽度的准确控制变得非常困难，或其需要全封闭控制从而增加了成本。
已作出本发明来解决此类问题，本发明的目的是提供一种涂敷设备和一种涂敷方法，其能够准确地控制涂敷液在待涂敷物上的涂敷宽度。
技术方案
按照本发明，一种涂敷设备包括：输送装置，其具有用于输送带状的待涂敷物的多个辊子；涂敷模，其用于将涂敷液涂布到由所述输送装置输送的所述待涂敷物上；以及定位装置，其用于响应于表示涂布到所述待涂敷物上的涂敷液的宽度的涂敷宽度来改变所述涂敷模相对于所述待涂敷物的位置；其中，所述涂敷模从位于所述待涂敷物被所述辊子卷绕处并在所述辊子的中心部分下方的位置垂直地涂布涂敷液；并且所述定位装置通过沿水平方向移动所述涂敷模来控制涂布到所述待涂敷物上的涂敷液的宽度。
在本发明中，涂敷模由定位装置沿待涂敷物的输送方向移动。由于涂敷宽度的变化对输送方向上的移动不敏感，所以涂敷模的变化量可增加，从而能够更容易和更准确地控制涂敷宽度。
另外，所述定位装置还可通过使所述涂敷模在水平面内旋转来控制涂布到所述待涂敷物上的涂敷液的厚度。能够通过使涂敷模仅在水平面内旋转来容易地控制涂敷厚度。
此外，所述涂敷模可在位置低于所述辊子的中心部分并高于位于所述辊子的中心正下方的辊子的圆周部分的区域中安置在所述待涂敷物被所述辊子卷绕的位置。
此外，该设备还包括用于检测已涂布的涂敷液的涂敷宽度的检测装置，从而所述定位装置能够基于所述检测装置的检测结果来执行位置控制。该检测装置的设置能够实现涂敷宽度的自动控制。
此外，该设备还包括用于检测表示已涂布的涂敷液的厚度的涂敷厚度的检测装置，从而所述定位装置能够基于所述检测装置的检测结果来执行位置控制。该检测装置的设置能够实现涂敷厚度的自动控制。
此外，所述涂敷液可为粘度随时间变化的液体，并且可为与对于每一批而言都混合成相同粘度非常困难的液体。在粘度随时间变化的情况下，需要随时间控制涂敷宽度和涂敷厚度二者。
按照本发明，一种用于将涂敷液涂布到带状的待涂敷物上的涂布涂敷液的方法包括通过涂敷模将所述涂敷液涂布到所述待涂敷物上，所述待涂敷物由辊子卷绕并输送，并且所述涂敷模从所述辊子的中心部分下方的位置垂直地涂布涂敷液，其中，通过响应于表示涂敷液在待涂敷物上的宽度的涂敷宽度沿水平方向移动涂敷模来控制所述涂敷宽度。
有益效果
本发明能够提供能够准确地控制涂敷液在待涂敷物上的涂敷宽度的涂敷设备和涂敷方法。
附图说明
图1示出按照本发明一个实施例的涂敷设备；
图2是示出按照本发明一个实施例的涂敷设备一部分的放大图；
图3示出按照本发明一个实施例的涂敷设备中的待涂敷物和涂敷模；
图4A示出待涂敷物和涂敷模的位置与涂敷宽度之间的关系；
图4B示出待涂敷物和涂敷模的位置与涂敷宽度之间的关系；
图5A示出涂敷宽度与间隙之间的关系；
图5B示出涂敷宽度与间隙之间的关系；
图6A示出涂敷模的位置控制方法；
图6B示出涂敷模的位置控制方法；
图7示出待涂敷物与涂敷模之间的位置关系。
附图标记说明
1涂敷设备
11涂敷模
12涂敷喷嘴
21辊子
24开始辊子
25辊子
31待涂敷物
41马达
42计算单元
43传感器
44干燥炉
具体实施方式
以下参照附图说明应用了本发明的实施例。在此实施例中，本发明应用于一种涂敷设备，该涂敷设备用于将含有锂的活性物质涂布到预先涂布了锂和铜或类似物质的金属箔(待涂敷物)上。
图1示出了按照本实施例的涂敷设备。此外，图2是该设备的一部分的放大图。涂敷设备1具有待涂敷物卷绕于其上的开始辊子24、用于输送待涂敷物的多个辊子21和22以及用于卷绕涂布了涂敷液32的待涂敷物的辊子25。此外，该设备还具有用于涂布涂敷液32的涂敷模11、用于控制涂敷模11的位置的马达41、用于测量涂布到待涂敷物上的涂敷液32的涂敷宽度和涂敷厚度的传感器43、以及用于基于来自传感器43的传感器值通过反馈控制产生用于马达41的驱动信号的计算单元42。
待涂敷物31从开始辊子24顺次输送。待涂敷物31例如可为具有600mm的宽度和10至20μm的厚度的金属薄膜，其上预先涂布了锂和碳或类似物质。当待涂敷物被输送到固定有涂敷模11的辊子21时，涂敷液32由涂敷模11涂布到待涂敷物上。涂敷模11定向成竖直向上并从涂敷喷嘴12涂布涂敷液。此外，涂敷模11包含用于涂敷液的贮存部33。已涂布有涂敷液的待涂敷物31被输送至干燥炉44。待涂敷物在干燥炉44中被干燥，然后被卷绕在卷绕辊子25上。例如，对于已涂布有涂敷液的待涂敷物31可重复若干次相同的工序，使得涂敷液被涂布若干次。已涂布了涂敷液的待涂敷物31例如可用于锂电池中。
传感器43监测已涂布有涂敷液32的待涂敷物31，并检测待涂敷物31上的涂敷宽度和涂敷厚度。术语“涂敷宽度”是指涂布了涂敷液的区域在垂直于待涂敷物31的纵向的方向上的宽度。术语“涂敷厚度”是指涂布在待涂敷物31上的涂敷液的厚度。计算单元42通过基于传感器43的检测结果计算用于马达41的控制值来执行反馈控制。马达41使涂敷模11朝向和远离待涂敷物31移动，使得涂敷宽度和涂敷厚度能被自动控制。
在本发明的此实施例中，由从竖直方向下侧的位置涂布涂敷液32的涂敷模11涂布涂敷液32。此外，通过响应于涂敷液32在待涂敷物31上的涂敷宽度使涂敷模11沿水平方向移动，来控制涂敷模11的位置。通过控制涂敷模11的移动来控制涂敷宽度和涂敷厚度存在两种方法，即，使涂敷模11沿竖直方向移动的方法以及使涂敷模11沿水平方向移动的方法。然而如下文所述，在使涂敷模11沿水平方向移动的方法中涂敷宽度和涂敷厚度相对于涂敷模11的移动量的变化更小。也就是说，涂敷模11能够更宽泛地移动以改变涂敷宽度和涂敷厚度。因此，用于控制涂敷宽度的涂敷模11的位置控制变得容易。
用于锂电池的涂敷液32的粘度随时间而降低。因此，如果待涂敷物31与涂敷模11之间的间隙保持恒定，则涂敷宽度将变动。因此，需要随时间来控制涂敷模11与待涂敷物31之间的间隙(下文将说明)。由于在此实施例中通过沿水平方向移动涂敷模11来控制间隙，所以涂敷模可沿水平方向相对宽泛地移动以进行涂敷宽度控制，从而使控制更容易。另外，如下文将说明的，能够通过使涂敷模11在水平面内旋转来使涂敷模11与待涂敷物31之间的间隙的距离随沿着涂敷宽度的方向的位置而变化。因此，即使在原始涂敷厚度由于制造误差等而不均匀的情况下也能够容易地实现均匀的涂敷厚度。
接下来，以下将说明涂敷液32的涂敷宽度和涂敷厚度。
图3示出了待涂敷物和涂敷模，而图4示出了待涂敷物和涂敷模的位置与涂敷宽度之间的关系。附带提及，对与图1和2所示的涂敷设备的部件相同的部件赋以相同的标记。如图3所示，通过涂敷模11与由旋转的辊子21输送的待涂敷物31之间的间隙Δ来确定涂敷宽度。具体而言，随着涂敷模11与待涂敷物31之间的间隙Δ变大(Δ1)，涂敷宽度W1变窄，如图4A所示。另一方面，随着涂敷模11与待涂敷物31之间的间隙Δ变小(Δ2＜Δ1)，涂敷宽度W2变宽(W2＞W1)，如图4B所示。
图5A和5B示出了涂敷宽度与间隙之间的关系。如图5A所示，涂敷宽度和待涂敷物31与涂敷模11之间的竖向间隙Δ具有这样的关系：为了使涂敷宽度改变0.2mm，间隙Δ改变1μm。也就是说，涂敷宽度的变化如此敏感以致控制非常困难。为了执行μm级的控制，该设备需要配设有线性标度传感器并需要全封闭控制。因此，设备的调节将变得困难，并且成本将增加。另一方面，为了使涂敷宽度改变0.2mm，待涂敷物31与涂敷模11之间的水平间隙Δ应当改变300μm。这样，由于涂敷宽度对水平移动的敏感度比对竖直移动的敏感度低，所以不需要非常准确的间隙控制并且能够实现准确的控制。
接下来，说明在由于设备的不当对准等而导致在左右侧的涂敷厚度有所不同的情况下的控制方法。图6A和6B是示出了涂敷模11的位置控制方法的图。如图6A所示，在通常状态下，应当通过向涂敷模11的两侧施加相同的力来使涂敷模11沿水平方向平移。
另一方面，在涂敷厚度在左右侧之间有所不同的情况下，间隙Δ的距离在左右侧之间(沿水平方向)变化。因此，通过在左右侧之间施加不同的力来使涂敷模11沿水平方向旋转，如图6B所示。这样，即使在涂布到待涂敷物31上的涂敷液32具有不同厚度的情况下，也能够通过改变涂敷模11的位置来以均匀的厚度涂布涂敷液32。
在本发明的此实施例中，通过沿水平方向移动涂敷设备1的涂敷模11来控制涂敷宽度和涂敷厚度。通过沿水平方向移动涂敷模11，由涂敷模11的位置改变造成的涂敷宽度和涂敷厚度的变化变得对移动不敏感，因此能够实现涂敷宽度精度的鲁棒性的提高、成本的减少以及整体性的提高。此外，能够通过使涂敷模11在水平面内旋转来控制涂敷轮廓，使得模具间隙Δ的距离在涂敷宽度的两侧之间变化。这样，能够容易地校正涂敷模11或其它周边部件等的不当对准造成的涂敷厚度不均匀等。特别是，可在涂敷模11的两侧设置两个可水平移动的轴——每个轴可单独移动，从而通过使两个轴以相同的量移动来调节涂敷宽度，并且通过使两个轴移动不同的量来将涂敷厚度的不均匀性校正为均匀的涂敷宽度。此外，可提供传感器43作为涂敷宽度的自动检测装置，并且能够通过从传感器反馈信号并将其用于水平移动控制来校正在涂敷工序期间的粘度变动，从而能够自动控制涂敷宽度。此外，可提供传感器43作为涂敷厚度的自动检测装置，并且能够通过使用来自传感器43的信号执行反馈控制并控制涂敷模11的旋转和平移来校正涂敷设备1的不当对准等的影响，从而能够以自动方式均匀地控制涂敷厚度。
例如，作为用于检测涂敷宽度的装置，可采集图像并且能够通过处理该图像来检测涂敷宽度。此外，可使用激光位移计作为用于检测涂敷厚度的装置。此外，虽然说明了涂布用于锂电池的涂敷液32的实施例，但本发明并不局限于此类实施例并且可应用于其它实施例，特别是涂敷液32的粘度随时间变化的实施例。
此外，虽然在此实施例中，涂敷模11在辊子21的周边的位于辊子21的中心正下方的部分中被安置在待涂敷物31被辊子21卷绕的位置，但本发明并不局限于此类实施例。也就是说，可在位置低于辊子21的中心部分且高于辊子21的周边的位于辊子21的中心正下方的部分的区域中将涂敷模11安置在待涂敷物31被辊子21卷绕的位置，并且可从竖直方向下侧的位置涂布涂敷液32(参见图7)。在此构型的情况下，即使在涂敷工序中过量的涂敷液滴落，涂敷液32也不会溅落在涂敷模11或诸如马达41之类的输送装置上，从而使涂敷设备1的恶化最小化。
Claims (8)
1.一种涂敷设备，包括：
输送装置，所述输送装置具有用于输送带状的待涂敷物的多个辊子；
涂敷模，所述涂敷模用于将涂敷液涂布到由所述输送装置输送的所述待涂敷物上；以及
定位装置，所述定位装置用于响应于表示涂布到所述待涂敷物上的所述涂敷液的宽度的涂敷宽度来改变所述涂敷模相对于所述待涂敷物的位置；
其中，所述涂敷模从所述待涂敷物被所述辊子卷绕且在所述辊子的中心部分下方的位置向所述待涂敷物涂布所述涂敷液；并且
所述定位装置通过沿在设置所述涂敷模的位置处所述辊子的切向方向移动所述涂敷模来控制涂布到所述待涂敷物上的所述涂敷液的宽度。
2.根据权利要求1所述的涂敷设备，其中，所述涂敷模位于所述辊子的中心的正下方，并且所述定位装置通过使所述涂敷模在水平面内旋转来控制涂布到所述待涂敷物上的所述涂敷液的厚度。
3.根据权利要求1所述的涂敷设备，其中，所述涂敷模在位置低于所述辊子的中心部分且高于所述辊子的周边的位于所述辊子的中心正下方的部分的区域中安置在所述待涂敷物被所述辊子卷绕的位置。
4.根据权利要求1所述的涂敷设备，还包括用于检测所述涂布的涂敷液的涂敷宽度的检测装置，
其中，所述定位装置基于所述检测装置的检测结果来执行位置控制。
5.根据权利要求1所述的涂敷设备，还包括用于检测所述涂布的涂敷液的涂敷厚度的检测装置，
其中，所述定位装置基于所述检测装置的检测结果来执行位置控制。
6.根据权利要求1所述的涂敷设备，其中，所述涂敷液为粘度随时间变化的液体。
7.一种涂敷设备，包括
输送部，所述输送部具有用于输送带状的待涂敷物的多个辊子；
涂敷模，所述涂敷模用于将涂敷液涂布到由所述输送部输送的所述待涂敷物上；以及
定位部，所述定位部具有传感器、马达以及计算单元，所述传感器用于检测表示涂布到所述待涂敷物上的所述涂敷液的宽度的涂敷宽度，所述马达用于改变所述涂敷模相对于所述待涂敷物的位置，所述计算单元用于响应于由所述传感器检测出的所述涂敷宽度来控制所述马达；
其中，所述涂敷模从所述待涂敷物被所述辊子卷绕且在所述辊子的中心部分下方的位置向所述待涂敷物涂布所述涂敷液；并且
所述定位部通过沿在设置所述涂敷模的位置处所述辊子的切向方向移动所述涂敷模来控制涂布到所述待涂敷物上的所述涂敷液的宽度。
8.一种用于将涂敷液涂布到带状的待涂敷物上的涂布涂敷液的方法，包括：
由涂敷模将所述涂敷液涂布到所述待涂敷物上，所述待涂敷物由辊子卷绕并输送，并且所述涂敷模从所述辊子的中心部分下方的位置向所述待涂敷物涂布所述涂敷液；
其中，通过响应于表示所述涂敷液在所述待涂敷物上的宽度的涂敷宽度沿在设置所述涂敷模的位置处所述辊子的切向方向移动所述涂敷模来控制所述涂敷宽度。
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